Comunicazioni senza fili Li-Fi – Dati wireless da ogni lampadina LED

Li-Fi Li-Fi

Harald Haas

E se ogni lampadina nel mondo trasmettesse anche dati? Al TEDGlobal, Harald Haas mostra, per la prima volta, un dispositivo che potrebbe fare esattamente questo. Facendo lampeggiare la luce di un singolo LED, in modo troppo rapido per essere visibile all’occhio umano, può trasmettere molti più dati di una torre per cellulari e in modo più efficiente, sicuro e diffuso.

Sapevate che esistono 1,4 milioni di antenne per cellulari installate in tutto il mondo? Sono le stazioni base. E abbiamo anche più di cinque miliardi di telefoni cellulari come questo. Con questi telefoni cellulari, trasmettiamo oltre 600 terabyte di dati ogni mese. È un 6 seguito da 14 zeri: un numero enorme.

Le comunicazioni senza fili sono diventate un’utenza, come l’elettricità e l’acqua. Le usiamo quotidianamente, nelle nostre vite private e professionali. Qualche volta, inoltre, in eventi come questo, ci viene entilmente chiesto di spegnere i cellulari, per dei validi motivi. È proprio l’importanza di questa tecnologia che mi ha spinto a studiare i problemi che la caratterizzano, la sua centralità nelle nostre vite. Uno dei problemi è la capacità.

Trasmettiamo i dati senza fili con onde elettromagnetiche — in particolare onde radio. Ma le onde radio hanno dei limiti: sono scarse, costose, e appartengono ad uno spettro ristretto. Ed è questo limite che impedisce loro di far fronte alla domanda di trasmissione senza fili di dati e al numero di bytes e di dati trasmessi ogni mese. Stanno, semplicemente, esaurendo lo spettro.

C’è un altra questione, poi: l’efficienza. Questi 1,4 milioni di antenne, o stazioni base, consumano molta energia. La maggior parte della quale, pensate un po’, non è utilizzata per trasmettere le onde radio, ma per raffreddare le stazioni base. L’efficienza di una simile stazione base è solo del 5% circa. E questo è un bel problema.

Poi esiste un altro problema, che tutti voi conoscete: dovete spegnere il telefono cellulare, quando prendete l’aereo, e negli ospedali esistono problemi di sicurezza, che è un altro punto critico. Queste onde radio penetrano attraverso i muri, possono essere intercettate, e il vostro network potrebbe essere utilizzato da qualche malintenzionato. Ecco dunque i quattro principali problemi.

Ma d’altronde, abbiamo 14 miliardi di lampadine. Di punti luce. E la luce è parte dello spettro eletttromagnetico. Consideriamo ora questo aspetto nel contesto dell’intero spettro elettromagnetico, che comprende: i raggi gamma, a cui non volete avvicinarvi, perché possono nuocere; i raggi X, che sono utili se finite all’ospedale; la radiazione ultravioletta, buona per abbronzarsi ma altrimenti pericolosa per il corpo umano; gli infrarossi, che per la sicurezza degli occhi potete usare solo a bassa potenza; e infine le onde radio, con i problemi che ho appena menzionato.

Qui in mezzo, poi, abbiamo lo spettro di luce visibile. È luce, che esiste da molti milioni di anni. Ci ha creato, in realtà: ha creato la vita, la materia di cui è composta. Quindi il suo utilizzo è intrinsecamente sicuro. Non sarebbe fantastico utilizzarla per le comunicazioni senza fili?

E non è tutto. Ho confrontato la luce con l’intero spettro delle onde radio — le dimensioni dell’intero spettro con quelle dello spettro visibile. E sapete cosa è emerso? Abbiamo a nostra disposizione uno spettro 10.000 volte più ampio.

E non abbiamo solo questo enorme spettro. Confrontiamo anche due numeri appena menzionati. Abbiamo 1.4 milioni di stazioni base radio, costose da installare e inefficienti. Se moltiplichiamo per 10.000, otteniamo 14 miliardi, che è il numero di lampadine già installate. Quindi l’infrastruttura è già pronta!

