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Jun 23, 2023

研究者は、ワイヤレスデータ伝送のために太陽光を偏光できるスマートガラス窓を考案

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キング・アブドラ科学技術大学 (KAUST) のコンピューターサイエンス准教授であるバセム・シハダ氏は、人工光源へのデータのエンコードを研究していたとき、太陽光でも同じことができるのではないかと考えました。

「携帯電話のカメラを使用して、エンコードされた光の流れのビデオを録画し、そのビデオをデコードしてデータを取得したいと単純に考えていました。そのとき、太陽光でも同じことをしてはどうだろうかと考えたのです。」 シハダ氏は声明でこう述べた。 「これははるかに簡単で、携帯電話のカメラでも行うことができます。そこで私たちは、情報媒体としての太陽光の研究を始めました。」

彼の研究によると、「かなりの量の周囲光が利用されておらず、主に照明目的に使用されている。そのような光は変調してデータを送信することができ、無線通信の補完的なソリューションを提供する」という。

窓から差し込む太陽光は、電子機器への無線データ送信に簡単に利用できます。

シハダ氏と彼のKAUST研究チームはすぐに作業に取り掛かり、通過する太陽光を制御できるスマートガラスシステム(切り替え可能ガラス)を設計した。 このシステムはデータを光にエンコードし、室内のデバイスで検出してデコードできるようにします。

このシステムは革新的なだけでなく、従来の Wi-Fi や携帯電話のデータ送信と比較して、より環境に優しい通信モードを提供します。

この研究はIEEE Photonics Journalに掲載されました。

IEEE フォトニクス ジャーナル (2022)

考案されたシステムは、ガラス表面に埋め込むことができる光変調器と室内受信機の 2 つの部分で構成されます。

「変調器は、デュアルセル液晶シャッター（DLS）として知られる、私たちが提案するスマートガラス素子の配列です」とシハダ研究室の研究員オサマ・アミン氏は語った。 液体シャッター アレイの動作にはわずか 1 ワットの電力が必要で、その機能は通過する光に信号をエンコードし、フィルターのように機能することです。 電力は小型のソーラーパネルを使用して供給されます。

シハダ氏のチームの学生であるサハル・アンマル氏は、データは通常、光の強度を変えることによってエンコードされると説明した。 「しかし、これらの強度変化の頻度が低すぎると、人間の目で検出され、不快なちらつき効果を引き起こす可能性があります」と彼女は言いました。

したがって、DLS は偏光を操作できるように設計されています。 「光の偏光の変化は目には知覚できないため、ちらつきの問題は解消されます」とアンマー氏は語った。 「通信システムは、変調器側で入射太陽光の偏光を変化させることで機能します。受信機はこの変化を検出して、送信されたデータをデコードできます。」

チームによると、設計されたセットアップでは 16 キロビット/秒でデータを送信できます。 「私たちは現在、テストベッドのプロトタイプの実装に必要なハードウェアを注文しています。データレートをキロビットからメガビット、ギガビット/秒に上げたいと考えています」とシハダ氏は付け加えた。

研究概要:

太陽エネルギーは、発電、暖房システム、室内環境の日中の照明に広く使用されています。 実際、大量の太陽光エネルギーは依然として不十分に利用されています。 この研究では、無線通信の環境に優しいオプションとして、データ伝送に太陽光エネルギーを利用することを目指しています。 制御できない光源から放射される太陽光を制御することは、入射光を操作する適切な技術を必要とする困難な作業です。 液晶デバイスは、このような用途に適した応答時間とコントラスト特性を備えた切り替え可能なガラス技術です。 この点に関して、私たちは、逆に動作する 2 つの液晶セルを積層することによって新しいデュアルセル液晶シャッター (DLS) を設計し、DLS のアレイを備えた太陽光変調器を構築しました。 次に、時分割多重化と偏波ベースの変調を採用して、データレートを向上させ、ちらつきの影響を排除します。 さらに、システムの数学的モデリングを提供し、通信とエネルギー消費の観点からそのパフォーマンスを研究します。 最後に、システムのパフォーマンスに対する複数のパラメータの影響を調査し、それを最先端のシステムと比較するためにいくつかの数値結果を紹介します。これにより、システムがより高いデータ レートと拡張されたリンク範囲を備えていることがわかりました。