Wireless data from every light bulb | Harald Haas

Tradutor: Carla Berjano Revisora: Miguel Cabral de Pinho

Do you know

Por acaso sabem que temos 1,4 milhões de antenas de telemóveis

that we have 1.4 million cellular radio masts

deployed worldwide?

And these are base stations.

instaladas pelo mundo fora?

And we also have

E estas são apenas as estações de base.

more than five billion

Também temos mais de cinco mil milhões

of these devices here.

destes dispositivos aqui.

These are cellular mobile phones.

São os telemóveis.

And with these mobile phones,

Com estes telemóveis,

we transmit more than 600 terabytes of data

transmitimos mais de 600 terabytes de dados, todos os meses.

every month.

This is a 6 with 14 zeroes --

Trata-se de um 6 com 14 zeros — um número muito grande.

a very large number.

And wireless communications

As comunicações sem fios

has become a utility

tornaram-se num bem indispensável, como a eletricidade e a água.

like electricity and water.

We use it everyday. We use it in our everyday lives now --

Usamo-las todos os dias, no nosso quotidiano,

in our private lives, in our business lives.

na nossa vida pessoal, na nossa vida profissional.

And we even have to be asked sometimes, very kindly,

E, por vezes, têm de nos pedir, amavelmente,

to switch off the mobile phone at events like this

que desliguemos o telemóvel em eventos como este

for good reasons.

por boas razões.

And it's this importance

Foi por esta importância

why I decided to look into the issues

que decidi olhar para os problemas existentes nesta tecnologia,

that this technology has,

because it's so fundamental to our lives.

porque são fundamentais na nossa vida.

And one of the issues is capacity.

Um desses problemas é a capacidade.

The way we transmit wireless data is by using electromagnetic waves --

Transmitimos dados sem fios usando ondas eletromagnéticas,

in particular, radio waves.

em particular, ondas de rádio.

And radio waves are limited.

As ondas de rádio são limitadas.

They are scarce; they are expensive;

São escassas, são caras,

and we only have a certain range of it.

e só temos uma certa gama delas.

And it's this limitation

É esta limitação que não satisfaz

that doesn't cope

with the demand of wireless data transmissions

a procura de transmissões de dados sem fios

and the number of bytes and data which are transmitted every month.

e o número de bytes e dados que são transmitidos todos os meses.

And we are simply running out of spectrum.

Estamos a ficar sem espetro.

There's another problem.

Há outro problema.

That is efficiency.

Trata-se da eficácia.

These 1.4 million cellular radio masts, or base stations,

Os 1,4 milhões de antenas de telemóveis, ou estações de base,

consume a lot of energy.

consomem muita energia.

And mind you, most of the energy

A maior parte da energia

is not used to transmit the radio waves,

não é usada para transmitir ondas de rádio,

it is used to cool the base stations.

é usada para arrefecer as estações de base.

Then the efficiency of such a base station

Então, a eficácia de uma estação de base

is only at about five percent.

é apenas de cerca de 5%.

And that creates a big problem.

Isto cria um grande problema.

Then there's another issue that you're all aware of.

Ainda há outro problema que todos conhecemos.

You have to switch off your mobile phone

Temos de desligar os telemóveis durante os voos.

during flights.

In hospitals, they are security issues.

Nos hospitais, trata-se de questões de segurança.

And security is another issue.

A segurança é outro problema.

These radio waves penetrate through walls.

Estas ondas de rádio penetram pelas paredes.

They can be intercepted,

Podem ser intercetadas,

and somebody can make use of your network

e alguém pode usar a nossa rede,

if he has bad intentions.

se tiver más intenções.

So these are the main four issues.

Estes são os quatro problemas principais.

But on the other hand,

Mas, por outro lado, temos 14 mil milhões destas:

we have 14 billion of these:

light bulbs, light.

lâmpadas, luz.

And light is part of the electromagnetic spectrum.

A luz faz parte do espetro eletromagnético.

