I metal detector ora compaiono regolarmente negli ingressi di molte scuole, aeroporti e persino luoghi di culto. Servono come portali per le strutture correzionali, carceri e tribunali, e le guardie spesso agitano i modelli portatili intorno alle borse dei possessori di biglietti in arrivo nelle arene sportive, pure. L'aumento dell'utilizzo sta rendendo più importante che mai sapere che queste macchine funzioneranno sempre come previsto e su cui si può contare per aiutare a rilevare armi e altre minacce. Per contribuire a soddisfare queste richieste, gli scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno ricercato e sviluppato quattro standard per i test di rilevamento dei metalli. Tre sono stati pubblicati dall'organizzazione internazionale per gli standard ASTM e un quarto è ancora in fase di sviluppo.

È la prima volta che vengono creati standard di conformità del prodotto per queste macchine. Oltre ad aumentare la fiducia, gli standard ridurranno il tempo necessario per testare nuovi prodotti, che probabilmente ridurrà i costi per gli utenti.

"Siamo stati in grado di ridurre il tempo necessario per i test approfonditi del metal detector a passaggio da quasi 9, 000 ore a sole 66 ore eliminando procedure ridondanti e spesso non necessarie, " ha detto Nick Paulter, il cui gruppo di ricerca al NIST ha condotto il lavoro.

Lo standard attualmente in fase di sviluppo riguarda i rivelatori di metalli a passaggio (WTMD). I WTMD sono i pilastri delle aree di checkpoint in tutto il mondo, e per la maggior parte i loro risultati di rilevamento sono molto ripetibili e riproducibili. Funzionano generando un campo magnetico alternato che viene alterato quando un metallo passa attraverso il suo portale. I WTMD vengono testati rilevando quando gli oggetti metallici attivano un allarme.

Nel passato, gli esseri umani sono stati usati come "tester puliti" per i WTMD; persone che non indossavano occhiali con montatura di metallo, fibbie per cinture in metallo, un reggiseno con ferretto o cerniere e non aveva impianti medici metallici sono stati spesso impiegati come esche nei test di laboratorio del metal detector.

umani, però, hanno difficoltà a essere veramente coerenti con i loro movimenti. Si è rivelato quasi impossibile garantire che un tester pulito percorresse un WTMD nello stesso identico modo, sullo stesso identico percorso, facendo le stesse esatte azioni ogni volta. È stato necessario eseguire un gran numero di prove per compensare le variabili e l'incertezza, che era costoso.

Col tempo, i robot delle dimensioni di un frigorifero sono stati sempre più utilizzati come alternativa ai tester di pulizia umana. I robot sono stati progettati per far passare oggetti di prova attraverso un WTMD in modo uniforme, seguendo sempre lo stesso identico percorso rettilineo. Mentre i robot fornivano prevedibilità e affidabilità, non riproducevano i movimenti della vita reale che gli esseri umani fanno quando si spostano dal punto A al punto B.

Compensare, alcune entità di test hanno utilizzato robot che emulavano il movimento umano con velocità diverse e percorsi o traiettorie diversi. Alcuni tester hanno anche orientato gli oggetti di prova in numerosi modi per cercare di anticipare tutti i possibili scenari di contrabbando. Ciò ha fatto sì che i test robotici dei metal detector diventassero lunghi e costosi quasi quanto l'uso di tester umani.

Sforzi per standardizzare i test

Paulter e il suo team hanno esplorato una serie di domande relative ai WTMD. Il modo in cui si muove attraverso la macchina è importante? Devono essere testati anche diversi tipi di oggetti? Volevano standardizzare i test in modo che tutti i produttori e gli utenti potessero ottenere dati comparabili.

"Ciò che abbiamo imparato è che ci sono molte variabili quando si tratta di movimento umano in un metal detector, " ha detto Paolo.

"Se qualcuno è alto o basso, di costruzione pesante o leggera, che si muovano velocemente o lentamente, tutto ciò può fare un'enorme differenza, " ha detto. "Le persone tendono anche a camminare in percorsi diversi mentre si muovono attraverso queste macchine. E i dati hanno mostrato che queste variabili possono cambiare il segnale di allarme".

Ulteriori lavori del NIST hanno rivelato che i tester di robot dovevano percorrere solo un percorso, ma dovrebbe idealmente includere sei oggetti diversi, muovendosi a una velocità costante. Inoltre, era solo necessario utilizzare un orientamento per ciascuno di quegli oggetti. Insieme, questi parametri potrebbero determinare se i rilevatori soddisfano gli standard di base per le prestazioni.