Guardate il soffitto, e vedrete tutte queste lampadine: poi andate al piano terra, e vedrete altre lampadine. Possiamo usarle per le comunicazioni? Sì!

Cosa dobbiamo fare? Solo una cosa: sostituire le inefficienti lampadine ad incandescenza e a fluorescenza con queste lampadine di nuova generazione basate sui LED.

Un LED è un semiconduttore, un apparato elettronico. E ha una caratteristica molto interessante: la sua intensità può essere modulata a velocità molto elevate e può essere spento molto rapidamente. È questa la proprietà fondamentale che la nostra tecnologia sfrutta. Lasciate che vi mostri come funziona.

Pensiamo ai “vicini” dello spettro visibile — i telecomandi. Tutti sapete che i telecomandi utilizzano LED a infrarossi — in sostanza, o accendi il LED, oppure lo spegni, se è acceso. Questo genera un semplice flusso di dati a bassa velocità: 10.000 bits per secondo, 20.000 bits per secondo. Non bastano, per vedere un video su YouTube.

Noi abbiamo sviluppato una tecnologia con cui poter sostituire il telecomando della nostra lampadina. Con la nostra tecnologia, non trasmettiamo un singolo flusso di dati, ma migliaia di flussi in parallelo, e a velocità più elevate. La tecnologia che abbiamo sviluppato si chiama SIM OFDM.

Si tratta di modulazione spaziale (sono solo termini tecnici, non entrerò nei dettagli) ma è così che abbiamo reso una fonte di luce in grado di trasmettere dati.

Direte ora:”Ok, è una bella presentazione di 10 minuti.” Ma non è solo questo. Abbiamo anche sviluppato un prototipo dimostrativo. Per la prima volta in pubblico, mostrerò la trasmissione a luce visibile.

Qui abbiamo una comune lampada da tavolo. In una lampadina LED da 3 dollari, abbiamo inserito la nostra tecnologia di elaborazione del segnale. Poi abbiamo questo piccolo buco. La luce vi passa attraverso, e qui c’è un ricevitore. Il ricevitore convertirà queste minuscole variazioni nell’ampiezza che creiamo qui in un segnale elettrico. Il segnale elettrico è poi riconvertito in un flusso dati ad alta velocità.

In futuro speriamo di poter integrare questa piccola apertura negli smartphone. E magari di poter usare, al posto del rilevatore, la fotocamera interna. Cosa accade, dunque, quando accendo la luce?

Come vi aspettereste di vedere, è una fonte di luce, una lampada da tavolo. Se sotto ci mettere un libro, potrete leggerlo. Illumina uno spazio. Ma allo stesso tempo… guardate questo video. È un video ad alta definizione, trasmesso tramite il fascio di luce.

Ora sarete scettici. Forse pensate: “Ha, ha, ha. Ecco un universitario furbo che ci mostra qualche trucchetto.” Ma se faccio così…(Applausi) Ancora una volta. Non ci credete? È proprio questa luce a trasmettere questo video ad alta definizione in un flusso separato. E la luce, se la osservate, sta illuminando esattamente come vi aspettereste.

A occhio nudo, non vi accorgete del sottile cambiamento d’ampiezza che imprimiamo a questa lampadina. Sta illuminando, ma può al contempo trasmettere questi dati. E come potete vedere, anche la luce proveniente dal soffitto raggiunge il ricevitore che però ignora la luce costante, perché è interessato solo ai minimi cambiamenti.

Ogni tanto mi si fanno domande critiche. La gente dice: “Va bene, allora devo tenere sempre accesa la luce, per farlo funzionare?” Beh, sì. Ma potete ridurre l’intensità della luce fino a farla sembrare spenta, e continuare a trasmettere dati. Questo è possibile.

