ミリ波スキャナの仕組み

2009年のクリスマスの日、ウマル・ファルーク・アブドゥルムタラブはアムステルダム発デトロイト行きの飛行機の中で下着姿で爆発物を爆発させようとした。 9/11 以降の飛行機が関与した他のすべてのテロ行為と同様、アブドゥルムタラブの失敗した試みは、新しい乗客検査技術とテクノロジーにつながりました。

2010 年 12 月までに、運輸保安局 (TSA) は、全米の空港に 500 台の全身スキャナー (米国政府機関が高度な画像技術装置と呼ぶもの) を導入しました。すべてのスキャナーは同じことを行います。つまり、衣服の層の下に隠された武器、爆発物、その他の物体を含む金属および非金属の脅威を検出します。しかし、それらはまったく異なるテクノロジーを使用しています。

スキャナーの 1 つのタイプは、後方散乱技術として知られる技術に依存しています。後方散乱装置はコリメータと呼ばれる装置を使用して低エネルギー X 線の平行流を生成し、スリットを通過して装置内に立っている乗客に照射します。単一のスキャナには 2 つの放射線源が含まれているため、人の前面と背面の両方を画像化できます。画像は、衣服を透過したX 線が人の皮膚で反射し、機械の表面に取り付けられた検出器に戻るときに形成されます。放射線はまた、衣服の中に隠されたり、皮膚に横たわっている武器、爆発物、その他の脅威にも反射します。

もう 1 つのタイプのスキャナは、ミリ波( mmw )イメージングとして知られる競合技術を使用します。これらの機械は、X 線ではなく特殊なタイプのマイクロ波を放射することを除いて、同じ原理で動作します。乗客が機械内で静止していると、2 つの回転発信機が波を生成します。エネルギーは衣服を通過し、人の皮膚やあらゆる潜在的な脅威に反射して、2 台の受信機に戻り、前面と背面の画像がオペレーター ステーションに送信されます。

残念ながら、国民の不安を和らげるはずだったものが、乗客、パイロット、TSA職員の間で動揺と不安を引き起こすだけだった。両方のテクノロジーのスキャン プロセスによる健康上のリスクについて、多くの人が懸念の声を上げています。これらの機械はどれくらいの放射線を発生させますか?医療用画像機器と比較してどうですか?そして、一般人口のがん発生率を増加させるだけで十分なのでしょうか？次に、プライバシーに関する質問があります。 TSA職員は見るべきではない断片を見ることができますか?また、スキャンをすぐに削除せずに保存またはアーカイブすることはありますか?

これらの質問に答えようと急ぐあまり、多くの神話や誤解が生まれています。それはあたかも全身スキャナー、つまり私たちの魂の奥深く（少なくとも衣服の下）を覗き込むことができる機械自体が不透明であるかのようです。実際にはそうではありません。彼らは、何年も前から存在し、よく理解されている科学原則を利用しています。ミリ波スキャナーのカーテンを閉めて、ミリ波スキャナーがどのように機能し、世界中の空港でどのように使用されているかを理解しましょう。

ミリ波技術

ミリ波スキャナーの内部に入る前に、一歩下がって、電界と磁場の両方から作られるエネルギーの波として自然界に存在する電磁放射に関するいくつかの基本情報を確認する必要があります。これらの波は空間を伝わり、さまざまなサイズや波長があります。たとえば、ガンマ線の波長は 0.000000000001 メートル、つまり 0.000000001 ミリメートル程度です。 X 線はもう少し大きくなり、波長は 0.0000000001 メートル、つまり 0.0000001 ミリメートル程度です。そして、可視光波の長さは約 0.000001 メートル、つまり 0.001 ミリメートルです。すべての周波数にわたる波の集合全体は、電磁スペクトルとして知られています。

次に、正確に 0.001 メートル (1 ミリメートル) から 0.01 メートル (10 ミリメートル) の範囲にある波について考えてみましょう。科学者は、電磁スペクトルのこの小さな断片のエネルギーをミリ波放射と呼んでいます。ミリ波にはさまざまな用途がありますが、特にラジオ放送や携帯電話の送信において重要です。また、ミリ波の波長は天然繊維や合成繊維に比べて長いため、衣服などのほとんどの素材を通過する傾向があり、スキャン技術の理想的な候補となっています。

