Гаральд Гаас: Бездротова передача даних із кожної жарівки

Ви знаєте, що в усьому світі встановлено 1.4 мільйони щогл стільникового зв'язку? І це базові станції. А ще ми маємо понад п'ять мільярдів ось таких пристроїв. Це мобільні телефони. І цими мобільними телефонами ми передаємо понад 600 терабайт даних щомісяця. Це величезна цифра -- 6 із 14 нулями. Бездротовий зв'язок став не менш необхідним, ніж електрика та вода. Ми використовуємо його щодня -- в особистому та діловому житті. А часом нас навіть ввічливо просять вимкнути мобільні телефони на різних заходах з поважних причин. Оскільки бездротовий зв'язок настільки важливий, я вирішив дослідити недоліки цієї технології, адже вона відіграє значну роль у нашому житті.

Один із її недоліків -- це пропускна здатність. Для бездротової передачі даних використовують електромагнітні хвилі -- зокрема, радіохвилі. Радіохвилі мають обмеження. Вони дорогі, мають малу пропускну здатність, а також обмежений діапазон. З цієї причини радіохвилі не справляються з вимогами бездротової передачі даних і з кількістю байтів і даних, які передаються щомісяця. Нам буквально бракує спектру. Існує ще одна проблема. Ефективність. 1.4 мільйони щогл стільникового зв'язку, тобто базових станцій, споживають чимало енергії. І завважте, що більшість енергії використовується не для передачі радіохвиль, а для охолодження базових станцій. Тому ефективність базових станцій становить всього лише п'ять відсотків. Це неабияка проблема. Ще один недолік вам добре відомий. Мобільний телефон потрібно вимикати у літаку і в лікарні з міркувань безпеки. Отож, безпека - це ще один клопіт. Радіохвилі проникають крізь стіни. Хтось може їх перехопити і скористатися вашою мережею зі злочинними намірами.

Таким чином, існує чотири основні проблеми. З іншого боку, у нас є 14 мільярдів ось таких штуковин -- жарівок, світла. А світло належить до електромагнітного спектру. Тепер розгляньмо увесь електромагнітний спектр, до якого входять гамма-промені. До гамма-променів краще не наближатися, адже це досить небезпечно. Рентгенівські промені стають у пригоді в лікарні. Далі -- ультрафіолетові промені. Вони дають непогану засмагу, але загалом небезпечні для людського організму. Інфрачервоні промені. З міркувань безпеки для очей, їх використовують тільки на малій потужності. І насамкінець -- радіохвилі, які мають недоліки, про які я вже згадував. Посередині спектру знаходиться спектр видимого світла. Світло існує не один мільйон років. По суті, воно створило нас, створило життя, створило все живе. З цієї причини, світло цілком безпечно використовувати. І хіба не чудова ідея використати його для бездротової передачі даних?

І це ще не все -- я порівняв світло зі всім спектром. Я порівняв розмір спектру радіохвиль з розміром спектру видимого світла. І знаєте що? Спектр видимого світла в 10,000 разів більший, і ним можна скористатися. Ідеться не тільки про величезний розмір спектру. Порівняймо його з числом, про яке я щойно говорив. Ми маємо 1,4 мільйони неефективних стільникових базових станцій, встановлення яких дорого коштує. Помножимо на 10,000 і отримуємо 14 мільярдів. 14 мільярдів уже встановлених жарівок. Ідеться про інфраструктуру. Погляньте на стелю, там усюди жарівки. Спустіться на перший поверх -- там також жарівки.

Чи можна їх використати для зв'язку? Так. Що для цього потрібно зробити? Тільки одне -- замінити неефективні лампи розжарення, флюоресцентні лампи, на нову технологію LED -- світлодіодних ламп. Світлодіод -- це напівпровідник. Електронний пристрій. До того ж, він має прекрасну властивість. Інтенсивність випромінювання світлодіода можна дуже швидко регулювати, і так само швидко його можна вимкнути. Саме цю істотну властивість ми використали у своїй технології. Зараз я покажу, як це виглядає. Ось найближчий сусід спектра видимого світла -- пульт дистанційного управління. Як відомо, пульт дистанційного управління має інфрачервоний світлодіод. Одне слово, ви вмикаєте і вимикаєте світлодіод. Створюється простий, повільний потік даних зі швидкістю 10,000 біт за секунду, 20,000 біт за секунду. Для відео з YouTube таке не годиться.

Що зробили ми? Ми розробили технологію, яка замінить пульт дистанційного управління лампою. Наша технологія дає змогу передавати не один-єдиний потік даних, а тисячі потоків даних паралельно, ще швидше. Наша технологія має назву SIM OFDM. Це просторова модуляція -- я не буду вдаватися у технічні деталі. Але таким способом ми домоглися, щоб джерело світла передавало дані.

