Come funzionano gli scanner per onde millimetriche

Entro dicembre 2010, la Transportation Security Administration (TSA) aveva introdotto 500 scanner per l'intero corpo - ciò che l'agenzia governativa statunitense definisce unità di tecnologia di imaging avanzata - negli aeroporti di tutto il paese. Tutti gli scanner fanno la stessa cosa: rilevano minacce metalliche e non metalliche, incluse armi , esplosivi e altri oggetti, nascoste sotto strati di vestiti. Ma usano tecnologie completamente diverse.

Un tipo di scanner si basa su qualcosa noto come tecnologia backscatter. Le macchine a retrodiffusione utilizzano un dispositivo chiamato collimatore per produrre un flusso parallelo di raggi X a bassa energia, che passano attraverso una fessura e colpiscono un passeggero in piedi nella macchina. Un singolo scanner include due sorgenti di radiazioni in modo che sia possibile acquisire immagini sia della parte anteriore che di quella posteriore della persona. Le immagini si formano quando i raggi X , che penetrano negli indumenti, rimbalzano sulla pelle della persona e ritornano ai rilevatori montati sulla superficie della macchina. Le radiazioni rimbalzano anche su armi, esplosivi o altre minacce nascoste nei vestiti o appoggiate alla pelle.

L'altro tipo di scanner utilizza una tecnologia concorrente nota come imaging a onde millimetriche ( mmw ) . Queste macchine funzionano secondo gli stessi principi, tranne per il fatto che emettono un tipo speciale di microonde, non raggi X. Due trasmettitori rotanti producono le onde mentre un passeggero rimane fermo all'interno della macchina. L'energia passa attraverso i vestiti, rimbalza sulla pelle della persona - così come su qualsiasi potenziale minaccia - e poi ritorna a due ricevitori, che inviano immagini, davanti e dietro, a una stazione dell'operatore.

Sfortunatamente, ciò che avrebbe dovuto alleviare le preoccupazioni del pubblico ha solo causato agitazione e ansia tra passeggeri, piloti e agenti della TSA. Molte persone hanno espresso preoccupazione per i rischi per la salute del processo di scansione per entrambe le tecnologie. Quanta radiazione producono queste macchine? Come si confronta con i dispositivi di imaging medico? Ed è sufficiente per aumentare i tassi di cancro nella popolazione generale? Poi ci sono le domande sulla privacy. Gli agenti della TSA possono vedere frammenti che non dovrebbero vedere? E memorizzano o archiviano mai le scansioni invece di eliminarle immediatamente?

La fretta di rispondere a queste domande ha generato una serie di miti e idee sbagliate. È quasi come se gli scanner per tutto il corpo, macchine in grado di scrutare in profondità nella nostra anima (o almeno sotto i nostri vestiti), fossero essi stessi opachi. In realtà, non lo sono. Traggono vantaggio da principi scientifici ben conosciuti che esistono da anni. Alziamo il sipario sugli scanner a onde millimetriche per capire come funzionano e come vengono utilizzati negli aeroporti di tutto il mondo.

1. Tecnologia delle onde millimetriche
2. Il processo di scansione MMW
3. Preoccupazioni e obiezioni agli scanner per onde millimetriche
4. Altre applicazioni della tecnologia delle onde millimetriche

Prima di salire all'interno di uno scanner a onde millimetriche, dobbiamo fare un passo indietro e rivedere alcune informazioni di base sulla radiazione elettromagnetica , che esiste in natura come onde di energia formate sia da campi elettrici che magnetici. Queste onde viaggiano nello spazio e sono disponibili in una varietà di dimensioni o lunghezze d'onda. I raggi gamma, ad esempio, hanno una lunghezza d'onda dell'ordine di 0,000000000001 metri o 0,000000001 millimetri. I raggi X , che corrono un po' più grandi, hanno una lunghezza d'onda dell'ordine di 0,0000000001 metri, o 0,0000001 millimetri. E le onde luminose visibili misurano circa 0,000001 metri, o 0,001 millimetri. L'intera collezione di onde, su tutte le frequenze, è nota come spettro elettromagnetico .

Consideriamo ora un'onda che cade esattamente in un intervallo compreso tra 0,001 metri (1 millimetro) e 0,01 metri (10 millimetri). Gli scienziati chiamano l'energia in questo minuscolo frammento dello spettro elettromagnetico radiazione di onde millimetriche . Le onde millimetriche hanno una varietà di usi, ma sono particolarmente importanti nelle trasmissioni radiofoniche e nei telefoni cellulari. E, poiché le lunghezze d'onda delle onde millimetriche sono grandi rispetto alle fibre naturali e sintetiche, tendono a passare attraverso la maggior parte dei materiali, come i vestiti, rendendole un candidato ideale per le tecnologie di scansione.

