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May 01, 2023

I ricercatori ideano finestre di vetro intelligenti in grado di polarizzare la luce solare per la trasmissione dati wireless

FangXiaNuo/iStock By subscribing, you agree to our Terms of Use and Policies

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Basem Shihada, professore associato di informatica presso la King Abdullah University of Sciences and Technology (KAUST), stava esplorando la codifica dei dati in una fonte di luce artificiale quando si chiedeva se lo stesso potesse essere fatto con la luce del sole.

"Speravo semplicemente di utilizzare la fotocamera di un cellulare per registrare un video del flusso di luce codificato per provare a decodificare il video e recuperare i dati; è stato allora che ho pensato, perché non fare lo stesso con la luce del sole?" Ha detto Shihada in una nota. "Sarebbe molto più semplice e potrebbe essere fatto anche con la fotocamera del cellulare. Così abbiamo iniziato a esplorare la luce solare come vettore di informazioni."

Secondo il suo studio, "considerevoli quantità di luce ambientale rimangono inutilizzate e vengono utilizzate principalmente per scopi di illuminazione. Tale luce può essere modulata per trasmettere dati offrendo una soluzione complementare per la comunicazione wireless".

La luce del sole che scorre attraverso una finestra potrebbe essere facilmente sfruttata per la trasmissione wireless di dati a dispositivi elettronici.

Shihada e il suo team di ricercatori KAUST si sono subito messi al lavoro e hanno progettato un sistema di vetro intelligente (vetro commutabile) in grado di regolare la luce solare che lo attraversa. Il sistema codificherebbe i dati nella luce che possono essere rilevati e decodificati dai dispositivi presenti nella stanza.

Non solo il sistema è innovativo, ma offre anche una modalità di comunicazione più ecologica rispetto al Wi-Fi convenzionale o alla trasmissione dati cellulare.

La ricerca è stata pubblicata sull'IEEE Photonics Journal.

Giornale di fotonica IEEE (2022)

Il sistema ideato è composto da due parti: un modulatore di luce che può essere incorporato in una superficie di vetro e un ricevitore nella stanza.

"Il modulatore è una serie di elementi in vetro intelligenti da noi proposti, noti come otturatori a cristalli liquidi a doppia cella (DLS)", ha affermato Osama Amin, uno scienziato ricercatore nei laboratori di Shihada. L'array di otturatore liquido richiederebbe solo un Watt di potenza per funzionare, la sua funzione è quella di codificare i segnali nella luce mentre passa, agendo come un filtro. L'elettricità verrebbe fornita tramite un piccolo pannello solare.

Sahar Ammar, uno studente del team di Shihada, ha spiegato che i dati vengono solitamente codificati variando l'intensità della luce. "Ma se la frequenza di questi cambiamenti di intensità è troppo bassa, può essere rilevata dall'occhio umano e causare uno spiacevole effetto di sfarfallio", ha detto.

Pertanto, il DLS è progettato in modo tale da poter manipolare la polarizzazione. "Il cambiamento nella polarizzazione della luce è impercettibile all'occhio, eliminando il problema dello sfarfallio", ha detto Ammar. "Il sistema di comunicazione funziona modificando la polarizzazione della luce solare in entrata sul lato del modulatore. Il ricevitore può rilevare questo cambiamento per decodificare i dati trasmessi."

Secondo il team, la configurazione progettata può trasmettere dati a 16 kilobit al secondo. "Stiamo ora ordinando l'hardware necessario per l'implementazione di un prototipo di banco di prova. Vorremmo aumentare la velocità dei dati da kilobit a mega e gigabit al secondo", ha aggiunto Shihada.

Estratto dello studio:

L’energia solare è ampiamente utilizzata per la generazione di elettricità, i sistemi di riscaldamento e l’illuminazione diurna degli ambienti interni. In effetti, grandi quantità di energia solare rimangono insufficientemente utilizzate. In questo lavoro miriamo a utilizzare l’energia solare per la trasmissione dei dati come opzione ecologica per le comunicazioni wireless. Essendo emessa da una fonte incontrollabile, domare la luce solare è un compito impegnativo che richiede tecnologie adeguate per manipolare la luce incidente. I dispositivi a cristalli liquidi sono tecnologie di vetro commutabili che hanno tempi di risposta e caratteristiche di contrasto adeguati per tale applicazione. A questo proposito, progettiamo un nuovo otturatore a cristalli liquidi (DLS) a doppia cella impilando due celle a cristalli liquidi che funzionano in modi opposti e costruiamo il nostro modulatore della luce solare con una serie di DLS. Quindi, adottiamo il multiplexing a divisione di tempo e la modulazione basata sulla polarizzazione per aumentare la velocità dei dati ed eliminare l'effetto di sfarfallio. Inoltre, forniamo la modellizzazione matematica del sistema e ne studiamo le prestazioni in termini di comunicazione e consumo energetico. Infine, introduciamo alcuni risultati numerici per esaminare l'impatto di più parametri sulle prestazioni del sistema e confrontarlo con lo stato dell'arte, che ha dimostrato che il nostro sistema presenta velocità di dati più elevate e intervalli di collegamenti estesi.