Een vliegende blik op 5G: hoe drones zorgen voor helderheid in stralingsmetingen

Hoe een drone de transparantie over 5G-straling vergroot

5G-basisstations komen er jaarlijks in grote aantallen bij en creëren een revolutie in onze communicatie, maar het roept bij velen ook vragen op over de mogelijke impact op onze gezondheid van die elektromagnetische velden (EMV) geproduceerd door 5G-straling. Ultrasnelle data en ongekende connectiviteit behoren inmiddels tot het alledaagse, maar tegelijkertijd blijft de discussie over de gezondheidsrisico's van die straling een gevoelig punt. Hoe kunnen we de publieke bezorgdheid wegnemen en tegelijkertijd de technologische vooruitgang omarmen? Jonas Vermeulen, een getalenteerde student industrieel ingenieur automatisatie van de Universiteit Gent, bedacht met zijn masterproef een baanbrekende efficiënte oplossing: een volledig geautomatiseerde drone die de 5G-straling tot in detail ruimtelijk in kaart brengt.

Waarom nauwkeurige 5G-metingen cruciaal zijn

Radiofrequente elektromagnetische velden (RF-EMV) bevinden zich dagelijks overal om ons heen. Ze worden uitgezonden door zendmasten (de basisstations van providers Telenet, Proximus, Base, etc…), wifi-routers, radio’s en onze eigen smartphones. Hoewel deze velden 'niet-ioniserend' zijn, wat betekent dat ze onvoldoende energie hebben om chemische bindingen te doorbreken, zijn er wel degelijk publieke gezondheidszorgen over hun mogelijke biologische effecten. Organische weefselverwarming, hoofdpijn en slaapstoornissen worden gelinkt aan hoge RF-EMV-blootstelling, en de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) heeft RF-golven zelfs geclassificeerd als mogelijk kankerverwekkend.

Traditionele methoden om deze straling te meten, zoals manuele scans met draagbare stralingsapparatuur, zijn arbeidsintensief en bieden slechts een beperkt beeld van de driedimensionale verspreiding van de straling. Vooral op grotere hoogtes zijn ze sterk gelimiteerd. De moderne 5G-technologieën gebruiken zowel “Massive MIMO” en “Beamforming”. Die twee nieuwe technieken resulteren samen in een sterk geconcentreerde stralingsbundel, die dynamisch naar zijn gebruikers wordt gericht. Daardoor is een statische, grondgebaseerde meting onvoldoende om een compleet beeld te krijgen van de stralingsblootstelling. Het is alsof je de oceaan probeert te begrijpen door alleen de golven aan het strand te observeren.

❝
We hadden een volledig automatische, efficiëntere en vooral reproduceerbare methode nodig om de 5G-blootstelling tweedimensionaal in kaart te brengen. Het gaat daarbij niet alleen om de naleving en validatie van richtlijnen, zoals die van ICNIRP met referentieniveau van 61,7 V/m stellen voor de algemene bevolking, maar ook om het creëren van transparantie en vertrouwen bij het publiek.
— Jonas Vermeulen tijdens de masterproefverdediging

De geboorte van een vliegende meetpost

De kern van Jonas' oplossing is een autonome quadcopter (dit is een drone met vier armen), uitgerust met een speciaal ontwikkelde, frequentieselectieve 5G-sensor. Deze sensor is specifiek ontworpen om de blootstelling in de cruciale n78-frequentieband (3.4-3.8 GHz) te meten, dit is de band die in België veel wordt gebruikt voor 5G-diensten door de voornaamste serviceproviders.

Het creëren van een dergelijk systeem was een enorme uitdaging. Na een uitgebreide analyse van diverse droneplatformen werd de Holybro X500 V2 Pixhawk drone gekozen. Deze drone blonk uit in modulariteit, kosteneffectiviteit en prestaties in diverse onderzoekscontexten. Maar een drone met een 5G-sensor is nog geen autonoom meetinstrument. Het finetunen vereiste een reeks complexe kalibraties, waaronder de IMU (die de positie en oriëntatie bepaalt), het radiografische besturingssysteem, het PID regelsysteem en het magnetische kompas. Elk onderdeel moest tot in de puntjes worden afgesteld om een stabiele en nauwkeurige automatische vlucht te kunnen garanderen.