So let's look at this in the context

Por isso vamos ver isto no contexto de todo o espetro eletromagnético,

of the entire electromagnetic spectrum, where we have gamma rays.

onde temos os raios gama.

You don't want to get close to gamma rays, it could be dangerous.

Não podemos aproximar-nos dos raios gama, é perigoso.

X-rays, useful when you go to hospitals.

Os raios-X são úteis quando vamos ao hospital.

Then there's ultraviolet light.

Depois há a luz ultra violeta.

it's good for a nice suntan,

é boa para um bronzeado agradável,

but otherwise dangerous for the human body.

mas perigosa para o corpo humano.

Infrared --

Os Infravermelhos

due to eye safety regulations,

devido aos regulamentos de segurança ocular,

can be only used with low power.

só podem ser usados numa potência baixa.

And then we have the radio waves, they have the issues I've just mentioned.

Depois temos as ondas de rádio, com os problemas que já referi.

And in the middle there, we have this visible light spectrum.

E ali no meio, temos este espetro de luz visível.

It's light,

É a luz.

and light has been around for many millions of years.

A luz já cá anda há muitos milhões de anos.

And in fact, it has created us,

Foi ela que nos criou,

has created life,

criou a vida,

has created all the stuff of life.

criou todas as coisas da vida.

So it's inherently safe to use.

Por isso é inerentemente segura de usar.

And wouldn't it be great to use that for wireless communications?

Não seria fantástico usar isto para comunicações sem fios?

Not only that, I compared [it to] the entire spectrum.

Não só isso, comparei-a a todo o espetro.

I compared the radio waves spectrum --

Comparei o espetro das ondas de rádio

the size of it --

— o seu tamanho —

with the size of the visible light spectrum.

com o tamanho do espetro de luz visível.

And guess what?

Sabem que mais?

We have 10,000 times more of that spectrum,

Temos 10 000 vezes mais desse espetro,

which is there for us to use.

que está disponível para usarmos.

So not only do we have this huge amount of spectrum,

Por isso, não só temos esta enorme quantidade de espetro,

let's compare that with a number I've just mentioned.

vamos comparar com um número que acabei de mencionar.

We have 1.4 million

Temos 1,4 milhões de estações de base

expensively deployed,

de células de rádio ineficazes,

inefficient radio cellular base stations.

implantadas de forma dispendiosa.

And multiply that by 10,000,

Se multiplicarmos isso por 10 000,

then you end up at 14 billion.

chegamos aos 14 mil milhões.

14 billion is the number of light bulbs installed already.

14 mil milhões é o número de lâmpadas já instaladas.

So we have the infrastructure there.

Por isso temos aqui a infraestrutura.

Look at the ceiling, you see all these light bulbs.

Olham para o teto, há todas estas lâmpadas.

Go to the main floor, you see these light bulbs.

Vamos ao piso principal, vemos estas lâmpadas.

Can we use them for communications?

Podemos usá-las para comunicações?

Yes.

Podemos.

What do we need to do?

O que precisamos de fazer?

The one thing we need to do

A única coisa que temos de fazer

is we have to replace these inefficient incandescent light bulbs,

é substituir as lâmpadas incandescentes ineficazes,

florescent lights,

as luzes fluorescentes ,

with this new technology of LED,

por esta nova tecnologia de LED,

LED light bulbs.

lâmpadas LED.

An LED is a semiconductor. It's an electronic device.

Um LED é um semicondutor. É um dispositivo eletrónico.

And it has a very nice acute property.

Tem uma propriedade muito pertinente.

Its intensity can be modulated

A sua intensidade pode ser modulada a velocidades muito altas,

at very high speeds,

and it can be switched off at very high speeds.

e podem ser desligadas a velocidades muito altas.

And this is a fundamental basic property

Esta é uma propriedade básica fundamental

that we exploit

que explorámos com a nossa tecnologia.

with our technology.

So let's show how we do that.

Por isso, vou mostrar como o fazemos.

Let's go to the closest neighbor to the visible light spectrum --

Vamos ao vizinho mais próximo do espetro de luz visível

go to remote controls.

os telecomandos.