Torniamo ai quattro punti critici di prima. Capacità: [con questa tecnologia] sfruttiamo uno spettro 10.000 volte più ampio, e un numero di LED 10.000 volte maggiore, già installati nell’infrastruttura. Spero converrete con me, quindi, nel dire che la capacità non sarebbe più un problema. Efficienza: si tratta di dati tramite illuminazione — ma è innanzitutto uno strumento d’illuminazione. E se considerate il budget energetico, la trasmissione dati è gratuita — quindi in termini energetici è molto efficiente. E questo senza che io menzioni l’efficienza delle lampadine a LED.

Se fossero installate ovunque, si risparmierebbero centinaia di centrali elettriche. [Ma] questo è un aspetto collaterale. Ho parlato della disponibilità, poi. Sarete d’accordo con me che gli ospedali sono pieni di luci (bisogna vedere bene cosa si sta facendo) e ci sono luci negli aeroplani. La luce è ovunque. Guardatevi attorno, è ovunque.
Guardate il vostro smartphone: ha un display LED. [Quindi] è un potenziale trasmettitore ad alta velocità. E poi c’è la questione della sicurezza. Converrete con me che la luce non penetra attraverso i muri. Dunque, se ho una luce qui ed emetto dati sensibili, nessuno, dall’altro lato del muro, può leggere questi dati. E ci sono dati solo dove c’è luce. Quindi, se non voglio che il rilevatore senta i dati, mi basta inclinare la luce. I dati andranno così in quella direzione, e non più in questa.

Ora possiamo, di fatto, “vedere” dove vanno i dati. A mio avviso le possibili applicazioni superano al momento ogni immaginazione. I programmatori creano applicazioni geniali da un secolo. Dovete solo accorgervi che, ovunque ci sia luce, c’è una potenziale trasmissione di dati. Ma posso darvi qualche esempio, così che possiate apprezzarne il potenziale già ora.

Questo è un veicolo controllato da remoto, che gira nelle profondità degli oceani. E per illuminare l’area sottostante, utilizza una luce che potrebbe trasmettere, senza fili, i dati con cui questi apparecchi comunicano tra loro. Ambienti ad alta sicurezza come questo impianto petrolchimico non possono usare radiofrequenze, che potrebbero generare archi, ma possono usare la luce — e potete anzi vedere quanta ne usano.

Negli ospedali, per nuovi strumenti medici; nelle strade, per controllare il traffico. In testa e in coda, le automobili sono dotate di luci a LED, con cui le automobili potrebbero comunicare tra loro e così facendo prevenire gli incidenti. I semafori potrebbero comunicare con le auto, e così via. Ci sono poi milioni di lampioni installati in tutto il mondo. Ed ogni lampione potrebbe diventare un access point gratuito.

La chiamiamo infatti Li-Fi, light-fidelity.

E poi abbiamo queste cabine d’aereo. Ci sono centinaia di luci nella cabina di un aereo, e ognuna di queste luci potrebbe in teoria trasmettere dati senza fili. Così potreste godervi il vostro video TED preferito nel lungo viaggio di ritorno verso casa.

La visione di una vita online, dunque, penso sia possibile. Dobbiamo solo inserire un piccolo microchip in ogni potenziale strumento d’illuminazione. Questo consentirebbe di combinare due funzioni essenziali: illuminazione e trasmissione senza fili dei dati. Ed è questa la simbiosi che, a mio avviso, potrebbe risolvere i quattro problemi essenziali delle comunicazioni senza fili odierne.

E nel futuro, non avremo solo 14 miliardi di lampadine, ma anche 14 miliardi di Li-Fi installati in tutto il mondo — per un futuro più pulito, più verde, e anche più “brillante”. Grazie. (Applausi)

Traduttore: Gianluca Finocchiaro
Revisore: Michele Gianella

ted.com

Comunicazioni senza fili Li-Fi – Dati wireless da ogni lampadina LED ultima modifica: 2015-12-01T14:07:50+00:00 da prixi
About the Author
prixi

Redattore & Responsabile Canale Video di Altrogiornale.org