Harald Haas: Bezdrátová data z každé žárovky

Víte, že na světě je 1,4 milionu vysílačů pro mobilní telefony? Říká se jim základové stanice. Máme také více než 5 miliard těchto zařízení. Mobilních telefonů. A prostřednictvím mobilních telefonů přeneseme více než 600 terabajtů dat každý měsíc. To je 6 s 14 nulami -- obrovské číslo. Bezdrátové komunikace se staly službou na úrovni elektřiny či vody. Používáme je v každodenním životě -- v osobním i profesním. A občas jsme požádáni si mobilní telefon vypnout při příležitostech jako je tato a z dobrého důvodu. A tento význam mě přinutil se zabývat problémy, kterým tato technologie čelí, protože tato technologie je pro naše životy důležitá.

Jedním z problémů je kapacita. Přenášíme data prostřednictvím elektromagnetických vln -- konkrétně jde o rádiové vlny. Ale rádiové vlny jsou omezené. Je jich nedostatek, jsou drahé a existují pouze v určitém rozsahu. A je to právě toto omezení, které neumožňuje uspokojit poptávku po bezdrátovém přenosu dat a počet bajtů přenesených každý měsíc. Jednoduše docházejí frekvence. A je tu další problém. Účinnost. Těch 1,4 milionu vysílačů, neboli základových stanic spotřebuje mnoho elektřiny. A upozorňuji, že většina elektřiny není využívána k přenosu rádiových vln, ale k chlazení základových stanic. Účinnost takovéto základové stanice je tedy pouze okolo 5 %. A to je velký problém. Pak je tu další velký problém, který všichni znáte. Mobilní telefon musí být vypnutý na palubě letadla. V nemocnicích se jedná o bezpečnostní problém. Bezpečnost je další věcí. Rádiové vlny projdou skrz zdi. Mohou být zachyceny a použity někým se špatnými úmysly.

Toto jsou 4 hlavní problémy. Na druhou stranu máme 14 miliard těchto: žárovky, světlo. A světlo je součástí elektromagnetického spektra. Takže se na to podívejme v kontextu celého elektromagnetického spektra, které obsahuje záření gama. Gama záření může být pro člověka nebezpečné. Rentgenové paprsky jsou užitečné v medicíně. Pak máme ultrafialové světlo, to je dobré pro pěkné opálení, ale může být pro lidské tělo nebezpečné. Infračervené světlo může být kvůli vlivu na oči použito pouze při malé intenzitě. A pak máme rádiové vlny, jejichž problémy jsem právě zmínil. A uprostřed máme spektrum viditelného světla. Je to světlo, které tu je už mnoho milionů let. Vlastně nás světlo vytvořilo, vytvořilo život, vytvořilo vše, co s životem souvisí. Tudíž je ve své podstatě bezpečné. Nebylo by úžasné použít jej k bezdrátové komunikaci?

A tam to nekončí, porovnal jsem ho s celým spektrem. Porovnal jsem ho s rádiovými vlnami -- jejich rozsah -- s rozsahem spektra světla. A hádejte co. Spektrum využitelného světla je 10 000 krát větší. Takže máme obrovské spektrum. Pojďme to porovnat s číslem, které jsem zrovna uvedl. Máme 1,4 milionu hustě rozmístěných neefektivních základových stanic. Vynásobte to 10 000 a máte 14 miliard. 14 miliard je počet již používaných žárovek. Takže infrastruktura už existuje. Podívejte se na strop na všechny ty žárovky. Podívejte se v přízemí, uvidíte tyto světla.

Můžeme je využít pro komunikaci? Ano. Co k tomu potřebujeme? Jednou věcí je vyměnit neefektivní klasické žárovky a zářivky za tyto LED žárovky. LED je polovodič. Jedná se o elektrické zařízení. A má dobrou vlastnost. Jeho intenzita může být měněna velmi rychle a může být také vypnuta velmi rychle. A toto je klíčová vlastnost, kterou jsme se zabývali v naší technologii. Takže pojďme se kouknout, jak to funguje. Pojďme se kouknout na nejbližšího souseda světla -- pojďme se kouknout na dálková ovládání. Všichni víte, že dálková ovládání využívají infračervenou diodu -- zapnutím diody televizi zapnete, vypnutím ji vypnete. Tvoří to jednoduchý tok dat rychlostí 10 000 bitů za sekundu, 20 000 bitů za sekundu. Nepoužitelné pro YouTube video.

My jsme vyvinuli technologii, se kterou můžeme nahradit ovladač žárovkou. Díky naší technologii může probíhat ne pouze jeden datový tok, ale tisíce datových toků současně při vysokých rychlostech. Technologie, kterou jsme vyvinuli, se jmenuje SIM OFDM. A její prostorová světelná modulace -- toto je jediný technický termín, nebudu zacházet do detailů -- ale takto jsme dosáhli toho, že světelný zdroj přenáší data.