You all know remote controls have an infrared LED --

Sabemos que os telecomandos têm um LED de infravermelhos.

basically you switch on the LED, and if it's off, you switch it off.

Ligamos o LED, e se estiver desligado, desligamo-lo.

And it creates a simple, low-speed data stream

Isto cria um fluxo de dados simples e de baixa velocidade

in 10,000 bits per second,

em 10 mil bits por segundo, 20 mil bits por segundo.

20,000 bits per second.

Not usable for a YouTube video.

Não é utilizável para um vídeo do YouTube.

What we have done

Desenvolvemos uma tecnologia

is we have developed a technology

with which we can furthermore

com a qual podemos, mais tarde,

replace the remote control of our light bulb.

substituir o telecomando da nossa lâmpada.

We transmit with our technology,

Transmitimos, com a nossa tecnologia,

not only a single data stream,

não só um fluxo de dados único,

we transmit thousands of data streams

transmitimos milhares de fluxos de dados, em paralelo,

in parallel,

at even higher speeds.

em velocidades ainda mais altas.

And the technology we have developed --

A tecnologia que desenvolvemos

it's called SIM OFDM.

chama-se SIM OFDM.

And it's spacial modulation --

É uma modulação especial

these are the only technical terms, I'm not going into details --

— não vou entrar em mais pormenores técnicos —

but this is how we enabled

mas é assim que permitimos

that light source

que uma fonte de luz transmita dados.

to transmit data.

You will say, "Okay, this is nice --

Vão dizer: "Ok, isso é giro.

a slide created in 10 minutes."

"Um diapositivo criado em 10 minutos."

But not only that.

Mas não se trata só disso.

What we've done

Também desenvolvemos um demonstrador.

is we have also developed a demonstrator.

And I'm showing for the first time in public

Vou mostrar, pela primeira vez em público,

this visible light demonstrator.

este demonstrador de luz visível.

And what we have here

O que temos aqui

is no ordinary desk lamp.

não é um candeeiro de secretária comum.

We fit in an LED light bulb,

Pusemos-lhe uma lâmpada LED,

worth three U.S. dollars,

que custa três dólares americanos,

put in our signal processing technology.

colocámos a nossa tecnologia de processamento de sinal.

And then what we have here is a little hole.

Temos aqui um pequeno buraco

And the light goes through that hole.

e a luz passa por esse buraco.

There's a receiver.

Aqui temos um recetor.

The receiver will convert these little, subtle changes in the amplitude

O recetor vai converter estas mudanças pequenas e subtis de amplitude,

that we create there

que criamos aqui

into an electrical signal.

num sinal elétrico.

And that signal is then converted back

Depois, esse sinal elétrico é convertido de novo

to a high-speed data stream.

para um fluxo de dados de alta velocidade.

In the future we hope

No futuro, esperamos poder integrar este pequeno buraco

that we can integrate this little hole

into these smart phones.

nestes smartphones.

And not only integrate a photo detector here,

E não apenas integrar um detetor de fotos aqui,

but maybe use the camera inside.

mas talvez usar a câmara integrada.

So what happens

Então o que acontecerá quando eu acender esta luz?

when I switch on that light?

As you would expect,

Como seria de esperar,

it's a light, a desk lamp.

é uma luz, um candeeiro de secretária.

Put your book beneath it and you can read.

Ponham o vosso livro por baixo e poderão ler.

It's illuminating the space.

Está a iluminar o espaço.

But at the same time, you see this video coming up here.

Mas, ao mesmo tempo, vemos aparecer este vídeo.

And that's a video, a high-definition video

É um vídeo de alta definição

that is transmitted through that light beam.

que é transmitido através daquele feixe de luz.

You're critical.

Estão céticos?

You think, "Ha, ha, ha.

Estão a pensar: "Ah, ah, ah.

This is a smart academic doing a little bit of tricks here."

"É um académico esperto a fazer aqui uns truques."

But let me do this.

Mas deixem-me fazer isto.

(Applause)

(Aplausos)

Once again.

Outra vez.

