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Jun 23, 2023

Des chercheurs conçoivent des fenêtres en verre intelligentes capables de polariser la lumière du soleil pour la transmission de données sans fil

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Basem Shihada, professeur agrégé d'informatique à l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST), avait exploré l'encodage des données dans une source de lumière artificielle lorsqu'il s'est demandé si la même chose pouvait être faite avec le soleil.

"J'espérais simplement utiliser une caméra de téléphone portable pour enregistrer une vidéo du flux lumineux codé pour essayer de décoder la vidéo pour récupérer les données ; c'est alors que j'ai pensé, pourquoi ne pas faire la même chose avec la lumière du soleil ?" Shihada a déclaré dans un communiqué. "Ce serait beaucoup plus facile et cela pourrait également être fait via l'appareil photo du téléphone portable. Nous avons donc commencé à explorer la lumière du soleil en tant que support d'informations."

Selon son étude, "des quantités considérables de lumière ambiante restent inexploitées et sont principalement utilisées à des fins d'éclairage. Cette lumière peut être modulée pour transmettre des données offrant une solution complémentaire pour la communication sans fil".

La diffusion du soleil à travers une fenêtre pourrait facilement être exploitée pour la transmission de données sans fil vers des appareils électroniques.

Shihada et son équipe de chercheurs de KAUST se sont immédiatement mis au travail et ont conçu un système de verre intelligent (verre commutable) capable de réguler la lumière solaire qui le traverse. Le système encoderait des données dans la lumière qui peuvent être détectées et décodées par des appareils dans la pièce.

Non seulement le système est innovant, mais il offre également un mode de communication plus écologique par rapport au Wi-Fi conventionnel ou à la transmission de données cellulaires.

La recherche a été publiée dans le IEEE Photonics Journal.

Journal photonique IEEE (2022)

Le système conçu comprend deux parties - un modulateur de lumière qui peut être intégré dans une surface en verre et un récepteur dans la pièce.

"Le modulateur est un ensemble d'éléments en verre intelligents que nous proposons, connus sous le nom d'obturateurs à cristaux liquides à double cellule (DLS)", a déclaré Osama Amin, chercheur dans les laboratoires de Shihada. Le réseau d'obturateurs liquides ne nécessiterait qu'un watt de puissance pour fonctionner, sa fonction étant d'encoder des signaux dans la lumière lors de son passage, agissant comme un filtre. L'électricité serait fournie à l'aide d'un petit panneau solaire.

Sahar Ammar, étudiante dans l'équipe de Shihada, a expliqué que les données sont généralement codées en faisant varier l'intensité lumineuse. "Mais si la fréquence de ces changements d'intensité est trop faible, elle peut être détectée par l'œil humain et provoquer un effet de scintillement inconfortable", a-t-elle déclaré.

Par conséquent, le DLS est conçu de manière à pouvoir manipuler la polarisation. "Le changement de polarisation de la lumière est imperceptible à l'œil, éliminant le problème de scintillement", a déclaré Ammar. "Le système de communication fonctionne en modifiant la polarisation de la lumière solaire entrante du côté du modulateur. Le récepteur peut détecter ce changement pour décoder les données transmises."

Selon l'équipe, la configuration conçue peut transmettre des données à 16 kilobits par seconde. "Nous commandons maintenant le matériel nécessaire pour la mise en œuvre d'un prototype de banc d'essai. Nous aimerions augmenter les débits de données de kilobits à méga- et gigabits par seconde", a ajouté Shihada.

Résumé de l'étude :

L'énergie solaire est largement utilisée pour la production d'électricité, les systèmes de chauffage et l'éclairage diurne de l'environnement intérieur. En effet, de grandes quantités d'énergie solaire restent insuffisamment utilisées. Dans ce travail, nous visons à utiliser l'énergie solaire pour la transmission de données comme une option verte pour les communications sans fil. Étant émis par une source incontrôlable, apprivoiser la lumière du soleil est une tâche difficile qui nécessite des technologies appropriées pour manipuler la lumière incidente. Les dispositifs à cristaux liquides sont des technologies de verre commutable qui ont un temps de réponse et des caractéristiques de contraste adéquats pour une telle application. À cet égard, nous concevons un nouvel obturateur à cristaux liquides (DLS) à double cellule en empilant deux cellules à cristaux liquides qui fonctionnent de manière opposée, et nous construisons notre modulateur de lumière solaire avec un réseau de DLS. Ensuite, nous adoptons le multiplexage temporel et la modulation basée sur la polarisation pour augmenter le débit de données et éliminer l'effet de scintillement. De plus, nous fournissons une modélisation mathématique du système et étudions ses performances en termes de communication et de consommation d'énergie. Enfin, nous introduisons quelques résultats numériques pour examiner l'impact de plusieurs paramètres sur les performances du système et les comparer avec l'état de l'art, qui a montré que notre système présente des débits de données plus élevés et des plages de liaison étendues.