Ερευνητική ομάδα ανέπτυξε τεχνολογία μετατροπής κοινών λαμπτήρων LED σε πηγή μετάδοσης δεδομένων και βιώσιμης ενέργειας.
Μια ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου του Oulu στη Φιλανδία έχοντας αποφασίσει ότι το φως κάνει πολύ περισσότερα από το να φωτίζει ξεκίνησε την προσπάθεια ανάπτυξης τεχνολογίας η οποία θα μετατρέπει κοινές λάμπες LED σε μια πηγή ασφαλούς και αποδοτικής μετάδοσης δεδομένων αποτελώντας παράλληλα μια βιώσιμη πηγή ενέργειας για έξυπνες συσκευές.
Ζούμε σε αστικά περιβάλλοντα όπου ο φωτισμός είναι πανταχού παρών. Φωτίζουμε τα σπίτια, τα γραφεία, τα νοσοκομεία και τα εργοστάσιά μας για να λειτουργεί ομαλά η καθημερινότητα. Αλλά τι θα γινόταν αν όλο αυτό το ορατό φως μπορούσε όχι μόνο να φωτίζει χώρους αλλά και να μεταφέρει πληροφορίες και να λειτουργεί ως πηγή ενέργειας;
Μέχρι το 2035, αναμένεται ότι οι λευκές λυχνίες LED θα παρέχουν περίπου το 95% του εσωτερικού φωτισμού παγκοσμίως. Επειδή αυτές οι λυχνίες μπορούν να ελεγχθούν εύκολα και γρήγορα (σε αντίθεση με τις συμβατικές πηγές φωτός), οι ερευνητές εξερευνούν τρόπους να προσθέσουν επιπλέον λειτουργικότητες στις υποδομές φωτισμού. Οι δυνατότητες που προσφέρει το φως διερευνώνται στο Πανεπιστήμιο του Oulou στο πλαίσιο του έργου SUPERIOT, με επικεφαλής τον καθηγητή Μάρκος Κατς, ειδικό στην έρευνα των δικτύων 6G.
Τα πλεονεκτήματα
Το φως προσφέρει πλεονεκτήματα που η επικοινωνία μέσω ραδιοκυμάτων δεν μπορεί να προσφέρει. Είναι γρήγορο, ασφαλές και δεν παρεμβάλλεται σε εξοπλισμό που βασίζεται σε ραδιοσήματα. Ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα είναι η ενεργειακή αποδοτικότητα, καθώς χρησιμοποιείται η ενέργεια που ήδη καταναλώνεται για φωτισμό ώστε να μεταδοθούν πληροφορίες.
«Η ανάπτυξη επικοινωνίας μέσω φωτός βασίζεται στη βιωσιμότητα. Μελετάμε πώς υπάρχουσες υποδομές, όπως ο φωτισμός, μπορούν να χρησιμοποιηθούν με νέους τρόπους», λέει ο καθηγητής Κατς. Ένα τρεμοπαίζον LED στέλνει μηνύματα σαν κώδικας Μορς. Τα σημερινά δίκτυα κινητής τηλεφωνίας βασίζονται στην τεχνολογία ραδιοκυμάτων. Στην επικοινωνία μέσω ορατού φωτός, η πληροφορία μεταδίδεται με χρήση ορατού φωτός αντί για ραδιοκύματα.
Στο σπίτι, η μετάδοση δεδομένων μέσω φωτός θα μπορούσε να αντικαταστήσει τα ασύρματα δίκτυα Wi-Fi με Li-Fi ή «light fidelity». Ο πομπός θα μπορούσε να είναι μια απλή λάμπα LED, για παράδειγμα ένα φωτιστικό γραφείου που λειτουργεί και ως δρομολογητής (ρούτερ) Wi-Fi στέλνοντας πληροφορίες στη συσκευή λήψης.
Ο καθηγητής Κατς το συγκρίνει με τον κώδικα Μορς. «Η λάμπα LED ρυθμίζεται ώστε να τρεμοπαίζει και ο δέκτης ερμηνεύει το τρεμόπαιγμα. Όταν το φως είναι αναμμένο, ο δέκτης διαβάζει ένα ένα, όταν είναι σβηστό, διαβάζει μηδέν». Ο υπολογιστής ή το κινητό αποκωδικοποιεί τα φωτεινά σήματα, ενώ το τρεμόπαιγμα είναι υπερβολικά γρήγορο για να γίνει αντιληπτό από το ανθρώπινο μάτι. Ο απομακρυσμένος εργαζόμενος βλέπει μόνο έναν σταθερό φωτισμό ενώ ξεκινά το διαδικτυακό σεμινάριο.
Η μετάδοση δεδομένων μπορεί επίσης να γίνει και προς την αντίθετη κατεύθυνση μέσω αόρατου φωτός, όπως υπερύθρου, επιτρέποντας καθημερινές λειτουργίες όπως η αποστολή e-mail. «Θα ήταν ενοχλητικό να εκπέμπεται ορατό λευκό φως από ένα κινητό ή έναν υπολογιστή. Το υπέρυθρο επιτρέπει τη διακριτική αποστολή δεδομένων», εξηγεί ο Κατς.
Στοπ στις παρεμβολές
Η ομάδα του Κατς αναπτύσσει επικοινωνία μέσω φωτός για περιβάλλοντα όπου τα ραδιοσήματα μπορεί να προκαλέσουν παρεμβολές σε ευαίσθητο εξοπλισμό, όπως νοσοκομεία, εργοστάσια ή αεροσκάφη. Σε νοσοκομεία η χρήση κινητών περιορίζεται, καθώς τα ραδιοκύματα μπορεί να επηρεάσουν ιατρικές συσκευές. Για τον ίδιο λόγο, τα κινητά πρέπει να τίθενται σε λειτουργία πτήσης στα αεροπλάνα.