Ви скажете: "Справді класно -- слайд створено за 10 хвилин". Але це ще не все. Окрім того, ми розробили демонстраційний пристрій. Зараз я уперше привселюдно покажу цей демонстраційний пристрій видимого світла. Що ми маємо? Це не звичайна настільна лампа. Ми вкрутили в неї світлодіодну лампу за три долари і встановили нашу технологію обробки сигналу. Ось тут знаходиться невеличкий отвір. Світло проходить крізь цей отвір. Тут розташований приймач. Приймач перетворює малі, незначні зміни амплітуди, які ми створюємо, в електричний сигнал. А згодом цей сигнал перетворюється назад у високошвидкісний потік даних. Ми сподіваємося, що згодом зможемо вбудувати цей маленький отвір у ці смартфони. І не тільки вбудувати сюди фотодетектор, а й, можливо, використати вбудовану камеру телефона.

Що ж трапиться, коли я увімкну світло? Нічого особливого, це світло від настільної лампи. Сюди можна покласти книжку і читати. Лампа освітлює простір. Водночас, на екрані з'явився відеозапис. Це відео -- високоякісне відео HD -- передається через цей промінь світла. Ви зміряєте мене критичним оком. І подумаєте: "Ха-ха-ха. Цей мудрагель показує нам свої фокуси". Але дайте мені їх показати.

(Оплески)

Ще раз. Усе ще не вірите? Саме це світло передає це високоякісне відео в розгалуженому потоці. Подивіться на світло -- воно таке ж, як і завжди. Голим оком ви нічого не помітите. Ви не побачите невловних змін у амплітуді, які ми впровадили у цій лампі. Вона працює за своїм призначенням -- освітлює, і, водночас, передає дані. Як бачите, навіть світло зі стелі падає сюди на приймач. Але приймач ігнорує постійне світло, бо його цікавлять тільки непомітні зміни. Тепер мене чекає ще одне критичне запитання: "Гаразд, чи лампа мусить бути увімкнена увесь час, щоб усе працювало?" Так. Але світло можна зробити менш яскравим, до рівня, коли здається, що лампа вимкнена. Передача даних не припиниться -- справді.

Отож, я вже розповів про чотири проблеми. Пропускна здатність. Тут у 10,000 разів більший спектр і у 10,000 разів більше уже встановлених світлодіодів. Сподіваюся, ви погодитеся, що проблеми з пропускною здатністю більше не існує. Ефективність. Ідеться про передачу даних через освітлення -- це, в першу чергу, освітлювальний пристрій. Хто складає кошторис на електроенергію, той знає, що передача даних -- безкоштовна. Тому нова технологія надзвичайно енергоощадна. Я вже не кажу про чималу енергоощадність цих світлодіодних ламп. Якби їх використовував цілий світ, стали б непотрібними сотні електростанцій. Це так, до слова.

Далі я говорив про доступність. Погодьтеся, що у лікарнях є світло. Треба ж бачити, що робиш. У літаках теж є світло. Світло є всюди. Озирніться довкола. Усюди. Подивіться на свої смартфони. Вони мають ліхтарик, світлодіодний ліхтарик. Це потенційні джерела для високошвидкісної передачі даних.

А тепер про безпеку. Погодьтеся, що світло не проникає крізь стіни. Тому якщо я тут маю світло, якщо я маю важливі дані, то ніхто з іншого боку залу не прочитає ці дані крізь стіну. Дані є тільки там, де є світло. Якщо я не хочу, щоб приймач отримував дані, що я зроблю? Я поверну лампу вбік. Тепер дані йдуть у цьому напрямі, а не в тому. Зараз ми бачимо, куди йдуть дані.

Особисто я не можу собі уявити, де можна застосувати цю технологію. Ми живемо у столітті чудових і розумних програмістів. А тепер треба тільки визначити, де є світло, щоб передати дані. Все ж, я наведу кілька прикладів застосування нової технології. Уже сьогодні можна побачити її на ділі. Це дистанційно керований апарат на дні океану. Він освітлює простір під собою. Це світло можна використати для бездротової передачі даних, якими апарати обмінюються між собою.

В іскробезпечному середовищі, наприклад, на цьому нафтохімічному заводі, заборонено використовувати радіочастоти, бо вони можуть викликати розряд на антені. Але щодо світла немає жодних застережень -- там багато світла. Наша технологія підходить для лікарень, нових медичних інструментів, регулювання вуличного руху. Автомобілі мають світлодіодні фари та габарити, і тому можуть налагодити зв'язок між собою, і запобігати аваріям завдяки обміну інформацією. Світлофори сполучаються з автомобілем і так далі. А ще є мільйони вуличних ліхтарів по всьому світу. І кожен вуличний ліхтар може стати безкоштовною точкою доступу. Ми називаємо це Li-Fi - "світлова точність" за аналогією до Wi-Fi - "бездротова точність". А ще салони літаків. У салонах літаків -- сотні ламп, і кожна з них могла би займатися бездротовою передачею даних. Так ви могли б насолоджуватися улюбленим відео з TED під час довгого перельоту додому. Життя онлайн. Я думаю, що воно можливе.

Потрібно тільки встановити маленький мікрочіп у кожен освітлювальний пристрій. Таким чином, ми поєднаємо дві основні функції: освітлення і бездротову передачу даних. Я гадаю, що цей симбіоз подолає чотири істотні недоліки сучасного бездротового зв'язку. У майбутньому ми би мали не лише 14 мільярдів ламп, а 14 мільярдів точок Li-Fi. Усюди -- заради чистішого, екологічнішого і навіть яскравішого майбутнього.

Дякую.

(Оплески)