Lo stesso team di ricerca ha anche contribuito a creare due specifiche documentali sulle prestazioni e standard sui metodi di prova, uno per i metal detector portatili (HHMD), che può sembrare una bacchetta magica, e un altro per i metal detector indossati a mano (HWMD), che vengono indossati come un guanto da un agente di sicurezza. Gli HHMD sono generalmente agitati intorno al corpo della persona perquisita, mentre gli HWMD sono spesso in contatto con la persona ricercata.

In alcuni dei comuni test HHMD e HWMD, coltelli falsi o pistole false sarebbero stati posti su tester puliti. Altri tempi, questi oggetti falsi sono stati messi in sacchetti che sarebbero stati scansionati con i rilevatori.

Col tempo, però, le inesattezze sono diventate evidenti. In parte, ciò era dovuto al semplice campo magnetico utilizzato da HHMD e HWMD. Se un oggetto è stato girato anche di cinque gradi dal rilevatore, potrebbe diventare non rilevabile. Questo era particolarmente vero per gli oggetti sottili come le lamette da barba. rasoi, chiavi e altri piccoli pezzi di metallo sono un problema particolarmente importante nelle strutture penitenziarie, dove si sa che i detenuti tentano di contrabbandarli con la bocca per fabbricare armi o per sbloccare celle e aree di stoccaggio.

Il team si è subito reso conto che anche gli esemplari astratti più grandi spesso utilizzati nei test:armi false, lame opache e coltelli a forma di blocco erano problematici a causa delle variazioni nella loro forma e orientamento quando scansionati dal metal detector. Anziché, i ricercatori hanno realizzato, il test di HHMD e HWMD dovrebbe essere eseguito con un oggetto di forma e dimensioni coerenti.

Avevano anche bisogno di un oggetto il cui orientamento o posizione non avrebbe influenzato la risposta del rilevatore.

Paulter ha dovuto escludere alcuni oggetti, per quanto realistici possano essere, come un pezzo di metallo simile a un coltello. Nella vita reale, un HWMD o HHMD verrebbe agitato più volte su una persona e tenuto ad angoli variabili e probabilmente rileverebbe un oggetto a forma di coltello. Però, durante il processo di test, potrebbe non suonare l'allarme se solo il filo del rasoio più sottile è perpendicolare al rilevatore. Un'azienda potrebbe accidentalmente (o intenzionalmente) giocare con il sistema avendo solo il bordo metallico più sottile all'angolo perpendicolare. Il test non sarebbe accurato o riproducibile.

Un vincitore inaspettato

Sorprendentemente, le sfere sono state la scelta vincente.

"Anche se non sembrano affatto armi vere, ci aiutano a ottenere letture coerenti sui rilevatori, " ha detto Paulter. "Finché conosciamo una linea di base delle prestazioni per ogni tipo di minaccia metallica che un rilevatore portatile potrebbe incontrare, possiamo determinare in modo affidabile come risponderà quel rilevatore quando viene utilizzato."

leghe di acciaio, Paulter sottolinea, sono relativamente facili da rilevare grazie alle loro proprietà magnetiche ed elettriche. Altre leghe come l'alluminio e l'ottone rappresentano un po' più di una sfida perché sono non magnetiche e quindi più difficili da rilevare.

Per testare il rilevamento di minacce di piccole dimensioni come lame e chiavi, il team ha scoperto che le sfere di acciaio delle dimensioni di un granello di pepe (5 millimetri di diametro) erano molto efficaci per testare le prestazioni di HHMD e HWMD. Per alluminio e ottone e altre leghe non magnetiche, il team ha scoperto che una sfera di alluminio delle dimensioni di una grande ciliegia o gumball (circa 8 mm di diametro) funzionava meglio.

Per testare il rilevamento di oggetti pericolosi di grandi dimensioni come pistole e bombe, Il team di Paulter ha scoperto che i test potevano essere eseguiti con una sfera d'acciaio delle dimensioni di una pallina da ping-pong (45 mm di diametro) o una sfera di alluminio delle dimensioni di una pallina da tennis (70 mm di diametro).

Le sfere sono particolarmente buone, Paulter ha aggiunto, perché non pongono gli stessi problemi di sicurezza di una pistola finta, coltello o lama potrebbe in un ambiente di laboratorio. Inoltre, in una struttura penitenziaria in cui i metal detector vengono regolarmente testati per garantirne il corretto funzionamento, gli oggetti di prova sferici non possono essere facilmente trasformati in armi reali dai detenuti se rubati.

Come risultato di questo lavoro, ASTM ha approvato una serie aggiornata di standard internazionali per i rivelatori di metalli, compreso ASTM F3020-19a, F3278-19a e F3356-19a.