Still don't believe?

Ainda não acreditam?

It is this light

É esta luz que transmite este vídeo de alta definição

that transmits this high-definition video in a split stream.

num fluxo dividido.

And if you look at the light,

Se olharem para a luz,

it is illuminating as you would expect.

está a iluminar, tal como se espera.

You don't notice with your human eye.

Não é percetível ao olho humano.

You don't notice the subtle changes in the amplitude

Não conseguimos reparar nas alterações subtis na amplitude

that we impress onto this light bulb.

que implantámos nesta lâmpada.

It's serving the purpose of illumination,

Está a servir o propósito da iluminação,

but at the same time, we are able to transmit this data.

mas, ao mesmo tempo, podemos transmitir estes dados.

And you see,

Como podem ver,

even light from the ceiling comes down here to the receiver.

a luz que vem do teto vem até aqui ao recetor

It can ignore that constant light,

que ignora essa luz constante,

because all the receiver's interested in

porque só está interessado nas alterações subtis.

are subtle changes.

You also have a critical question now, and

De vez em quando, também aparece uma pergunta importante:

you say, "Okay,

"Ok, preciso de ter a luz sempre ligada para ter isto a funcionar?

do I have to have the light on all the time

to have this working?"

And the answer is yes.

A resposta é sim.

But, you can dim down the light

Mas podemos reduzir a luz

to a level that it appears to be off.

a um nível que aparenta estar desligada.

And you are still able to transmit data -- that's possible.

Mesmo assim, é possível transmitir dados.

So I've mentioned to you the four challenges.

Eu falei-vos de quatro problemas.

Capacity:

Capacidade:

We have 10,000 times more spectrum,

Temos 10 mil vezes mais espetro,

10,000 times more LEDs

dez mil vezes mais LEDs já instalados na infraestrutura.

installed already in the infrastructure there.

You would agree with me, hopefully,

Espero que concordam comigo

there's no issue of capacity anymore.

que já não há um problema de capacidade.

Efficiency:

Eficácia.

This is data through illumination --

Trata-se de dados através da iluminação.

it's first of all an illumination device.

Em primeiro lugar, é um dispositivo de iluminação.

And if you do the energy budget,

Se fizermos o orçamento energético,

the data transmission comes for free --

a transmissão de dados vem sem custos

highly energy efficient.

— uma alta eficácia energética.

I don't mention the high energy efficiency

Não mencionei a alta eficácia energética destas lâmpadas LED.

of these LED light bulbs.

If the whole world would deploy them,

Se toda a gente as implementasse,

you would save hundreds of power plants.

podíamos poupar centenas de centrais elétricas.

That's aside.

Questão resolvida.

And then I've mentioned the availability.

Depois mencionei a disponibilidade.

You will agree with me that we have lights in the hospital.

Concordarão comigo de que há luzes no hospital.

You need to see what to do.

Precisam de ver o que estão a fazer.

You have lights in an aircraft.

Temos luzes num avião.

So it's everywhere in a day there is light.

Portanto, a luz está em todo o lado.

Look around. Everywhere. Look at your smart phone.

Olhem à volta. Para todos os lados. Olhem para o vosso smartphone.

It has a flashlight, an LED flashlight.

Tem uma lanterna, uma lanterna LED.

These are potential sources for high-speed data transmission.

São potenciais fontes de transmissão de dados de alta velocidade.

And then there's security.

Depois, temos a segurança.

You would agree with me

Concordarão comigo que a luz não atravessa paredes.

that light doesn't penetrate through walls.

So no one, if I have a light here,

Por isso, se eu tivesse uma luz aqui,

if I have secure data,

se tivesse dados seguros,

no one on the other side of this room through that wall

ninguém do outro lado da parede da sala

would be able to read that data.

conseguiria ler esses dados.

And there's only data where there is light.

E só há dados onde há luz.

So if I don't want that receiver to receive the data,

Por isso, se eu não quiser que o recetor receba os dados,

then what I could do,

o que posso fazer

turn it away.

é mudá-lo de direção.