Vy asi řeknete: "No to je pěkné -- slide který byl udělaný za 10 minut." Ale to není vše. My jsme vyvinuli ukázkový prototyp. A nyní tento prototyp poprvé předvedu veřejnosti. Zde máme obyčejnou stolní lampu. Dali jsme do ní LED žárovku, která stojí 3 americké dolary, a přidali naši technologii na zpracování signálu. Zde je malý otvor. Světlo prochází tímto otvorem. Je zde také přijímač. Přijímač převede ty malé rozdíly amplitudy, které jsme zde vytvořili na elektrický signál. A ten elektrický signál je poté převeden na vysokorychlostní datový tok. Doufáme, že v budoucnosti můžeme umístit tento otvor do těchto chytrých telefonů. Možná ne pouze umístit světelný senzor, ale použít také vestavěnou kameru.

Takže co se stane, když zapnu toto světlo? Jak by se dalo čekat, je to světlo, stolní lampa. Dáte pod ní knihu a můžete si číst. Osvětluje prostor. Ale zároveň… vidíte toto video? Jedná se o video s vysokým rozlišením, které je přenášeno tímto světlem. Jste skeptičtí. Řeknete si: "Ha ha ha. Je to chytrej akademik, co tady dělá triky." Udělám ale toto.

(Potlesk)

Ještě jednou. Stále nevěříte? Toto světlo přenáší tamto video ve vysokém rozlišení. A když se podíváte na lampu, svítí, jak byste čekali. Lidské oko to nepostřehne. Nepoznáte tu jemnou změnu v amplitudě, která v žárovce probíhá. Koná to funkci osvětlení, ale zároveň dochází k přenosu dat. A můžete vidět, že dokonce i světlo ze stropu dopadá na přijímač. Ale toho si přijímač nevšímá, protože ten zaznamenává pouze ony malé změny amplitudy. Člověka napadne důležitá otázka. "Dobře, musím mít světlo neustále zapnuté, aby to fungovalo?" Odpověď je ano. Ale můžete ho ztlumit tak, že vypadá vypnuté. Takto můžete stále přenášet data.

Zmínil jsem zde 4 body: Kapacita: Máme 10 000 krát větší spektrum, 10 000 krát více LED žárovek, které tvoří infrastrukturu. Snad se mnou tedy budete souhlasit, že v kapacitě problém není. Účinnost: Data jsou přenášena světlem -- prvotním účelem je osvětlení. Takže co se týče energie, přenos dat je zadarmo -- vysoce energeticky účinné. A to nemluvím o vysoké účinnosti LED žárovek. Kdyby je používal celý svět, ušetřilo by nás to stovek elektráren. Ale to je z jiného soudku.

A pak jsem zmínil dostupnost. Budete se mnou souhlasit, že máme světla v nemocnici. Je potřeba vidět, co děláte. Máme světla v letadlech. Světla jsou tedy všude. Podívejte se kolem sebe. Všude. Podívejte se na váš telefon. Disponuje bleskem, LED bleskem. To vše jsou potenciální zdroje pro vysokorychlostní přenos dat.

A pak zde máme bezpečnost. Opět se mnou budete souhlasit, že světlo zdi neprostoupí. Takže nikdo, pokud zde mám světlo, pokud mám bezpečná data, nikdo za zdí této místnosti nemůže tato data číst. Data jsou pouze tam, kde je světlo. Takže pokud nechci, aby přijímač přijímal data, tak lampu jednoduše odkloním. Data proudí tamtím směrem, ne sem. Takže můžeme v podstatě pozorovat, kam data proudí.

Pro mě sahá využitelnost za hranice představivosti. Nacházíme se ve století ve znamení tvůrců chytrých aplikací. Musíte si uvědomit, že kde je světlo, tam je potenciál přenosu dat. Mohu vám nabídnout pár příkladů. Vlastně můžete vidět vliv už nyní. Toto je vzdáleně ovládaný podmořský robot. Využívá světlo k osvícení dna. A toto světlo může být použito k přenosu dat, která jsou používána ke komunikaci mezi zařízeními.

V prostorách s vysokými bezpečostními nároky, jako je tento petrochemický závod -- zde nemůžete používat rádiové vlny, mohly by způsobit jiskření, ale můžete používat světlo -- je ho zde dostatek. V nemocnicích u nových zdravotnických přístrojů, na ulici při řízení dopravy. Auta mají LED reflektory, mohou proto spolu komunikovat a zabránit nehodám skrze výměnu informací. Semafory mohou komunikovat s autem atd. A pak máte miliony podobných pouličních lamp po celém světě. A každá lampa by mohla být přístupovým bodem. Říkáme tomu Li-Fi -- light-fidelity. Dále máme letadlové kabiny. V nich jsou stovky světel a každé z těchto světel může přenášet data. Takže byste si mohli přehrát své oblíbené TED video během letu domů. Život online. Myslím, že tato vize je reálná.

Takže to, co bychom museli udělat, je zabudovat malý mikročip do každého světelného zdroje. A to by dovolilo spojení dvou základních funkcí: osvětlení a bezdrátového přenosu dat. A věřím, že je to právě tato symbióza, která by mohla vyřešit 4 základní problémy, kterým dnes čelíme na poli bezdrátové komunikace. A v budoucnosti byste neměli pouze 14 miliard žárovek, ale také 14 miliard přístupových bodů na celém světě -- čistší, ekologičtější a dokonce i světlejší budoucnost.

Děkuji.

(Potlesk)