소식

May 01, 2023

연구원들은 무선 데이터 전송을 위해 햇빛을 편광시킬 수 있는 스마트 유리창을 고안했습니다.

FangXiaNuo/iStock 구독하면 이용약관 및 정책에 동의하게 됩니다.

FangXiaNuo/iStock

구독함으로써 귀하는 언제든지 구독을 취소할 수 있는 이용 약관 및 정책에 동의하게 됩니다.

KAUST(King Abdullah Sciences and Technology)의 컴퓨터 과학 부교수인 Basem Shihada는 인공 광원으로 데이터 인코딩을 탐색하다가 햇빛에서도 같은 작업이 수행될 수 있는지 궁금해했습니다.

"저는 단순히 휴대폰 카메라를 사용하여 인코딩된 빛 스트림의 비디오를 녹화하고 비디오를 디코딩하여 데이터를 검색하려고 했습니다. 그때 햇빛에도 동일한 작업을 수행하면 어떨까 하는 생각이 들었습니다." 시하다 씨는 성명을 통해 이렇게 말했다. "이것은 훨씬 쉬울 것이고 휴대폰 카메라로도 할 수 있습니다. 그래서 우리는 정보 전달자로서 햇빛을 탐구하기 시작했습니다."

그의 연구에 따르면, "상당량의 주변광은 아직 활용되지 않은 채로 남아 있으며 주로 조명 목적으로 사용됩니다. 이러한 빛은 무선 통신을 위한 보완적인 솔루션을 제공하는 데이터 전송을 위해 변조될 수 있습니다."

창문을 통해 흐르는 햇빛은 전자 장치로의 무선 데이터 전송에 쉽게 활용될 수 있습니다.

Shihada와 그의 KAUST 연구원 팀은 즉시 작업에 착수하여 통과하는 햇빛을 조절할 수 있는 스마트 유리 시스템(전환 가능 유리)을 설계했습니다. 시스템은 방에 있는 장치에서 감지하고 디코딩할 수 있는 빛으로 데이터를 인코딩합니다.

이 시스템은 혁신적일 뿐만 아니라 기존 Wi-Fi나 셀룰러 데이터 전송에 비해 더욱 친환경적인 통신 모드를 제공합니다.

해당 연구는 IEEE 포토닉스 저널(IEEE Photonics Journal)에 게재되었습니다.

IEEE 포토닉스 저널(2022)

고안된 시스템은 유리 표면에 내장할 수 있는 광 변조기와 실내 수신기의 두 부분으로 구성됩니다.

Shihada 연구실의 연구 과학자인 Osama Amin은 "모듈레이터는 듀얼 셀 액정 셔터(DLS)로 알려진 우리가 제안한 스마트 유리 요소의 배열입니다."라고 말했습니다. 액체 셔터 어레이는 작동하는 데 1와트의 전력만 필요하며, 그 기능은 빛이 통과할 때 신호를 인코딩하여 필터처럼 작동하는 것입니다. 전력은 작은 태양전지판을 이용해 공급된다.

Shihada 팀의 학생인 Sahar Ammar는 데이터가 일반적으로 빛의 강도를 변경하여 인코딩된다고 설명했습니다. "그러나 이러한 강도 변화의 빈도가 너무 낮으면 인간의 눈으로 감지되어 불편한 깜박임 효과를 일으킬 수 있습니다."라고 그녀는 말했습니다.

따라서 DLS는 편광을 조작할 수 있도록 설계되었습니다. Ammar는 “빛의 편광 변화는 눈으로 감지할 수 없으므로 깜박임 문제가 해결됩니다.”라고 말했습니다. "통신 시스템은 변조기 측에서 들어오는 햇빛의 편광을 변경하여 작동합니다. 수신기는 이러한 변화를 감지하여 전송된 데이터를 디코딩할 수 있습니다."

팀에 따르면 설계된 설정은 초당 16킬로비트의 속도로 데이터를 전송할 수 있습니다. Shihada는 "우리는 현재 테스트베드 프로토타입 구현에 필요한 하드웨어를 주문하고 있습니다. 데이터 속도를 킬로비트에서 초당 메가비트, 기가비트로 늘리고 싶습니다"라고 덧붙였습니다.

연구 요약:

태양 에너지는 발전, 난방 시스템, 실내 환경 주간 조명 등에 널리 사용됩니다. 실제로, 많은 양의 햇빛 에너지가 여전히 불충분하게 사용됩니다. 이 연구에서 우리는 무선 통신을 위한 친환경 옵션으로 데이터 전송에 햇빛 에너지를 사용하는 것을 목표로 합니다. 통제할 수 없는 광원에서 방출되는 햇빛을 길들이는 것은 입사광을 조작하기 위한 적절한 기술이 필요한 어려운 작업입니다. 액정 장치는 이러한 응용 분야에 적합한 응답 시간과 대비 특성을 갖춘 전환 가능한 유리 기술입니다. 이와 관련하여 우리는 반대 방식으로 작동하는 두 개의 액정 셀을 쌓아 새로운 듀얼 셀 액정 셔터(DLS)를 설계하고 DLS 배열로 태양광 변조기를 구축합니다. 그런 다음 시분할 다중화 및 편파 기반 변조를 채택하여 데이터 속도를 높이고 깜박임 효과를 제거합니다. 또한 시스템의 수학적 모델링을 제공하고 통신 및 에너지 소비 측면에서 성능을 연구합니다. 마지막으로, 여러 매개변수가 시스템 성능에 미치는 영향을 조사하고 이를 최신 시스템과 비교하기 위해 몇 가지 수치 결과를 소개합니다. 이를 통해 우리 시스템은 더 높은 데이터 속도와 확장된 링크 범위를 특징으로 합니다.