Gli scanner a onde millimetriche producono le loro onde con una serie di piccoli trasmettitori a forma di disco impilati l'uno sull'altro come le vertebre di una colonna vertebrale. Un'unica macchina contiene due di queste pile, ciascuna circondata da un guscio protettivo curvo noto come radome , collegato da una barra che ruota attorno a un punto centrale. Ogni trasmettitore emette un impulso di energia, che viaggia come un'onda verso una persona in piedi nella macchina, passa attraverso i vestiti della persona, si riflette sulla pelle della persona o nasconde oggetti solidi e liquidi e poi torna indietro, dove il trasmettitore, ora agendo come un ricevitore, rileva il segnale. Poiché ci sono diversi dischi trasmettitore/ricevitore impilati verticalmente e poiché questi stack ruotano attorno alla persona, il dispositivo può formare un'immagine completa, dalla testa ai piedi e dalla parte anteriore a quella posteriore.

È compito del software nel sistema dello scanner interpretare i dati e presentare un'immagine all'operatore TSA. Il software crea una silhouette 3D, in bianco e nero, dell'intero corpo del soggetto. Impiega anche una funzione nota come riconoscimento automatico del bersaglio o ATR , il che significa che può rilevare le minacce ed evidenziarle per una facile identificazione. La tecnologia ATR è in grado di rilevare liquidi, gel, plastica, polveri, metalli e ceramiche, nonché esplosivi standard e fatti in casa, droga e denaro.

Il software ATR fa anche qualcos'altro. Uno scanner senza questo software forma immagini che rivelano la topografia unica di una persona, ma in un modo che sembra un prototipo di grafite grezzo. In altre parole, puoi vedere alcune caratteristiche fisiche, ma non con gli stessi dettagli di Superman o scanner a retrodiffusione , entrambi dotati di visione a raggi X. Uno scanner a onde millimetriche con software ATR produce un profilo generico di una persona, esattamente lo stesso per tutti, evidenziando eventuali aree che potrebbero richiedere uno screening aggiuntivo.

Gli scanner a onde millimetriche non sono metal detector . In realtà scrutano attraverso i vestiti per cercare oggetti metallici e non metallici che un individuo potrebbe cercare di nascondere. Per avere una buona visuale è necessario che i passeggeri che entrano nello scanner seguano determinate procedure. Ecco cosa puoi aspettarti se inserisci uno degli scanner da circa 600 mmw in uso negli aeroporti degli Stati Uniti nel 2012:

In ogni caso, la scansione richiede meno di 10 secondi e non richiede nulla di doloroso o imbarazzante. Ma se ritieni fortemente che la scansione di tutto il corpo di una macchina a onde millimetriche violi la tua privacy, puoi annullare il processo di screening. Tuttavia, riceverai uno screening alternativo, inclusa una perquisizione fisica.

Secondo la TSA, la maggior parte delle persone preferisce il processo di scansione a un esame fisico. In effetti, oltre il 99% dei passeggeri sceglie di essere sottoposto a screening da questa tecnologia rispetto a procedure di screening alternative [fonti: TSA ]. E le persone con articolazioni artificiali o altri dispositivi medici impiantati apprezzano ancora di più gli scanner mmw perché non devono preoccuparsi dei falsi positivi associati ai metal detector vecchio stile.

Non appena la TSA ha iniziato a installare scanner a onde millimetriche, il pubblico ha iniziato a porre domande, principalmente relative alla privacy e alla sicurezza. Nella prima categoria, le persone si opponevano all'idea che estranei sbirciassero sotto i loro vestiti per vedere dettagli intimi o rivelare prove di mastectomie, apparecchi per colostomia, protesi peniene e tubi cateteri. Un rappresentante dell'American Civil Liberties Union ha descritto l'imaging di tutto il corpo come "nient'altro che una ricerca su strisce elettroniche".

Per sedare il clamore, la TSA ha introdotto diverse precauzioni sugli scanner mmw. Uno di questi, come abbiamo già discusso, prevede l'installazione di un software di riconoscimento automatico del bersaglio su un certo numero di macchine. Il software rende ogni soggetto come una sagoma generica, con aree sospette evidenziate. E se non rileva nulla di sospetto in una scansione, visualizza la parola "OK" senza alcuna immagine. Per gli scanner senza software ATR, l'operatore di sicurezza che visualizza l'immagine risultante si trova in una posizione remota e comunica in modalità wireless con l'agente che gestisce la macchina. E nessuna macchina è in grado di memorizzare immagini. Ogni immagine viene eliminata automaticamente non appena il responsabile della sicurezza remota completa la sua ispezione. Detto questo, cos'è una regola senza eccezioni? Gli Stati Uniti Marshals Service non è riuscito a eliminare migliaia di immagini catturate con un sistema a onde millimetriche in un tribunale in Florida. Sì, migliaia [fonte:McCullagh ].

