Harald Haas: Dáta prenášané bezdrôtovo z každej žiarovky

Viete o tom, že na svete máme rozmiestnených 1,4 milióna stožiarov mobilných sietí? Ide o základňové stanice. Takisto máme viac ako 5 miliárd týchto zariadení. Mám na mysli mobilné telefóny, prostredníctvom ktorých každý mesiac prenášame viac ako 600 terabajtov dát. Je to čislo 6 so štrnástimi nulami, veľmi veľké číslo. Bezdrôtová komunikácia sa stala verejnou službou, akými sú elektrina a voda. Teraz ju neustále používame v našom každodennom živote, v súkromnom aj v pracovnom. Dokonca nás musia niekedy veľmi láskavo poprosiť, aby sme z dobrých dôvodov vypli mobilné telefóny na podujatiach, ako je toto. Je to spomínaná dôležitosť, pre ktorú som sa rozhodol pozrieť na problémy, ktoré má táto technológia, pretože je pre naše životy taká podstatná.

Jedným z týchto problémov je kapacita. Spôsob, akým bezdrôtovo prenášame dáta, je použitím elektromagnetických vĺn, najmä rádiových vĺn. Rádiové vlny sú obmedzené. Sú vzácne, drahé a máme ich len v určitom rozsahu. Je to práve toto obmedzenie, ktoré nezvláda dopyt po bezdrôtových dátových prenosoch a množstve bajtov a dát, ktoré sa každý mesiac prenesú. Jednoducho im dochádza spektrum. Existuje aj ďalší problém. Je to efektivita. Týchto 1,4 milióna stožiarov mobilných sietí, respektíve základňových staníc, spotrebúva mnoho energie. Vezmite si, že väčšina z nej sa nepoužíva na vysielanie rádiových vĺn, ale na chladenie týchto základňových staníc. Efektivita základňovej stanice je len okolo 5 percent, a to spôsobuje veľký problém. Je tu ešte ďalší problém, ktorý si všetci uvedomujete. Svoj mobilný telefón musíte vypínať počas letov. V nemocniciach predstavujú problém s bezpečnosťou a ďalším problémom je samotná bezpečnosť. Rádiové vlny prenikajú cez steny. Je možné ich zachytiť a ak má niekto zlé úmysly, môže vašu sieť využívať.

Toto sú štyri hlavné problémy. Na druhej strane však máme 14 miliárd týchto vecí, žiaroviek, svetla a svetlo je časťou elektromagnetického spektra. Pozrime sa na to v kontexte celého elektromagnetického spektra, kde máme žiarenie gama. Nemali by ste sa priblížiť k žiareniu gama, mohlo by to byť nebezpečné. Röntgenové lúče sú užitočné v nemocniciach. Potom je tu ultrafialové žiarenie. Je dobré na pekné opálenie, ale inak nebezpečné pre ľudské telo. Infračervené, kvôli smerniciam o bezpečnosti očí, môžete používať len na nízkom výkone. Potom máme rádiové vlny, s tými sú však spojené problémy, ktoré som práve spomenul. Uprostred máme spektrum viditeľného svetla. Je to svetlo a svetlo je tu už mnoho miliónov rokov. V podstate vytvorilo nás, život, vytvorilo všetky živé bytosti. Naozaj je teda bezpečné používať ho. Nebolo by skvelé použiť ho na bezdrôtovú komunikáciu?

Nielen to, porovnal som ho s celým spektrom. Porovnal som spektrum rádiových vĺn, jeho veľkosť, s veľkosťou spektra viditeľného svetla a hádajte, aký bol výsledok? Máme 10 000-krát viac tohto spektra, ktoré je tu pre nás, aby sme ho použili. Teda nielen, že máme takéto obrovské spektrum, ale porovnajme to s číslami, ktoré som práve spomínal. Máme 1,4 milióna nákladne vybudovaných neefektívnych rádiových základňových staníc. Vynásobte to číslom 10 000 a skončíte pri 14 miliardách. 14 miliárd je počet žiaroviek, ktoré sú už osadené. Infraštruktúru teda máme. Pozrite sa na strop a uvidíte všetky tie žiarovky. Choďte na prízemie a uvidíte tieto žiarovky.

