Van iedere nieuwe generatie draadloze communicatietechnologie moet bekend zijn welke invloed deze heeft op de omgeving, en dat geldt ook voor de vijfde generatie: 5G. Binnen Europa worden verschillende onderzoeken uitgevoerd naar de blootstelling aan elektromagnetische velden (EMV) in nieuwe 5G-netwerken. De TU Delft werkt onder meer samen met de Haagse Hogeschool en de Universiteit Gent aan een aantal van deze onderzoeken.
Binnen het team van de Haagse Hoogeschool vormt Sam Aerts een verbindende schakel: “Ik werkte tot eind 2022 bij de Universiteit Gent en ben toen overgestapt naar de Haagse Hogeschool, naar het lectoraat Smart Sensor Systems. Destijds waren we in Gent al bezig met 5G-metingen en bouwden we sensoren om langdurige metingen uit te voeren. Hier in Delft waren de TU Delft en de Haagse Hogeschool ook bezig aan hun eigen sensoren. Het leek ons ideaal om ons werk eens te vergelijken. Als we al onze meetinstrumenten bij elkaar brengen, zien we dan dezelfde resultaten? Of zijn er verschillen? En kunnen we die verschillen verklaren? Welke omgevingsfactoren hebben invloed op onze metingen?”
Onzekerheden
Het meten van elektromagnetische velden luistert nauw. Voor de zuiverheid van de metingen is de locatie van de sensoren belangrijk. Sam licht toe: “Er zitten altijd meetonzekerheden in, vanwege variërende signalen in tijd en in ruimte. Daarom hebben we in eerste instantie vijf sensoren naast elkaar op een tafel op een rijtje gelegd en die waarden vergeleken. Vervolgens schoven we ze door, om de invloed van de positie te bepalen. We hadden ook een spectrum analyzer mee om heel nauwkeurige metingen te doen. Soms bleken de metingen sterk af te wijken, omdat de sensoren minder goed werkten dan verwacht. Dat hoort bij wetenschappelijk onderzoek. Experimenteren, aannames doen aan de hand van de uitkomsten, die verifiëren door een extra toetsing, en uiteindelijk conclusies trekken.”
Een aantal van de sensoren die toen getest zijn, hangen nu ook bij The Green Village, in de buurt van Do IoT Fieldlab’s 5G-installatie. TU-Delft collega’s Joep van der Weijden en Marijn Leeuwenberg waren vanaf het begin betrokken bij het opzetten van dit onderzoek. Na een eerste inventarisatie over wat er precies getest moet worden, de benodigdheden en eventuele risico’s, stelden ze met elkaar een overeenkomst op. Joep: “The Green Village is een regelluwe omgeving. Je hoeft dus niet allerlei vergunningen aan te vragen als je onderzoek wilt doen. Vooraf moet je wel helder hebben wie verantwoordelijk is voor welke onderdelen, als hier apparatuur wordt geplaatst. Verder moesten we ook met elkaar bepalen hoe en waar we de data opslaan. Samen met onze partner Surf hebben we het zo ingericht dat de EMV-sensoren iedere 5 seconden via internet een pakketje data versturen. Het verzamelen van de data en de analyse is aan de onderzoeker. Vanuit The Green Village willen we dit zo goed mogelijk faciliteren. Ze kunnen zelf makkelijk bij de data, maar ze kunnen ook gebruik maken van ons dashboard.”