«Με το φως δεν υπάρχει αυτό το πρόβλημα. Στόχος μας είναι στο μέλλον οι συσκευές να μπορούν να αλλάζουν ευέλικτα ανάμεσα σε φως και ραδιοκύματα, ανάλογα με το περιβάλλον», λέει ο Κατς. Η ασφάλεια αποτελεί επίσης σημαντικό πλεονέκτημα. Η μετάδοση δεδομένων μέσω φωτός μπορεί να ληφθεί μόνο από κάποιον που βρίσκεται φυσικά στον ίδιο χώρο με την πηγή φωτός.
«Όταν η πηγή φωτός βρίσκεται σε κλειστό δωμάτιο, δεν υπάρχει τρόπος κάποιος εκτός χώρου να υποκλέψει το σήμα», λέει ο Κατς. Ο Κατς σημειώνει ότι το φως δεν θα αντικαταστήσει την τεχνολογία ραδιοκυμάτων αλλά θα τη συμπληρώσει. Έχει σαφή πλεονεκτήματα αλλά και περιορισμούς. Δεν υπάρχουν φώτα του δρόμου στο δάσος, οπότε το ανέβασμα μιας φωτογραφίας από μια πεζοπορία θα συνεχίσει να βασίζεται στα ραδιοκύματα.
Η αποδοτική επικοινωνία μέσω φωτός απαιτεί επίσης καθαρή γραμμή οράσεως ανάμεσα στον πομπό και τον δέκτη. «Αν απλώς ένα δάχτυλο εμποδίσει τον φωτεινό αισθητήρα του κινητού, η σύνδεση αποδυναμώνεται ή χάνεται και η συσκευή επιστρέφει στα ραδιοκύματα», εξηγεί ο Κατς.
Ενεργειακή εξοικονόμηση
Πέρα από τη μετάδοση δεδομένων το φως έχει και έναν ακόμη πολλά υποσχόμενο ρόλο που στηρίζει το όραμα του SUPERIOT για ένα πιο βιώσιμο Διαδίκτυο των Πραγμάτων. Στις μελλοντικές έξυπνες πόλεις ολοένα και περισσότερες συσκευές θα συλλέγουν δεδομένα από το περιβάλλον και θα τα μεταδίδουν αυτόνομα.
Ο Κατς λέει ότι στόχος είναι οι συσκευές να τροφοδοτούνται μόνες τους από τον περιβάλλοντα φωτισμό LED χρησιμοποιώντας μικροσκοπικά φωτοβολταϊκά αντί για μπαταρίες. «Αυτό θα μπορούσε να εξοικονομήσει τεράστιο αριθμό μπαταριών μιας χρήσης. Οι συσκευές του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT) που παρακολουθούν το περιβάλλον καταναλώνουν τόσο λίγη ενέργεια που μπορούν να λειτουργούν αποκλειστικά με το φως γύρω τους», λέει ο Κατς.
Η βιωσιμότητα ενισχύεται και μέσω της χρήσης εκτυπωμένων ηλεκτρονικών. Πολλές σύγχρονες συσκευές, από κινητά μέχρι αισθητήρες, εξαρτώνται από υλικά που είναι σπάνια. Η ομάδα του Κατς αναζητά τρόπους να τα εκτυπώνει χρησιμοποιώντας πολύ λιγότερη πρώτη ύλη. «Το όραμά μας είναι να εκτυπώνουμε ολοκληρωμένες συσκευές IoT. Το τελικό προϊόν θα είναι ένα αυτοκόλλητο όχι μεγαλύτερο από μια τραπεζική κάρτα, σχεδιασμένο να εκτελεί τη λειτουργία του μέσα στο Διαδίκτυο των Πραγμάτων».
Ένα τέτοιο εκτυπωμένο σήμα θα μπορούσε να παρακολουθεί τη θερμοκρασία ή την υγρασία σε ένα γραφείο και να καθοδηγεί αυτόματα τον αερισμό. Ή, σε πιο καθημερινή χρήση, ένα κουτί γάλακτος θα μπορούσε να διαθέτει μια εκτυπωμένη ετικέτα που ενημερώνει την τιμή του σε πραγματικό χρόνο και αργότερα υπενθυμίζει στον αγοραστή στο σπίτι να επιστρέψει μια παρτίδα που ανακλήθηκε.
Το έργο έχει επίσης αναπτύξει εκτυπωμένες συσκευές IoT για νοσοκομειακά περιβάλλοντα. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εντοπισμό εξοπλισμού και προσωπικού και για συνεχή παρακολούθηση της κατάστασης των ασθενών. «Ένας αισθητήρας πάνω σε έναν ασθενή θα μπορούσε να στέλνει άμεση ειδοποίηση στους νοσηλευτές αν πέσει ή αν η θερμοκρασία του ανέβει υπερβολικά», λέει ο Κατς.
Αυτές οι εκτυπωμένες συσκευές IoT ενσωματώνουν όλες τις δυνατότητες του φωτός. «Θα μπορούσαν να χρησιμοποιούν τόσο ραδιοκύματα όσο και φως για μετάδοση δεδομένων, παραμένοντας ασφαλείς ακόμη και σε περιβάλλοντα ευαίσθητα στα ραδιοκύματα. Παράλληλα θα αντλούν την ενέργειά τους από τον περιβάλλοντα φωτισμό».