So the data goes in that direction, not there anymore.

Os dados seguem naquela direção, e desaparecem.

Now we can in fact see where the data is going to.

Podemos ver para onde vão os dados.

So for me,

Portanto, para mim,

the applications of it,

as aplicações disto vão para além da imaginação, neste momento.

to me, are beyond imagination at the moment.

We have had a century of very nice, smart application developers.

Tivemos um século de criadores de aplicações inteligentes e agradáveis.

And you only have to notice, where we have light,

Só precisam de ver que, onde tivermos luz,

there is a potential way to transmit data.

há uma forma potencial de transmitir dados.

But I can give you a few examples.

Mas posso dar-vos alguns exemplos.

Well you may see the impact already now.

Já poderão ver o impacto.

This is a remote operated vehicle

Isto é um veículo comandado à distância,

beneath the ocean.

sob os oceanos.

And they use light to illuminate space down there.

Usam luz para iluminar o espaço lá em baixo.

And this light can be used to transmit wireless data

Esta luz pode ser usada para transmitir dados sem fios

that these things [use] to communicate with each other.

que estas coisas usam para comunicar entre si.

Intrinsically safe environments

Ambientes intrinsecamente seguros,

like this petrochemical plant --

como esta central petroquímica,

you can't use RF, it may generate antenna sparks,

não podem usar frequências de rádio, que podem gerar faíscas na antena,

but you can use light -- you see plenty of light there.

mas podem usar luz — vemos ali muita luz.

In hospitals,

Nos hospitais,

for new medical instruments;

para novos instrumentos médicos;

in streets for traffic control.

nas ruas para controlo de trânsito.

Cars have LED-based headlights, LED-based back lights,

Os carros têm faróis e luzes traseiras com base em LEDs

and cars can communicate with each other

e os carros podem comunicar entre si

and prevent accidents

e evitar acidentes

in the way that they exchange information.

na medida em que trocam informações.

Traffic lights can communicate to the car and so on.

Os semáforos podem comunicar com o carro, etc.

And then you have these millions of street lamps

Também temos milhões de candeeiros de rua

deployed around the world.

espalhados pelo mundo inteiro.

And every street lamp could be a free access point.

Cada candeeiro de rua pode ser um ponto de acesso grátis.

We call it, in fact, a Li-Fi,

Chamamos a isto um Li-Fi,

light-fidelity.

fidelidade de luz.

And then we have these aircraft cabins.

Depois temos as cabinas dos aviões.

There are hundreds of lights in an aircraft cabin,

Há centenas de luzes na cabina de um avião,

and each of these lights

e cada uma dessas luzes

could be a potential transmitter of wireless data.

pode ser um potencial transmissor de dados sem fios.

So you could enjoy your most favorite TED video

Por isso poderão desfrutar os vossos vídeos favoritos das TED

on your long flight back home.

nos vossos longos voos de volta a casa.

Online life. So that is a vision, I think, that is possible.

A vida online. Acredito que seja uma visão que é possível.

So, all we would need to do

Portanto, tudo o que precisaríamos de fazer

is to fit a small microchip

é encaixar um pequeno microprocessador

to every potential illumination device.

em todos os potenciais dispositivos de iluminação.

And this would then combine

Isto combinaria duas funcionalidades básicas:

two basic functionalities:

illumination and wireless data transmission.

iluminação e transmissão de dados sem fios.

And it's this symbiosis that I personally believe

E é esta simbiose que, acredito pessoalmente,

could solve the four essential problems

poderia resolver os quatro problemas essenciais

that face us in wireless communication these days.

que enfrentamos na comunicação sem fios nos dias de hoje.

And in the future,

E, no futuro,

you would not only have 14 billion light bulbs,

poderemos não ter apenas 14 mil milhões de lâmpadas,

you may have 14 billion Li-Fis

poderemos ter 14 mil milhões de Li-Fis espalhadas pelo mundo

deployed worldwide --

for a cleaner, a greener,

para um futuro mais limpo, mais verde e mais brilhante.

and even a brighter future.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)