El profesor del Departamento de Ingeniería Industrial de la Universidad de La Laguna Oswaldo B. González Hernández coordina un proyecto que acaba de obtener financiación del Ministerio de Economía y Competitividad y que se desarrollará a lo largo de los próximos tres años, incluyendo el 2018 ya en curso. Su objetivo general es desarrollar soluciones tecnológicas que faciliten y mejoren las posibilidades de que las lámparas LED (Light Emitting Diode) actuales, además de cumplir su función primaria de iluminación, sirvan también para trasmitir datos mediante el sistema conocido como VLC (Visible Light Communication) y, de ese modo, ofrecer, si no una alternativa, al menos un complemento a las señales emitidas por radio, lo que popularmente se conoce como wifi.
Se trata de un proyecto de investigación coordinado, en el que se estudiarán las posibilidades de esta tecnología aplicada a la denominada “ciudad inteligente” (smart-city), entendida esta como un entorno en el cual el mobiliario urbano, las luminarias, los vehículos, los electrodomésticos y otros aparatos envíen información que facilite una mejor desenvoltura y movilidad de la ciudadanía e, incluso, una mejora de su seguridad.
La condición de proyecto coordinado obedece a que participan en él varias universidades que han solicitado proyectos por separado pero que comparten un objetivo común. Así, el de la Universidad de La Laguna se centra, concretamente, en sistemas VLC en interiores, mientras que las otras entidades asociadas, la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC) y la Politécnica de Madrid lo hacen en los entornos urbanos, donde también está prevista la participación de personal investigador de la Universidad Politécnica de Valencia.
Cada proyecto tiene su propio coordinador, que en el caso de la Universidad de La Laguna es el profesor González, y, a su vez, el coordinador general de todos los proyectos es el catedrático de la ULPGC Rafael Pérez Jiménez.
El grupo de la Universidad de La Laguna ha obtenido unos 65.000 euros de financiación para estos tres años, que corresponde a menos del 60% de lo solicitado y, por tanto, obligará a ajustar los costes. Esos fondos se utilizarán en personal especializado con alta formación en ingeniería, al que se quiere ofrecer un “contrato atractivo”, y también para la adquisición de algún equipamiento.
Comunicar con luz visible
La idea de utilizar radiación lumínica no es nueva, pero por ahora lo que más se había desarrollado era en el ámbito del espectro no visible, especialmente en el infrarrojo. El propio equipo de investigación en el que colabora Oswaldo González llevaba trabajando en ese campo desde la década de los 2000.
“Al principio la idea era utilizar luz como alternativa complementaria a la radiofrecuencia, que se utiliza para todo: la televisión, la wifi, los móviles, etc… Hay determinados entornos donde utilizar la radio es pernicioso, como pueden ser los hospitales. Y en algunas industrias las interferencias electromagnéticas pueden constituir un problema. La ventaja de la luz es que no es nociva y es transparente e independiente a otro tipo de emisiones electromagnéticas, porque trabajan en otras bandas”, explica González.
El infrarrojo tuvo su época de investigación, pero ya en esos mismos años 2000 apareció una nueva tecnología, la ya citada VLC, que se basaba en las luces LED, “que son más eficientes energéticamente, consumen muy poco y duran mucho más en el tiempo”.
Pero, en especial, hay una característica de las luces LED que la hacía especialmente interesante para su uso comunicativo: puede conmutar muy rápido. “El problema de una bombilla incandescente convencional, una halógena o un tubo fluorescente es que no se pueden apagar y encender continuamente. Sin embargo, las lámparas LED lo pueden hacer a tasas tan elevadas que no serían visibles para el ojo, literalmente millones de veces por segundo sin que los humanos lo perciban”.
La idea, pues, sería que al mismo tiempo que la lámpara ilumina la estancia, gracias a esta posibilidad de encender y apagar rápidamente se emitieran datos en código binario, que es el empleado por la comunicación digital y se basa, simplemente, en ceros y unos.
“Eso el usuario no lo va a percibir, pero un sensor óptico pude darse cuenta de que cada x tiempo, la luz se enciende y apaga y, así, transmite información, a tasas de megahercios o incluso gigahercios. En términos de datos, se habla no de hercios, sino de bits por segundo”. Esta idea partió de Masao Nakagawa, investigador de la Universidad de Keio (Tokio), y pronto se fue extendiendo hasta que ya hay grupos investigándola en todo el mundo, con los más potentes, junto con los de Japón, localizados en Europa y en el área de Boston en Estados Unidos.
El investigador de la Universidad de La Laguna explica que, en ese momento, vieron que era necesario reorientar su línea de trabajo, abandonando el infrarrojo para pasar al VLC. “Cuando vimos la oportunidad, fue un pequeño salto. Al fin y al cabo, es transmitir luz, es lo mismo. La única diferencia es que en un caso trasmites infrarrojos y en otro, luz visible”.
Además, el trabajo previo realizado sobre enlaces infrarrojos no se perdió, porque en esos primeros años el grupo se había centrado en el desarrollo de herramientas para estudiar el canal de comunicación. “Cuando transmites, durante el trayecto hasta el receptor, la señal se deforma y distorsiona. Por ejemplo, una transmisión que venga de un satélite atraviesa la atmósfera y sufrirá una serie de “penalizaciones” antes de llegar al receptor, por lo que es bueno saber qué es lo que va a ocurrir en ese tránsito porque, de esa manera, podemos mejorar el diseño del receptor”.