De verborgen uitdagingen: Interferentie en Afscherming

Een enorme uitdaging tijdens de meetcampagnes was de invloed die de drone zelf uitoefende op de metingen, waardoor de kwaliteit van de metingen negatief beïnvloed kon worden. Zowel de boordelektronica gemonteerd op de drone als de fysieke mechanische structuur van de drone konden de stralingsmetingen beïnvloeden. Jonas voerde uitgebreide tests uit om alle mogelijke interferentiebronnen te identificeren en hun invloed te kwantificeren en minimaliseren. Hij ontdekte dat, hoewel de meeste interne componenten nauwelijks interferentie veroorzaakten, de radiobesturing met de dronecontroller wel een significante bron van verstoring kon zijn. Door slimme plaatsing en heroriëntatie van de 5G-sensor en de radio-ontvanger op de drone wist hij deze invloed tot een minimum te beperken. Bovendien werd deze invloed gekwantificeerd, zodat hiermee rekening kon worden gehouden bij de bepaling van de nauwkeurigheid. Daarnaast bleek het ook dat de vier motorarmen van de drone het 5G-signaal konden verzwakken vanuit bepaalde richtingen, daarom werden alle mechanische onderdelen van de drone grondig onderzocht op afscherming. Met alle verzamelde gegevens konden de meetresultaten vervolgens nauwkeurig worden gecorrigeerd voor een zuiver beeld van de werkelijke 5G-straling.

De vliegende meetcampagne: een gedetailleerd 2D beeld van 5G-straling

Met een goed gekalibreerde drone en een diepgaand begrip van de interne interferentie en afscherming, was het tijd voor een metingscampagne in the field. De drone vloog autonoom een vooraf ingesteld raster van 16 meetpunten in een verticale 2D rechthoek, in de aanwezigheid van een 5G-zendantenne. Op elk van deze punten zweefde de drone 10 seconden om nauwkeurige redundante data te verzamelen.

De resultaten waren indrukwekkend. De drone volgde nauwgezet zijn gedefinieerde pad en bracht de ruimtelijke variatie in RF-EMV blootstelling gedetailleerd in kaart, met piekwaarden van de elektrische veldsterkte nabij de zendantenne tot wel 3,83 V/m. Deze waarden werden vervolgens gevisualiseerd in zogenaamde “heatmaps”, die de gebieden met hogere blootstelling duidelijk markeren met een rode kleur. Hoewel de GPS-module van de drone een kleine afwijking tot maximaal 2 meter kon vertonen tussen verschillende vluchten, bleven die positionele afwijkingen binnen aanvaardbare marges voor het in kaart brengen van de blootstelling.

❝

Deze autonome metingen vanuit de lucht bewijzen dat we gedetailleerde en reproduceerbare gegevens kunnen leveren voor het toezicht op 5G-blootstelling. Het is een belangrijke stap in de richting van objectieve data die de publieke discussie kan informeren."

—Kenneth Deprez (Dr. Ing. en promotor van de masterproef)

De toekomst vliegt verder

Het werk van Jonas Vermeulen legt een solide basis voor toekomstige ontwikkelingen. Het bewijst dat drones kunnen ingezet worden voor autonome meetcampagnes over 5G-straling. Verbeteringen in positionele nauwkeurigheid door de integratie van RTK-GPS en de toevoeging van een stereovisie dieptecamera op de drone kunnen de mogelijkheden en precisie verder uitbreiden. Het komende academiejaar zal een volgende student industrieel ingenieur zich over deze uitdagingen buigen. Bovendien kan het meetsysteem worden uitgebreid naar hogere frequenties, zoals millimetergolven (mmWave), waardoor het ook relevant wordt voor toekomstige 6G-netwerken. In een tijdperk waarin draadloze technologieën steeds meer verweven raken met ons dagelijks leven, biedt de vliegende meetpost van Jonas Vermeulen een geruststellende blik op de toekomst: een toekomst waarin technologische vooruitgang hand in hand gaat met transparantie, veiligheid en een geïnformeerd publiek debat.