Môžeme ich používať na komunikáciu? Áno. Čo potrebujeme spraviť? To, čo treba spraviť, je, že musíme nahradiť tieto neefektívne žiarovky a žiarivky novou technológiou LED diód, LED žiarovkami. LED dióda je polovodič. Je to elektronické zariadenie a má veľmi dôležitú vlastnosť. Jej intenzita sa dá meniť pri veľmi vysokých rýchlostiach a pri týchto veľmi vysokých rýchlostiach sa môže aj vypínať. Toto je kľúčová vlastnosť, ktorú sme skúmali našou technológiou. Pozrime sa na to, ako to robíme. Poďme k najbližšiemu susedovi spektra viditeľného svetla, poďme k diaľkovým ovládačom. Všetci viete, že diaľkové ovládače majú infračervenú LED diódu a v podstate LED diódu zapínate a vypínate. Vytvorí jednoduchý, nízkorýchlostný dátový tok s 10 000 bitmi za sekundu, 20 000 bitmi za sekundu. Na video z YouTube sa to použiť nedá.

To, čo sme spravili, je, že sme vyvinuli technológiu, s ktorou môžeme navyše nahradiť diaľkové ovládanie našej žiarovky. Našou technológiou nevysielame len jeden dátový tok, ale tisícky dátových tokov paralelne ešte vyššími rýchlosťami. Technológia, ktorú sme vyvinuli sa nazýva SIM OFDM. Je to priestorová modulácia, sú to len technické termíny a nepôjdem do detailov, ale takto sme umožnili svetelnému zdroju prenášať dáta.

Poviete: „Dobre, to je pekné, prezentácia vytvorená za 10 minút." Nejde však len o to. To, čo sme spravili, je, že sme tiež vyvinuli názornú ukážku. Prvýkrát na verejnosti vám predvádzam túto názornú ukážku viditeľného svetla. To, čo tu máme, je obyčajná stolná lampa. Do nej sme namontovali LED žiarovku, ktorá stojí 3 doláre a dnu sme vložili našu technológiu na spracovanie signálu. To, čo tu teraz máme, je malý otvor a svetlo prechádza týmto otvorom. Je tam prijímač. Prijímač prekonvertuje tieto malé nepatrné zmeny v amplitúde, ktorú tu vytvárame, do elektrického signálu. Tento elektrický signál je potom prekonvertovaný naspať na vysokorýchlostný dátový tok. Dúfame, že v budúcnosti dokážeme integrovať tento malý otvor do smartphonov, a to nielen integrovať fotodetektor, ale možno použiť zabudovaný fotoaparát.

Čo sa teda stane, keď vypnem svetlo? Ako by ste čakali, je to svetlo, stolná lampa. Keď pod ňu dáte knihu, môžete si čítať. Osvetluje priestor, ale v rovnakom čase vidíte toto video a je to video, video v HD rozlíšení, ktoré sa prenáša prostredníctvom tohto svetelného lúča. Ste kritickí. Myslíte si: „Ha, ha, ha. Je to šikovný akademický pracovník, ktorý tu predvádza pár trikov.“ Dovoľte mi spraviť toto.

(Potlesk)

Ešte raz. Stále neveríte? Je to toto svetlo, ktoré prenáša HD video v delenom toku. Ak sa pozriete na svetlo, osvetluje okolie, ako by ste očakávali. Ľudským okom si nevšimnete nepatrné zmeny v amplitúde, ktoré sme na tejto žiarovke vykonávali. Slúži na účely osvetľovania priestoru, ale v rovnakom čase sme schopní tieto dáta prenášať. Môžete vidieť, že dokonca svetlo zo stropu prichádza sem dole k prijímaču. Môže ignorovať toto stále svetlo, pretože prijímač sa zaujíma len o nepatrné zmeny. Tu a tam môžete mať kritické otázky. Poviete: „Dobre, potrebujem mať svetlo stále zapnuté, aby to fungovalo?“ Odpoveď je: „Áno“. Toto svetlo však môžete stlmiť na úroveň, ked sa zdá, že je vypnuté, ale stále budete môcť prenášať dáta, je to možné.