De ese modo, en esos primeros años los investigadores de la Universidad de La Laguna se centraron en desarrollar una herramienta que estudiara cómo las emisiones de luz desde un emisor óptico se iban alterando antes de llegar al receptor, lo cual permitía ver qué configuraciones se podrían plantear en el receptor para tratar de paliar los efectos negativos del canal.
Y esos estudios realizados inicialmente para emisiones infrarrojas eran directamente extrapolables a la luz visible, teniendo en cuenta algunos cambios referentes a la longitud de onda. “Toda la banda que va desde el espectro ultravioleta al infrarrojo, con todo lo que está en medio, ocupa unos 400 nanómetros de ancho. Eso es bastante a nivel de comunicación: en infrarrojos, tenías un led que emitía en un ancho de transmisión de banda muy estrecho. ¿Cuál es el problema de que el ancho de banda sea mayor? Pues que cada banda sufre en el canal de manera diferente, por lo que ya no es tan sencillo como cuando emites por un canal más estrecho. Tienes que analizar cada zona por separado para ver el conjunto”.
Ciudades y estancias comunicadas
Este tipo de investigación es reflejo del importante cambio que experimentarán en breve las ciudades, los hogares y los espacios públicos como centros comerciales. Mediante la tecnología VLC, todo aquello que porte luces LED será susceptible de emitir señales que podrían activar servicios de todo tipo.
“Imagina que vas con tu coche y el vehículo delantero, al frenar, avisa con su luz que está parando y hace que el tuyo inicie la maniobra de frenado antes incluso de que tú seas consciente de que debes pisar el pedal. O que los semáforos transmitan información sobre zonas donde aparcar o avisen de manera más eficaz a peatones invidentes. Toda la infraestructura de la ciudad puede ayudar a mejorar y optimizar su uso e, incluso, proteger a la ciudadanía. Eso sería una smart city”.
El proyecto del equipo de la Universidad de La Laguna se centrará en espacios interiores y, en ellos, una de las aplicaciones en las que se trabaja es en mejorar la conexión a internet. “El problema de la radio es que emite mucha radiación. Con la wifi en un hogar, la radiación llega a varias estancias. Eso no ocurre con la luz visible, lo cual lleva a una ventaja adicional: puedes crear zonas de comunicación independientes con tasas de datos por persona muy altas”.
González lo explica con un ejemplo muy ilustrativo. “Imagina que haces una fiesta en casa. Actualmente, tienes una antena wifi para toda la vivienda y que reparte la señal entre todos, de tal modo que, si hay muchos usuarios a la vez, se pierde calidad. Si en esa misma fiesta utilizaras las luces como emisores, cada una estaría en una zona distinta y podrías repartir la señal mucho mejor”.
Obviamente, esta tecnología no está libre de limitaciones. Una es que las señales pueden solaparse. “Cuando tienes las lámparas en casa, la iluminación es la prioridad y buscas que esa radiación electromagnética visible abarque lo máximo. Eso lleva a que, si tienes diferentes lámparas en una estancia, sus radiaciones se solapen. Y eso es un problema porque, en lo que la comunicación se refiere, habrá zonas donde dos comunicaciones se interferirán entre sí. Hay que buscar mecanismos desde el punto de vista del receptor”.
Por ello, el grupo está trabajando en estructuras de receptor que permitan separar la información cuando se den esos solapamientos, y que se basarán principalmente en lentes ya que los trabajos teóricos previos indican que, de momento, esa es la solución que parece funcionar mejor.
Pero se trata de una tecnología especialmente útil para dar señal a puntos de conexión fijos, como pueden serlo una smart-tv, un frigorífico conectado a la red o el uso que se puede hacer de la tablet o el móvil mientras se está sentado en el salón de casa. “Ya tenemos las lámparas y parece buena idea poder utilizarlas también para comunicación. Más ahora, que llega la internet de las cosas y vamos a tener dispositivos por todos lados, incluso en la propia ropa, los llamados “wearables”. Y cuanta menos radiación electromagnética de radiofrecuencia emitamos, mejor”.
En todo caso, lo que se busca en la actualidad es aportar un complemento, no un sustituto, a la wifi, pues ésta todavía resulta imprescindible y, además, el uso de la luz visible tiene las limitaciones ya señaladas cuando se mueve el receptor. Pero se prevé que el crecimiento de la descarga de datos será mucho mayor en el futuro, cuando en los hogares sea habitual el uso de domótica o de robots domésticos que también necesitarán comunicación.
“Necesitamos alternativas a la radio porque está totalmente saturada: por eso requiere licencia, porque es necesario ubicar las señales en un punto concreto. Es algo que no pasaría con la luz visible, no requeriría licencia porque lo que ocurra en una habitación no tendría nada que ver con lo que sucediera en otra. Es una tecnología que, en teoría, es el futuro. Cada vez estamos llenando la casa de más aparatos que necesitan comunicación inalámbrica, y por eso hacen falta alternativas para cubrir esa demanda”.
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