Харальд Хаас: Беспроводная информация из каждой лампочки
Что если каждая лампочка в мире могла бы передавать данные? На TEDGlobal Харальд Хаас впервые демонстрирует устройство, которое смогло это сделать. Мерцание светодиода, незаметное для человеческого глаза, может передавать больше информации чем сотовая вышка и делать это более эффективно, безопасно и широко.
Знаете ли вы, что у нас есть 1.4 миллиона сотовых радиомачт, развернутых во всем мире? И это базовые станции. У нас также есть больше пяти миллиардов этих устройств. Это мобильные телефоны. И с помощью этих мобильных телефонов мы передаем больше 600 терабайт данных каждый месяц. Это 6 с 14-ю нулями -- очень большое число. И беспроводные коммуникации стали такой же потребностью, как электричество или вода. Мы используем их каждый день. Используем в нашей повседневной жизни -- в нашей частной жизни, в наших делах. И нас даже иногда просят, очень вежливо, выключить мобильный телефон на подобных мероприятиях из уважения. Именно поэтому я решил посмотреть на проблемы, которые есть у этой технологии, потому что она имеет важное значение для нашей жизни.
И одна из проблем -- это емкость. Мы передаем беспроводные данные используя электромагнитные волны, в частности, радиоволны. И радиоволны ограничены. Они редки; они дороги; и у нас есть только определенные диапазоны. И из-за этого ограничения они не справляются с потребностью в передаче данных, и с количеством байтов, объемами данных, которые передаются каждый месяц. У них просто заканчивается спектр. Есть другая проблема. Это эффективность. 1.4 миллиона сотовых мачт или базовых станций потребляют очень много энергии. И заметьте, большая часть энергии не используется для передачи радиоволн, она уходит на охлаждение этих базовых станций. Эффективность таких станций всего около пяти процентов. И это создает большую проблему. Есть еще одна проблема, о которой вы все знаете. Вы должны отключать свой мобильный телефон во время полетов. В больницах -- это вопрос безопасности. А безопасность -- это еще одна проблема. Эти радиоволны проникают сквозь стены. Они могут быть перехвачены, и кто-то может воспользоваться вашей сетью с плохими намерениями.
Итак, есть четыре основные проблемы. Но, с другой стороны, у нас есть 14 миллиардов ламп. Свет. А свет -- это часть электромагнитного спектра. Итак, давайте посмотрим на это в контексте всего электромагнитного спектра, где у нас есть гамма-лучи. Вам не стоит приближаться к гамма-лучам, это может быть опасно. Рентгеновское излучение полезно, когда вы идете в больницу. И ультрафиолетовое излучение. Оно хорошо для загара, но в остальном опасно для человеческого тела. Инфракрасное -- из-за опасности для глаз вы можете использовать его только с невысокой мощностью. И дальше радиоволны, имеющие проблемы, о которых я упоминал. А в середине у нас есть видимое излучение. Это свет, и свет существует миллионы лет. И, фактически, он создал нас, создал жизнь, создал все живое. Он по своей сути безопасен в использовании. И было бы здорово использовать его для беспроводных коммуникаций.
Это не все, я сравнил его со всем спектром. Я сравнил спектр радио волн -- его размер с размером видимой области спектра. И знаете что? У нас есть в 10 000 раз больше этого спектра, подходящего для нашего использования. Но у нас есть не только огромная часть спектра, давайте сравним его с числом, о котором я говорил. Мы имеем 1.4 миллиона дорогих в установке, неэффективных сотовых базовых станций. Умножьте это на 10 000 и в итоге получите 14 миллиардов. 14 миллиардов -- это количество уже установленных лампочек. Так что у нас есть инфраструктура. Посмотрите на потолок и вы увидите все эти лампы. Спуститесь на первый этаж и увидите эти лампы.
Можем мы их использовать для коммуникаций? Да. Что нам необходимо сделать? Необходимо сделать лишь одну вещь -- заменить эти неэффективные лампы накаливания, флуоресцентное освещение, новой технологией LED, светодиодными лампами. Светодиод - это полупроводник. Электронное устройство. И у него есть очень хорошее свойство. Его интенсивность можно модулировать на очень высоких скоростях, и его можно отключать с очень высокой скоростью. И это фундаментальное свойство, которое мы изучали с нашей технологией. Позвольте показать, как мы это делаем. Давайте посмотрим на ближайшего соседа видимого излучения -- пульты дистанционного управления. Вы все знаете, что в этих пультах есть инфракрасный светодиод -- обычно вы включаете светодиод, а если отпускаете он выключается. Это создает простой, медленный поток данных на скорости 10 000 бит в секунду, 20 000 бит в секунду. Не подойдет для видео с YouTube.
То что мы сделали -- мы разработали технологию, с которой мы можем заменить пульт управления нашей лампы. Мы передаем с нашей технологией не один поток данных, а тысячи потоков информации параллельно, и даже на больших скоростях. И технология, которую мы разработали называется SIM OFDM. Это пространственная модуляция -- это только технические термины, я не буду вдаваться в подробности -- но это то, как мы позволили источнику света передавать данные.