Spomenul som vám teda štyri výzvy. Kapacita: Máme 10 000-krát viac spektra, 10 000-krát viac LED diód, ktoré sú už nainštalované v infraštruktúre. Súhlasilili by ste so mnou, dúfajme, že tu už nie je žiadny problém s kapacitou. Efektívnosť: Toto sú dáta prenášané prostredníctvom osvetlenia priestoru, je to predovšetkým zariadenie na jeho osvetlenie. Ak si urobíte rozpočet na energiu, prenos dát bude zadarmo, čo je veľmi energeticky efektívne, a to nespomínam vysokoenergetickú efektívnosť týchto LED diód. Keby ich začal používať celý svet, mohli by sme ušetriť stovky elektrární. To len tak mimochodom.

Potom som spomenul dostupnosť. Budete so mnou súhlasiť, že v nemocniciach máme svetlá. Musíte vidieť, čo treba robiť. Svetlá máte v lietadlách. Svetlo je teda všade. Pozrite sa dookola. Všade. Pozrite sa na svoj smartphone. Má blesk, blesk s LED diódou. Sú to potenciálne zdroje na vysokorýchlostný prenos dát.

Ďalej je tu bezpečnosť. Súhlasili by ste so mnou, že svetlo nepreniká cez steny. Nikto teda, ak mám svetlo tu, ak mám bezpečné dáta, nikto na druhej strane tejto miestnosti nebude schopný prečítať tieto dáta cez stenu. Dáta sú len tam, kde je svetlo. Ak teda nechcem, aby prijímač prijímal dáta, môžem spraviť to, že to svetlo obrátim inde. Dáta tak idú týmto smerom a tam už nie. Teraz môžme naozaj vidieť, kám dáta putujú.

Pre mňa je využitie tejto technológie momentálne za hranicami predstavivosti. Mali sme storočie plné dobrých, šikovných vývojárov zaoberajúcich sa využitím vecí. Musíte si len všimúť, že tam kde je svetlo, tam je aj potenciálny spôsob prenosu dát. Môžem vám však uviesť zopár príkladov. Dopad tejto technológie môžete vidieť už teraz. Toto je ďiaľkovo ovládaný prístroj pod hladinou oceánu. Tieto prístroje používajú svetlo, aby tam dole osvetľovali priestor a toto svetlo sa môže uplatniť pri prenose dát, ktoré tieto veci používajú, aby medzi sebou komunikovali.

V skutočne bezpečnom prostredí, ako je táto petrochemická továreň, nemôžete používať rádiové frekvencie, pretože môžu na anténe vytvárať iskry, ale môžete použiť svetlo, ktorého tam vidíte viac než dosť. V nemocniciach pre nové lekárske prístroje, na uliciach na riadenie premávky. Autá majú predné reflektory s LED diódami, zadné svetlá s LED diódami a autá môžu medzi sebou komunikovať a zabraňovať nehodám tak, že si vymieňajú informácie. Semafory môžu komunikovať s autom a tak ďalej. Máte tu tiež všetky tie milióny pouličných lámp, ktoré sú rozmiestnené na celom svete. Každá pouličná lampa by mohla byť voľným prístupovým bodom. V skutočnosti to nazývame Li-Fi, light-fidelity, svetelná vernosť. Potom tu máme tieto kabíny lietadiel. Sú v nich stovky svetiel a každé z nich by mohlo byť potenciálnym vysielačom pre dáta prenášané bezdrôtovo. Mohli by ste si teda vychutnať vaše obľubené video z TED-u počas svojho dlhého letu domov. Život online. Myslím, že toto je vízia, ktorá je možná.

Všetko, čo potrebujeme spraviť, je pridanie malého mikročipu do každého potenciálneho zariadenia na osvetľovanie. To by potom spojilo dve základné funkčné vlastnosti: osvetlenie a bezdrôtový prenos dát. Je to táto symbióza, o ktorej si ja osobne myslím, že by mohla vyriešiť štyri základné problémy, ktorým v bezdrôtovej komunikácií v týchto dňoch čelíme. V budúcnosti by ste nemuseli mať len 14 miliárd žiaroviek, mohli by ste mať 14 miliárd Li-Fi bodov, ktoré by boli rozmiestnené na celom svete pre čistejšu, zelenšiu a dokonca jasnejšiu budúcnosť.

Ďakujem.

(Potlesk)