Come rispondono gli edifici alle radiazioni elettromagnetiche? Il problema più grande delle radiazioni elettromagnetiche nel campo della progettazione è che non possiamo vederle. Per lungo tempo, a causa dell’impossibilità di percepire la presenza dinamica di campi elettromagnetici, l’unica risposta alla loro propagazione negli edifici era quella di bloccarli del tutto.

Costruendo diversi tipi di gabbie di Faraday[1] (la maggior parte con schermatura integrata nella facciata), architetti e appassionati di tecnologia hanno creato interni ed interi edifici insensibili ai campi elettromagnetici. Realizzato tra il 1991 e il 1994 dagli architetti svizzeri Herzog & de Meuron, Signal Box è uno di quegli edifici “ciechi” all’elettromagnetismo. E’ composto da una gabbia di Faraday come design di facciata, che protegge la strumentazione di controllo da eventi esterni.

Questi eventi esterni provengono dalla circostante infrastruttura elettrica utilizzata dal sistema ferroviario. Le strisce orizzontali di rame avvolte attorno al guscio dell’edificio in calcestruzzo isolano e proteggono le apparecchiature elettriche all’interno dell’edificio dagli impulsi EM a bassa frequenza (60 Hz). Seguendo il principio della gabbia di Faraday, la distanza tra le strisce metalliche è determinata dalla lunghezza d’onda del segnale.

Un altro esempio interessante di architettura che si relaziona alla propagazione delle onde elettromagnetiche è la sede della National Security Agency a Fort Meade nel Maryland, Stati Uniti. Questo edificio è progettato per mantenere le informazioni sensibili, che gestisce l’agenzia, protette all’interno dell’edificio. Non si sa molto su cosa accada all’interno. Quello che c’è da sapere è tutto lì: una facciata opaca e lucida che riflette la luce dai pannelli di vetro scuro. Si dice che la facciata si comporti come una gabbia di Faraday, proteggendosi dalle intercettazioni con diverse tecniche di spionaggio wireless attivo e passivo. Tale segretezza è una preoccupazione sensata. La tecnica di spionaggio wireless dei sistemi di informazione, nota anche come TEMPEST, è stata ampiamente praticata nelle comunicazioni a onde radio, in particolare durante la Guerra Fredda.  Dispositivi come The Thing di Leon Theremin (parete capacitiva + antenna) hanno permesso l’ascolto a distanza “illuminando” l’antenna al suo interno con un segnale radio della frequenza corretta. Questa microspia era nascosta nel Gran Sigillo appeso allo studio residenziale dell’ambasciatore statunitense a Mosca e veniva attivata dall’esterno da un segnale radio della frequenza corretta, inviato da un trasmettitore esterno. Fu utilizzato dall’intelligence russa tra il 1945 e il 1952.

Queste intrusioni wireless oggi stanno diventando sempre più comuni. Solo nell’ultimo anno negli Stati Uniti sono stati trasferiti tramite vettori wireless più di 9 petabyte di dati. Tutti questi dati sono potenzialmente soggetti ad analisi. Così, quando nel 2013 stava per svolgersi il Conclave Papale, la Cappella Sistina è stata protetta con disturbatori di segnale GSM e gabbie di Faraday per garantirne la tradizionale segretezza. Queste misure di sicurezza avrebbero dovuto impedire la comunicazione con il mondo esterno e le intercettazioni tramite microfoni nascosti che tracciavano le discussioni, o simili.  Tutto ciò potrebbe apparire meno impressionante se immaginiamo che la schermatura sia stata installata intorno alle apparecchiature e non all’intero edificio, ma le installazioni di blocco EM dimostrano come gli edifici siano vulnerabili alle radiazioni. Questo sottolinea la discrepanza tra l’architettura intesa come riparo dalle intemperie e come protezione dalle radiazioni elettromagnetiche. Come già notato, il problema delle radiazioni elettromagnetiche è che non possiamo vederle. A differenza della luce, l’unico modo in cui possiamo immaginare la propagazione del segnale è attraverso strumenti hardware e software che sono in grado di misurare e rappresentare i valori del segnale in modo tangibile. Strumenti professionali di monitoraggio del segnale in grado di produrre mappe di calore, rappresentano situazioni più complesse a vari livelli.

