Antena ELF

Detecção Remota da Atividade Cerebral

Todo organismo vivo em nosso planeta é cercado de energia na forma de sinais ambientais. Essa energia é produzida pelo organismo como resultado da essência de sua vida e sobrevivência, ou a energia ocorre na forma de sinais naturais de origem terrestre e extraterrestre e sinais artificiais gerados no planeta. Se o Homem tem a opção, o dom de ver um espectro muito mais amplo, para não ficar limitado apenas pela parte visível do espectro, ele ficaria surpreso, com certeza, de como é denso o espectro no nosso planeta. Não há dúvida de que o próprio homem está emanando energia e os sinais emitidos pelo cérebro constituem um componente desta energia. Trata-se de frequências extremamente baixas - ELF.

Para se produzir sinais modulados em ELFs não é necessário antenas quilométricas ou estruturas complexas, as ondas ELFs podem ser geradas a partir da diferença de batida de duas ou mais outras ondas de frequencias mais altas, é um procedimento conhencido na engenharia de sinais como sinais de batida (beat signal). Sinal de batida é um padrão de interferência entre dois sinais de diferentes frequências, percebida como uma variação periódica no volume cuja taxa é a diferença das duas frequências. Getmantsev et al. [1974], “Combination frequencies in interaction between high-power short-wave radiation and ionospheric plasma’ anunciou pela primeira vez a detecção de ondas eletromagnéticas ELF emitidas a partir da camada D da ionosfera quando a ionosfera era ‘aquecida’ por duas ondas de rádio de alta frequência (HF), resultando em sinal modulado de ‘sinais de batida’ constituido pela diferença das ondas originais.

Assim para se produzir um sinal de baixa frequencia modulado no padrão cerebral, com capacidade de alterar o modelo mental de um individuo não é necessário muita tecnologia. Todo o sistema de controle do ser humano está enterrado profundamente no cérebro, em uma região denominada tálamo. O tálamo é o centro de intercambio e integração de todas as excitações provenientes dos sensores corporais, da medula espinhal e do tronco encefálico ao córtex cerebral. O sistema é chamado de gerador rítmico talâmico ou "marcapasso". Os íons de cálcio estão fluindo lentamente para determinados neurônios talamicos corticais, que oscilam 1,528 segundos. São essas oscilações que provocam as ondas cerebrais. Então, as ondas cerebrais se propagam até o córtex cerebral. Se esses neurônios estão saturados com íons cálcio, as oscilações talâmicas param. As ondas cerebrais ficam "inativas" durante essa "fase silenciosa", com duração de 5 a 25 segundos. As oscilações talâmicas recomeçam, quando o nível de cálcio nas células cai para o valor que permite que o neurônio oscile novamente. O EEG mostrou que as ondas não se expandem apenas para o cérebro, mas por todo o sistema nervoso (através do sistema perineural) e por todas as partes do organismo. Assim, as ondas cerebrais ajustam a sensibilidade e a atividade de todo o sistema nervoso. Assim, o campo eletromagnetico cerebral pode ser afetado por ritmos elétricos e magnéticos externos, naturais ou artificiais.

Esse campo eletromagnetico também pode ser medido com a tecnologia apropriada e é esse o objetivo desse breve artigo, medir a emissão humana de sinais eletromagnéticos. Para tanto uma antena adequada é o elemento básico de construção para a medição de emissões humanas na faixa ELF (3 - 30 Hz). Uma antena de loop usada desde o início das comunicações por rádio ou uma bobina indutiva grande podem ser usada para essa medição. Ambos os tipos de antena têm a vantagem de que seus tamanhos são relativamente pequenos em comparação com o comprimento de onda a que se destinam. A grande quantidade de cobre necessária para construir o enrolamento é sua desvantagem comum. Ao contrário de um monopolo elétrico, essas antenas estão trabalhando inteiramente com o campo magnético e, portanto, é aconselhável usar uma blindagem eletrostática adequada.

Para comparar a conveniência desses tipos de antenas para medição de emissões humanas na faixa ELF, ambos os tipos de antenas mencionadas acima foram construídos. A antena em loop foi construída primeiro, sua imagem é mostrada na figura abaixo.

A antena está enrolada em uma moldura de madeira em forma de octógono regular. O comprimento do fio de cobre usado foi de quase 500 metros, com espessura do fio de 1,3 mm (AWG 16). A antena foi blindada com uma folha de alumínio e aterrada. O tamanho efetivo da área é de 118,3 m2, a resistência da antena loop é 5,98 Ω, a indutância do loop é 31,2 mH e a baixa frequência de corte é 30,5 Hz.

A antena do tipo indutivo foi a segunda a ser construída, figura abaixo. Foram aproximadamente 40.000 voltas de fio AWG 28 (0,33 mm) enroladas no tubo de PVC com o diâmetro externo de 50 mm e comprimento de 870 mm. O comprimento do fio condutor foi de aproximadamente 7 km. A resistência da bobina é 1,46k e a indutância medida foi de 6,01 H. Cada uma das 15 camadas foi ‘ensanduichada’ com um fino papel isolante. A blindagem eletrostática foi fornecida da mesma maneira que para a antena de loop. O núcleo magnético da bobina (preenchendo quase todo o espaço interno do tubo de PVC) foi fornecido a partir de tiras de ferro temperado de largura diferente. Cada tira também foi recoberta com isolantes.