Naturalmente, nessuna di queste misure protegge un passeggero dagli effetti dannosi delle onde stesse. Fortunatamente, diversi studi hanno stabilito che gli scanner a onde millimetriche rappresentano pochi rischi per i passeggeri, i piloti o gli agenti della TSA che azionano le macchine. Le onde prodotte da questi scanner sono molto più grandi dei raggi X e sono della varietà non ionizzante. Le radiazioni ionizzanti hanno energia sufficiente per rimuovere gli elettroni dagli atomi, ma le onde radio, la luce visibile e le microonde non hanno questa capacità. Di conseguenza, non alterano la struttura delle molecole biologiche, come proteine ​​e acidi nucleici.

Il problema più grande con gli scanner a onde millimetriche sembra essere l'alto numero di falsi allarmi. Possono essere ingannati da oggetti di dimensioni vicine alla lunghezza d'onda dell'energia. In altre parole, pieghe nei vestiti, bottoni e persino gocce di sudore possono confondere la macchina e far sì che rilevi quello che pensa sia un oggetto sospetto. Quando la Germania ha testato gli scanner mmw, i funzionari della sicurezza hanno riportato un tasso di falsi positivi del 54%, il che significa che ogni altra persona che passava attraverso la macchina richiedeva una perquisizione che non avesse trovato armi o oggetti nascosti [fonte: Grabell e Salewski ]. A causa di questi risultati deludenti, Francia e Germania hanno smesso di utilizzare gli scanner a onde millimetriche, non lasciando loro una buona alternativa per scansionare i volantini.

Gli scanner a onde millimetriche hanno suscitato scalpore, ma onde simili ci circondano ogni giorno e ci aiutano a fare cose che ora diamo per scontate. Ad esempio, il tuo cellulare si affida alla tecnologia delle onde millimetriche per inviare e ricevere dati e chiamate. Tale attività dello smartphone avviene tramite satelliti di comunicazione, che ricevono segnali a microonde dalle stazioni di terra e poi li dirigono, come trasmissioni downlink, a più destinazioni. Ricorda che le onde elettromagnetiche sono disponibili in una gamma di lunghezze d'onda. Sono anche disponibili in una gamma di frequenze, che è una misura di quante creste d'onda passano un certo punto ogni secondo. Le microonde utilizzate nelle comunicazioni satellitari sono onde ad altissima frequenza, o SHF, nell'intervallo da 3 gigahertz a 30 gigahertz (GHz).

NEXRAD, o radar meteorologico di nuova generazione, utilizza anche onde nella gamma di 3 GHz per aiutare i meteorologi a fare previsioni meteorologiche. NEXRAD si basa sull'effetto Doppler per calcolare la posizione e la velocità dei fronti di pioggia, neve e meteo. In primo luogo, un'unità radar emette un impulso di energia, che viaggia nell'aria finché non incontra un oggetto, come una goccia di pioggia. Quindi l'unità ascolta un'eco - energia riflessa dall'oggetto. Inviando un flusso costante di impulsi e ascoltando gli echi, il sistema è in grado di creare un'immagine del tempo con codice colore in una particolare area.

Gli astronomi sfruttano le onde ad altissima frequenza (EHF) nell'intervallo da 30 a 300 GHz per studiare la formazione di stelle e galassie a milioni di anni luce dalla Terra. Invece dei tradizionali telescopi che rilevano la luce, questi scienziati usano i radiotelescopi per "vedere" l'energia con lunghezze d'onda millimetriche e submillimetriche. Poiché le strutture a terra possono interferire con queste onde, i radiotelescopi sono generalmente collocati in posizioni molto elevate. Ad esempio, il Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy (CARMA) comprende 23 antenne radio nelle montagne Inyo vicino a Big Pine, in California.

Quindi, le onde millimetriche sono ben comprese e abbastanza comuni in un certo numero di applicazioni che utilizziamo regolarmente. Anche il forno a microonde della tua cucina fulmina il cibo con una forma di energia proveniente da questa stretta banda dello spettro elettromagnetico. La sua adozione nella sicurezza aeroportuale è un'estensione naturale - e innocua - della tecnologia, soprattutto se si considera il tipo di disastro che sta cercando di prevenire. A novembre 2012, la TSA ha installato centinaia di scanner mmw negli aeroporti degli Stati Uniti e a livello internazionale vengono utilizzati negli aeroporti e nei sistemi di trasporto di massa in diversi paesi, tra cui Canada, Paesi Bassi, Italia, Australia e Regno Unito.

Nota dell'autore: come funzionano gli scanner per onde millimetriche

Dato il lungo pedigree delle onde millimetriche e i progressi che hanno consentito in medicina, astronomia e meteorologia, sono sorpreso che così poche persone abbiano elogiato gli scanner mmw come uno strumento pratico e salvavita. Personalmente, sono disposto a lasciare che le macchine guardino sotto i miei vestiti purché catturino l'aspirante terrorista che cerca di salire a bordo dello stesso aereo.

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