ミリ波スキャナは、脊椎の椎骨のように積み重ねられた一連の小さな円盤状の送信機で波を生成します。 1 台のマシンにはこれらのスタックが 2 つ含まれており、それぞれがレドームとして知られる湾曲した保護シェルで囲まれ、中心点を中心に回転するバーで接続されています。各送信機はエネルギーのパルスを放射し、そのパルスは波として機械の中に立っている人に伝わり、その人の服を通過し、その人の皮膚や隠された固体および液体の物体に反射して戻ってきます。送信機は次のように動作します。受信機が信号を検出します。いくつかの送信機/受信機ディスクが垂直に積み重ねられており、これらの積み重ねが人の周りを回転するため、このデバイスは頭からつま先まで、前から後ろまでの完全な画像を形成できます。

データを解釈して TSA オペレーターに画像を提示するのは、スキャナ システムのソフトウェアの仕事です。このソフトウェアは、被写体の 3D、白黒、全身のシルエットを作成します。また、自動ターゲット認識( ATR ) として知られる機能も採用されており、脅威を検出し、簡単に識別できるように強調表示できます。 ATR テクノロジーは、液体、ゲル、プラスチック、粉末、金属、セラミックに加え、標準および自家製の爆発物、薬物、現金を検出できます。

ATR ソフトウェアは他のことも行います。このソフトウェアを搭載していないスキャナーは、その人の独特の地形を明らかにする画像を形成しますが、その方法は粗雑に形成されたグラファイトのプロトタイプのように見えます。言い換えれば、いくつかの物理的特徴を見ることができますが、スーパーマンや後方散乱スキャナー（どちらも X 線視覚を備えています）ほど詳細に見ることはできません。 ATR ソフトウェアを備えたミリ波スキャナーは、誰にとってもまったく同じである人の一般的な輪郭を生成し、追加のスクリーニングが必要な可能性のある領域を強調表示します。

MMW スキャン プロセス

ミリ波スキャナーは金属探知機ではありません。彼らは実際に服の中を覗いて、人が隠そうとしている金属や非金属の物体を探します。良好な視界を得るには、スキャナーに入る乗客が特定の手順に従う必要があります。 2012 年に米国中の空港で使用されている約 600 mmw のスキャナーの 1 つに入力すると、次のことが期待できます。

いずれの場合でも、スキャンにかかる時間は 10 秒未満で、痛みや恥ずかしいことは何もありません。ただし、ミリ波機器による全身スキャンがプライバシーの侵害であると強く感じる場合は、スクリーニングプロセスをオプトアウトすることができます。ただし、身体的パトダウンを含む代替検査を受けることになります。

TSA によると、ほとんどの人は身体検査よりもスキャンのプロセスを好みます。実際、乗客の 99% 以上が、他の検査手順ではなく、この技術による検査を受けることを選択しています 。また、人工関節やその他の埋め込み型医療機器を装着している人々は、旧式の金属探知機に伴う誤検知を心配する必要がないため、mmw スキャナーをさらに高く評価しています。

ミリ波スキャナーに対する懸念と反対意見

TSA がミリ波スキャナーの設置を開始するとすぐに、一般の人々は主にプライバシーと安全性に関連する質問をし始めました。前者のカテゴリーでは、見知らぬ人が服の下を覗き込んで親密な詳細を見たり、乳房切除術、人工瘻器具、陰茎インプラントやカテーテルチューブの証拠を明らかにするという考えに反対しました。アメリカ自由人権協会の代表者は、全身画像処理は「電子ストリップ検索にほかならない」と述べた。

この騒動を鎮めるために、TSAはmmwスキャナーに関していくつかの予防措置を導入した。そのうちの 1 つは、すでに説明したように、自動ターゲット認識ソフトウェアを多数のマシンにインストールすることです。ソフトウェアは、すべての主題を一般的な輪郭としてレンダリングし、疑わしい領域を強調表示します。スキャンで不審な点が何も検出されなかった場合は、画像なしで「OK」という単語が表示されます。 ATR ソフトウェアを持たないスキャナの場合、結果の画像を閲覧するセキュリティ オペレータは離れた場所にいて、マシンを操作するエージェントと無線で通信します。