Ci sono anche svariate applicazioni per smartphone che in qualche modo sono in grado di farlo. Tuttavia il segnale è in flusso costante, e una visualizzazione è in grado di catturare solo un momento, anche se rappresentativo, del comportamento di propagazione. Dalla mappa di calore mostrata qui sopra, è evidente che le pareti e la configurazione dello spazio influenzano la propagazione dei segnali wireless.

Verso un design a spettro completo 

Anche se nella prima parte di questo articolo ho affermato che c’è poco interesse tra gli architetti per le tecnologie di comunicazione wireless, esistono alcune proposte interessanti che sostengono la progettazione di un’architettura a spettro completo: un approccio progettuale che tenga conto non solo della porzione visibile dello spettro EM ma anche delle onde radio. Queste coincidono con le ricerche svolte dagli ingegneri elettrici nel settore dei metamateriali[2] o delle superfici selettive di frequenza. Questi ultimi analizzano e raccomandano l’applicazione dei materiali da costruzione in base alla loro permeabilità ai segnali RF.

Edifici wireless friendly 

La ricerca sulle proprietà dei materiali non si ferma ai materiali naturali o sintetici esistenti. Il lavoro più interessante svolto in quest’area è l’ingegneria dei metamateriali. Queste strutture potrebbero essere progettate per riflettere le radiazioni elettromagnetiche come gabbie di Faraday, ma anche per cambiare stato attivamente, bloccando le onde radio oppure lasciandole passare attraverso. Uno studio sui Wireless Friendly and Energy Efficient Buildings (WiFEEB), condotto presso l’Università di Sheffield e la Czech Tech University, ha proposto l’ingegneria di “pareti intelligenti” in grado di rispondere alle mutevoli esigenze delle infrastrutture wireless[3]. Attraverso una serie di diversi scenari d’uso in un edificio per uffici, i ricercatori hanno sviluppato un sistema che si basa sulla gestione cognitiva dell’infrastruttura e su un layout di muri intelligenti in grado di riconfigurare le loro proprietà per ottenere le migliori prestazioni di sistema. 

In parole povere, pareti e punti di accesso di questo tipo controllano la capacità di rete, alternando la modalità di trasmissione a quella riflettente e dedicando maggiore larghezza di banda a determinati punti di accesso quando vengono utilizzate solo alcune parti dell’edificio. Le pareti intelligenti sono elementi architettonici dinamici, riconfigurabili alle esigenze e agli scenari di propagazione delle onde elettromagnetiche e rappresentano un nuovo metodo di controllo della copertura e delle interferenze all’interno di un edificio.

Mettere la casa in modalità aereo

Ci vuole tempo per stabilire un dialogo efficace tra ingegneri della comunicazione e architetti. Tuttavia, un design informato dalle radiazioni elettromagnetiche è possibile anche senza l’ausilio di tecnologie emergenti come le Superfici a Selezione di Frequenza (FSS), semplicemente scegliendo i materiali in base alle loro capacità di riflessione e trasmissione. Qualsiasi conduttore ha un’influenza sulla propagazione del segnale. La chiusura di una porta o la presenza umana influiscono in modo significativo sulla copertura del segnale.

Queste caratteristiche sono state prese in esame in diversi progetti architettonici, come lo Space 404 di Mathieu Bujnowskyj. Bujnowskyj ha proposto di costruire padiglioni mobili caratterizzati da piccoli spazi portatili in grado di contrastare l’attuale tendenza delle infrastrutture intelligenti e “tutte connesse”. La principale caratteristica di queste unità è quella di disconnettere gli utenti da qualsiasi segnale digitale mediante una tensostruttura che può essere facilmente rimossa.