O sinal da antena é alimentado com um conversor de corrente/tensão composto por um amplificador de operação com nível de ruído básico ultra baixo. Atrás do segundo estágio, com ganho de tensão fixo de 45 dB, há um filtro passa baixa de 8ª ordem com a frequência de ressonacia de 30 Hz. A aproximação inversa de Chebyshev usada fornece a pior relação de fase, de fato. Mas o filtro implementado possui atenuação de 60 dB em 50 Hz, que é a frequência da linha usada na Republica Tcheca.

O sinal de saída do filtro vai para a entrada do gravador digital DAT. O gravador DAT possui um conversor A/D de 16 bits embutido e funciona com a frequência de amostragem padrão de 44.1kHz. Toda a cadeia de medição foi fornecida por acumuladores durante a gravação. A emissão humana na faixa ELF foi medida tanto na câmara blindada localizada em um prédio no centro da cidade de Brno quanto em terreno livre a aproximadamente 8 km da aglomeração da cidade. Mais de 5 horas de gravação de sinal foram feitas gradualmente nas situações com um homem se movendo a uma distância de 0,5 - 2,5 m de antenas individuais ou com um homem a dezenas de metros de distância de antenas individuais. Em seguida, a gravação foi armazenada no PC através da interface SP-DIF, convertida para o formato de dados adequado ao ambiente de software MATLAB e processada digitalmente.

Esse é um exemplo do tempo do sinal na banda ELF sem a presença do homem na figura acima, corresponde à gravação da antena em loop; o diagrama inferior corresponde ao registro da bobina indutiva. Embora esse registro tenha sido feito na câmara blindada, pode ser visto o registro de uma intensa interferência industrial. A análise espectral pode nos dar mais informações. O método bem conhecido de Welch (Welch's method) provou ser um meio adequado para a análise espectral. Os diagramas de espectro suavizados correspondentes às gravações da antena em loop são mostrados na Fig.4, e o diagrama correspondente da bobina indutiva é mostrado na Fig.5.

Para facilitar a comparação, apenas dois diagramas de espectro suavizados são mostrados em cada figura, eles correspondem à presença e ausência humanas na proximidade da antena. É típico para gravações feitas com a antena de loop (Fig.4) que o homem presente esteja amplificando a frequência componente marcadamente próximos do frequencia Schumann. Além dessa ressonância, a presença do homem resulta no aparecimento de outros picos de frequência distintos nas frequências na faixa de 1,3 - 4 Hz nos espectros de sinal, além disso nas frequências 21,2 Hz e 28,7 Hz. O pico da frequência 16,7 Hz não é mencionado porque esse valor de frequência pertence à linha de tração de 15kV que é abundante no transporte ferroviário europeu. É típico para gravações feitas com bobina indutiva grande (Fig.5) que não há amplificação visível na frequência SR (6,9 Hz) causada pela presença do homem. Contrasta com as gravações feitas com a antena em loop. Mas, a presença do homem é a mais distinta na faixa de 1,3 - 4 Hz.

O terceiro pico de frequência mais distintivo tem valor de 26,8 Hz, com divisão para a frequência de 28,7 Hz. É necessário mencionar aqui que a sensibilidade da bobina indutiva para a presença do homem era mais alta se orientada na direção leste-oeste. Pode-se afirmar geralmente que a bobina indutiva mostrou melhores características no processo de medição. Como seu tamanho é menor que o da antena em loop, não é sensível às rajadas de vento e parece ter melhores perspectiva para o futuro. A medição provou que o campo eletromagnético do ser humano pode ser detectado na faixa de frequências de 1,3 - 30 Hz.

Figura 4-5

Este artigo relata a medição da radiação de seres humanos na banda ELF usando dois tipos de antenas. É feita uma breve análise dos diagramas espectrais medidos e, consequentemente, é feita uma conclusão de que o ser humano está emitindo energia eletromagnetica na faixa de interesse. Esta banda foi situada deliberadamente no intervalo de frequência de 0,5 - 30 Hz. Nos trabalhos a seguir, é necessário otimizar o tamanho da abertura da antena do ponto de vista de dimensões razoáveis ​​e realizar um conjunto de medições que permitam a detecção do corpo humano preso sob a avalanche de neve, por exemplo. Como cada ser humano apresenta um padrão de modulação cerebral distinto, poder-se-á, em breve, individualizar cada cérebro captado pela antena.

O design da forma do sistema de antenas também é objeto de pesquisa desse problema. Também surge a pergunta se é vantajoso projetar o loop dedicado ou a antena indutiva com a frequência de ressonância livre em 1 - 7 Hz aproximadamente. Considerando as supostas aplicações, apenas o componente magnético da emissão foi registrado e analisado. O relatório enviado deve ser entendido como inspiração. Os autores estão aptos a sugestões e opiniões motivadoras da comunidade científica e de especialistas.