Toegankelijke data
Het dashboard van The Green Village maakt allerlei data inzichtelijk van de vele wetenschappelijke experimenten die hier worden uitgevoerd. Zo ook de data van dit onderzoek. Marijn: “Als dit platform er niet was geweest, hadden ze het zelf moeten ontwikkelen. Dat kost veel tijd, omdat je eerst moet nadenken over de informatiearchitectuur en wat je precies inzichtelijke wilt maken. Wij konden nu ons platform makkelijk uitbreiden. Daarmee helpen we de wetenschappers om een vlotte start te maken. Voorwaarde is wel dat alle data toegankelijk is; ook voor andere onderzoekers die daar gebruik van willen maken. Naast het inrichten van het dashboard, hebben we ook geadviseerd over de meest optimale locatie van de sensoren. Als je bijvoorbeeld twee sensoren dicht bij elkaar plaatst aan de binnenkant en de buitenkant van een gevel, kun je daar specifieke informatie uit halen.” Gecombineerd met de kennis van de 5G-experts die binnen Do IoT Fieldlab samenwerken, werd een soort grid uitgedacht. Voor de Haagse Hogeschool is het essentieel dat de velden zo min mogelijk verstoord worden. “Zelfs 10 centimeter verschil kan al veel uitmaken. We wilden reflecties van gebouwen zo veel mogelijk vermijden, voor het stabielste veld en een optimale meting.”
Elke nieuwe generatie communicatietechnologie wordt efficiënter. In de praktijk houdt dit in dat een antenne geen straling moet uitzenden als dit niet door een gebruiker gevraagd wordt. De verwachtingen van het onderzoeksteam kwamen aardig overeen met de uitkomsten. “We hebben de sensoren eerst in het lab gekalibreerd”, schetst Sam. “Die meten namelijk maar langs één as. Maar je moet in drie dimensies meten om het totale veld te kennen. Daarom bepalen we de gemiddelde respons uit de kallibratiemetingen en voegen we daar een bijkomende factor aan toe op basis van de spectrum analyzermeting die we achteraf, ter plaatse, uitvoeren. Deze factor is nodig om rekening te houden met de invloed van de plaatsing van de sensor-node. “In de volgende fase willen we nog een aantal testen uitvoeren waarbij we heel specifiek een piek veroorzaken in het datagebruik en daarmee dus ook in de velden die we opwekken. Zo kunnen we bepalen of onze sensoren voldoende dynamisch bereik hebben om deze velden te kunnen meten. Deze piek komt echter zo goed als nooit voor, omdat er in een echt netwerk meerdere gebruikers zijn die de data (en de daarmee gepaarde straling) onder elkaar verdelen, maar het is belangrijk om na te gaan wat de mogelijke maximale veldsterktes zijn. Daar moet je je overigens niet veel spannends bij voorstellen,” nuanceert Sam, ”we zitten nog heel ruim onder de maximale waarden die de EU heeft bepaald voor veilig gebruik van 5G.”
Vest vol sensoren
Een volgende stap wordt een ‘wearable’ ontwikkelen voor gebruik in 5G-netwerken, waarmee iemand de velden kan meten terwijl hij van A naar B loopt. Bij het woord wearable denken de meeste mensen logischerwijs aan een smartwatch, maar een horloge is niet zo geschikt, legt Sam uit. “Ten eerste bewegen je armen continu. Daarmee verstoor je een veld en varieert de meting enorm. Iets dat je op je romp draagt is veel stabieler. Een vest zit op een vaste plaats. Verder is één meetplek niet genoeg, het veld aan de voorkant van je lichaam kan namelijk heel anders zijn dan aan de achterkant. En dit verschil wordt groter naarmate hogere frequenties gebruikt worden. We werken nu aan een vest dat rondom vol met sensoren zit om te gebruiken in een 5G-netwerk bij 26 GHz. Een prachtig project waarbij de academische denkkracht van de TU Delft wordt gecombineerd met de praktische expertise waar de studenten aan de Haagse Hogeschool in worden opgeleid.”
Kijkend naar de toekomst, is Sam positief gestemd. Het onderzoek loopt sowieso de komende tijd door. Zowel de TU Delft als de Haagse Hogeschool willen het sensornetwerk uitbreiden, verbeteren en door ontwikkelen. Onlangs is een nieuwe Do IoT 5G-installatie geopend in Tomatoworld, een experimentele omgeving in een kas. “We blijven plaatsen zoeken waar we nog meer kennis kunnen vergaren over het bereik van 5G en de invloed van het netwerk op de omgeving, en daarmee doelen we niet enkel op mensen, maar op ook dieren en planten. Reuze interessant om te onderzoeken wat er op zo’n specifieke locatie gebeurt!”