Вы скажете, "Хорошо, это здорово -- слайды сделаны за 10 минут." Но не только это. То, что мы сделали мы также разработали демонстратор. И я впервые показываю публично демонстратор видимого света. У нас здесь есть обычный настольный светильник. Мы установили светодиодную лампу, стоимостью 3 доллара, установили нашу технологию передачи сигнала. И еще здесь есть небольшое отверстие. И свет идет через это отверстие. Здесь приемник. Этот приемник будет преобразовывать небольшие, тонкие изменения амплитуды, которые создаются здесь, в электрический сигнал. И этот сигнал преобразовывается обратно в высокоскоростной поток данных. В будущем мы надеемся, что сможем интегрировать это небольшое отверстие в эти смартфоны. И не только интегрировать фото датчик, но может быть использовать встроенную камеру.
Итак, что произойдет, когда я включу свет? Как вы и ожидали, это свет от настольной лампы. Положите книгу под него и сможете читать. Он освещает пространство. Но одновременно вы видите воспроизведение этого видео. Это видео, видео в HD, которое передается через эту лампу. Вы критичны. Вы думаете, "Ха, ха, ха. Этот умник проделывает здесь небольшие трюки." Но позвольте мне сделать это.
(Аплодисменты)
Еще раз. Все еще не верите? Это свет, передающий видео высокой четкости в разделенном потоке. И если вы посмотрите на свет, он горит так, как вы и ожидаете. Вы не заметите с помощью человеческого глаза. Вы не заметите эти тонкие изменения в амплитуде, которые мы отображаем этой лампой. Она служит цели освещения, но в тоже время мы можем передавать информацию. И, как вы можете видеть, даже свет сверху падает сюда на приемник. Он может игнорировать этот постоянный свет, потому что все, что интересует приемник - это небольшие изменения. У вас также есть критичный вопрос. Вы скажете, "Хорошо, я должен держать свет включенным все время, чтобы это работало?" И ответ будет да. Но, вы можете приглушить свет до такого уровня, что его почти не видно. И вы все еще сможете передавать данные -- это возможно.
Итак, я говорил о четырех задачах. Емкость: У нас в 10 000 раз больше спектра, в 10 000 раз больше ламп, уже установленных в инфраструктуру. Вы согласитесь со мной, надеюсь, что нет больше проблемы емкости. Эффективность: Это данные через освещение -- это в первую очередь устройство для освещения. Если вы оплачиваете электроэнергию, передача данных будет бесплатной -- высокая энергетическая эффективность. Я не упоминал о высокой энергетической эффективности этих светодиодных ламп. Если бы они были установлены по всему миру, то вы бы спасли сотни электростанций. Это точно.
Я упоминал также о доступности. Вы согласитесь со мной, что в больницах есть свет. Вам нужно видеть что делать. У вас есть свет в самолетах. То есть свет есть везде. Оглянитесь. Везде. Посмотрите на свой смартфон. У него есть вспышка, светодиодная вспышка. Это потенциальные источники высокоскоростной передачи данных.
И дальше безопасность. Вы согласитесь со мной, что свет не распространяется сквозь стены. Так что никто, если у меня есть здесь свет, если у меня важная информация, никто с другой стороны этой комнаты через стену не сможет прочесть эту информацию. И данные есть только там, куда падает свет. Так что если я не хочу, чтобы этот приемник получал данные, тогда я могу повернуть лампу. Теперь данные идут в этом направлении, а не туда. Сейчас мы фактически можем видеть куда направляются данные.
Для меня применение этого, на мой взгляд, за пределами воображения в данный момент. У нас сейчас век разработчиков очень хороших и умных приложений. И вам только нужно заметить, что там, где есть свет, есть и потенциальный способ передавать информацию. Но я могу дать вам несколько примеров. Вы можете увидеть влияние уже сейчас. Это подводный дистанционно управляемый аппарат. И они используют лампы, чтобы освещать пространство. А этот свет может быть использован для беспроводной передачи данных, что обычно эти аппараты и делают, чтобы общаться друг с другом.
На искробезопасных производствах как на этом нефтехимическом заводе -- вы не можете использовать радиочастоты -- они могут создать искры в антеннах, но можно использовать свет -- вы видите здесь много света. В больницах для новых медицинских инструментов; на улицах для регулировки транспорта. У машин есть светодиодные фары, светодиодные фонари, машины могут общаться друг с другом и предотвращать аварии с помощью обмена информацией. Светофоры могут соединяться с автомобилями и так далее. А еще есть миллионы уличных фонарей, установленных по всему миру. И каждая лампа может быть бесплатной точкой доступа. Мы называем это Li-Fi: light-fidelity (по аналогии с Wi-Fi). И есть также салоны самолетов. В салонах самолетов есть сотни ламп, каждая из которых могла бы быть потенциальным передатчиком данных. Так что вы можете наслаждаться своим любимым TED видео, во время долгого перелета домой. Жизнь online. Я думаю с этой точки зрения это возможно.
Так что все, что нам нужно сделать -- это установить небольшой микрочип в каждое устройство освещения. И тогда оно может комбинировать две базовые функции: освещение и беспроводная передача данных. И этот симбиоз, в который я лично верю, мог бы решить четыре основные проблемы, которые стоят перед беспроводными коммуникациями в наши дни. А в будущем, вы бы имели не только 14 миллиардов ламп, а возможно и 14 миллиардов точек Li-Fi по всему миру -- для чистого, зеленого и даже яркого будущего.