Mentre ho già spiegato perché penso che il blocco del segnale sia un linguaggio non sufficientemente raffinato per relazionarsi al paesaggio elettromagnetico, il padiglione di Bujnowskyj è essenzialmente un intervento mirato. La sua mobilità è un elemento chiave per stimolare una riflessione sul cambiamento di mentalità, sulle esigenze di connettività e privacy e sulla protezione dalle radiazioni atmosferiche ed elettromagnetiche.

Un altro esempio interessante è la RAM House di Space Caviar, un prototipo di abitazione. La RAM House (costituita da materiale radar-assorbente) propone una “modalità aereo” per la casa. Gli autori sono alla ricerca di “uno spazio domestico impermeabile all’osservazione di apparecchi senzienti”. Questo spazio crea un grado di privacy che oggi è del tutto irraggiungibile dall’architettura tradizionale.

Il principio fondamentale è quello di una griglia riconfigurabile, formata da schermi mobili che filtrano le radiazioni elettromagnetiche all’interno. Facendo scorrere gli schermi all’interno, il rituale della privacy è facilitato, come quando si spegne lo smartphone. Non si tratta di una gabbia di Faraday permanente ma di uno spazio di autonomia selettiva dalla comunicazione wireless.

Quando pensiamo ai rendering architettonici delle radiazioni elettromagnetiche, spesso immaginiamo strane installazioni e interventi dalle forme, a onda, in cui l’intensità dei segnali radio è rappresentata con luci, suoni, movimenti[4], ecc. Lavorando contro l’arroganza dell’onnipresente comunicazione wireless e di altri segnali radio che ci circondano, queste opere hanno dato vita ad una nuova estetica che ancora non è del tutto chiara ai progettisti.

Le installazioni interattive, che reagiscono alla presenza di segnali wireless, sono un modo per sperimentare questa presenza, ma non fungono da linee guida della progettazione architettonica ad ampio spettro. C’è una differenza tra come queste onde vengono trattate in quanto scoperte con cui giocare nelle installazioni di arte e design, e la loro presenza in qualità di infrastrutture da pianificare nel processo di progettazione.

Tale scarto è allo stesso tempo un’opportunità per ripensare il modo in cui ci occupiamo di infrastrutture nella progettazione. Le radiazioni elettromagnetiche sono un fenomeno quantificabile, e possono essere rilevate e visualizzate con una serie di strumenti. Dunque dovremmo essere in grado di andare oltre le discussioni su come ripararsi dalle radiazioni elettromagnetiche, così come riusciamo a pensare all’architettura come a qualcosa di più che una grotta.

Anche se piuttosto anticonformisti, gli esempi citati mostrano in che modo eliminare davvero le radiazioni all’interno degli edifici. Abbiamo esaminato ricerche approfondite svolte in termini di materiali, metamateriali e possibili scenari di utilizzo in termini di connettività. Abbiamo anche considerato l’utilizzo di un sistema indoor di tracciamento della posizione per esaminare gli scenari del traffico dei dati. Questi due settori, l’ingegneria delle comunicazioni e il design, hanno bisogno di confrontarsi maggiormente riguardo problemi, tecniche e strumenti.


Note:

[1] – Una gabbia di Faraday è un contenitore costituito da materiale conduttore (un cavo) in grado di bloccare i segnali elettromagnetici grazie alla carica elettrica all’interno del materiale conduttore della gabbia che cancella all’interno della gabbia l’effetto dei campi elettrici esterni.

[2] – Un metamateriale è un materiale progettato per avere una proprietà che non deriva da materiali di base, ma dalle loro strutture di nuova progettazione.

[3] – Andrea Vallechi et al., ‘Deliverable 2.2 Design Concepts for Intelligent Walls’, WiFEEB Wireless Friendly and Energy Efficient Buildings FP7 Marie Curie Industry-Academia Partnerships and Pathways (IAPP) Grant Agreement N. 286333, July 2014.

[4] – Per esempio, vedere “The Atlas of Electromagnetic Space”, di Bestiario, http://spectrumatlas.org/