もちろん、これらの対策はいずれも乗客を波そのものの有害な影響から守るものではありません。幸いなことに、いくつかの研究では、ミリ波スキャナーが乗客、パイロット、または機械を操作する TSA 職員にほとんど危険を及ぼさないことが判明しています。これらのスキャナーによって生成される波は、X 線よりもはるかに大きく、非電離性の種類のものです。電離放射線には原子から電子を取り除くのに十分なエネルギーがありますが、電波、可視光、マイクロ波にはこの能力がありません。その結果、タンパク質や核酸などの生体分子の構造は変化しません。

ミリ波スキャナに関するより大きな問題は、誤警報の数が多いことのようです。エネルギーの波長に近いサイズの物体に騙される可能性があります。言い換えれば、衣服の折り目、ボタン、さらには汗の玉さえも機械を混乱させ、不審な物体であると思われるものを検出してしまう可能性があります。ドイツが mmw スキャナーをテストしたとき、ドイツの治安当局は 54% の誤検知率を報告しました。これは、機械を通過する 2 人全員が武器や隠蔽物が見つからなかった場合のパトダウンが必要であることを意味します 。こうした残念な結果を受けて、フランスとドイツはミリ波スキャナーの使用を中止し、チラシをスキャンする良い代替手段がなくなった。

ミリ波技術のその他の応用

ミリ波スキャナーは物議を醸しましたが、同様の波が私たちの日常を取り囲んでおり、私たちが今では当たり前のことを行うのに役立っています。たとえば、携帯電話はミリ波テクノロジーを利用してデータや通話を送受信します。スマートフォンの活動は通信衛星を介して行われ、地上局からマイクロ波信号を受信し、それをダウンリンク送信として複数の宛先に送信します。電磁波にはさまざまな波長があることに注意してください。また、周波数の範囲もあり、これは、毎秒何個の波頭が特定の点を通過するかを示す尺度です。衛星通信で使用されるマイクロ波は、3 ギガヘルツから 30 ギガヘルツ (GHz) の範囲の超短波 (SHF) 波です。

NEXRAD (次世代気象レーダー) も 3 GHz 範囲の電波を使用して、気象学者による天気予報を支援します。 NEXRAD はドップラー効果を利用して、雨、雪、前線の位置と速度を計算します。まず、レーダー ユニットがエネルギー パルスを放射します。このエネルギー パルスは、雨滴などの物体に遭遇するまで空気中を伝わります。次に、ユニットはエコー、つまり物体から反射されて戻ってくるエネルギーを待ちます。一定のパルス ストリームを送信し、エコーをリッスンすることにより、システムは特定の地域の天気を色分けした画像を作成できます。

天文学者は、30 ～ 300 GHz の範囲の超短波 (EHF) 波を利用して、地球から数百万光年離れた星や銀河の形成を研究しています。光を感知する従来の望遠鏡の代わりに、これらの科学者は電波望遠鏡を使用して、ミリメートルおよびサブミリメートル波長のエネルギーを「見る」のです。地上の構造物がこれらの波に干渉する可能性があるため、電波望遠鏡は通常、非常に高い場所に設置されます。たとえば、ミリ波天文学研究用複合アレイ (CARMA) には、カリフォルニア州ビッグ パイン近くのインヨ山脈にある 23 個のラジオ アンテナが含まれています。

したがって、ミリ波はよく理解されており、私たちが定期的に使用する多くのアプリケーションで非常に一般的です。キッチンの電子レンジでさえ、この狭い帯域の電磁スペクトルからのエネルギーの形で食品を破壊します。空港のセキュリティへの採用は、特に防止しようとしている災害の種類を考慮すると、この技術の自然な、そして無害な拡張です。 2012 年 11 月の時点で、TSA は全米の空港に数百台の mmw スキャナを設置しており、海外では、カナダ、オランダ、イタリア、オーストラリア、英国を含むいくつかの国の空港や公共交通機関で使用されています。

著者のメモ: ミリ波スキャナの仕組み

ミリ波の長い歴史と、ミリ波が医学、天文学、気象学にもたらした進歩を考えると、実用的な救命ツールとしてミリ波スキャナを賞賛する人がこれほど少ないことに私は驚いています。個人的には、同じ飛行機に乗り込もうとしているテロリスト予備軍を機械が捕まえる限り、服の下を覗かせても構わないと思っています。