A nova internet subaquática da Marinha dos EUA

Você usa Wi-Fi todos os dias, mas conhece o seu pequeno primo, o Li-Fi? Dispositivos que usam luzes piscantes para transmitir dados podem oferecer a internet wireless do futuro.

Pesquisadores financiados pela Marinha dos EUA estão desenvolvendo uma forma de comunicação baseada em luz visível que transmite dados usando LEDs piscantes em vez das conhecidas ondas de rádio Wi-Fi.

Uma pesquisa publicada na Nature Nanotechnology pode ajudar o Li-Fi a dar um passo adiante. Seus autores fabricaram um material artificial com resposta peculiar à luz que pode até aumentar as transmissões de dados por luz.

O Li-FI funciona como código Morse, com as piscadas do LED correspondendo aos zeros e uns da linguagem computacional. Uma luz LED transmite flashes de luz para um detector de luz vinculado a um dispositivo computacional, que traduz o sinal em dados digitais. As piscadas são tão rápidas que o olho humano não consegue detectá-las. Quanto mais rápido o LED pisque, mais rápida fica a transmissão de dados.

“Você pode começar com um LED bem barato e melhorar a velocidade em até 50 vezes”

O material manipulador de luz pode aumentar a frequência de piscadelas dos LEDs consideravelmente. Isso significaria uma enorme melhoria na velocidade de transmissão de dados dos LEDs modificados. “Você pode começar com um LED bem barato e melhorar a velocidade em até 50 vezes”, explica Zhaowei Liu, um engenheiro óptico na Universidade da Califórnia, San Diego, nos EUA, e autor do novo artigo. Também seria possível começar com um LED avançado e melhorar ainda mais o seu sinal da mesma forma.

O Li-Fi pode prosperar em alguns casos específicos. O estudo foi em parte financiado pela Marinha dos EUA. Ela está interessada em usar a tecnologia para melhorar a comunicação de submarinos, já que as ondas de rádio não viajam bem debaixo d’água, e os sistemas de comunicação acústica atuais são lentos. O Li-Fi poderia ser útil também em usinas petroquímicas ou aviões, onde o Wi-Fi causa interferência em aparelhos eletrônicos.

Mas a principal aplicação para o Li-Fi pode ser muito mais ampla. A Comissão Federal de Comunicações dos EUA (FCC) já alertou sobre a possibilidade de sobrecarga em comunicações sem fio conforme o espectro de frequências fique muito cheio – um problema, aliás, possível em qualquer rede móvel do mundo, incluindo o Brasil. O Li-Fi ajudaria a descongestionar. O espectro de luz visual é 10.000 vezes mais lerdo do que o espectro de frequência de rádio, oferecendo bastante espaço para novos canais de transmissão de dados. E a luz visível não interfere em ondas de rádio, então Wi-Fi e Li-Fi podem coexistir. Dispositivos podem variar entre uma conexão e outra, como carros flexíveis mudam de um tipo de combustível para outro. O Li-Fi poderia até ser incorporado em infraestrutura de iluminação já existente em ruas e edifícios.

O Li-Fi já atingiu velocidades surpreendentes em laboratórios. A transmissão Li-Fi mais rápida com um único LED publicada até agora foi a uma taxa de 3.5 gigabits por segundo em uma distância de 5 centímetros, atingida por Harald Haas e seus colegas na Universidade de Edimburgo no começo deste ano. Ainda é mais lento do que a conexão Wi-Fi mais rápida, que chegou a 100 gigabits por segundo, mas é um resultado promissor.

A longas distâncias, usando LEDs originalmente projetados para iluminação, e também em condições realistas, o Li-Fi é bem mais lento do que o conseguido em laboratório. Anagnostis Paraskevopoulos e seus colegas do Instituto Heinrich Hertz, na Alemanha, por exemplo, chegaram a 500 megabits por segundo em distâncias de um a dois metros, e 100 megabits por segundo em 20 metros.

Liu e seus colegas planejam turbinar a taxa de piscadelas e a transmissão de dados ao incorporar uma substância artificial chamada metamaterial hiperbólico nos LEDs. Para criar o material, os pesquisadores alternaram entre camadas de 10 nanômetros de espessura de sílica com prata, cada uma cerca de 10.000 vezes mais fina do que um fio de cabelo. Eles organizaram várias pilhas com 305 nanômetros de altura destas camadas alternadas em uma folha de vidro. Eles inscreveram cada camada de sílica com prata com um padrão de trincheiras e, em seguida, revestiram as pilhas em um plástico transparente misturado com moléculas de corante rodamina. O corante rodamina fluoresce quando absorve luz. Os pesquisadores ativaram as moléculas de corante usando um laser e, em seguida, mediram seu brilho e taxa de piscadas conforme ele fluorescia, o que demonstra que eles aumentaram a emissão de luz das moléculas de corante.

“Este é o trabalho que mostra que há um grande potencial para esses metamateriais hiperbólicos”, disse Zubin Jacob, um engenheiro elétrico da Universidade de Alberta.

Metamateriais hiperbólicos contam com propriedades incomuns porque eles são padronizados em escala muito menor do que um comprimento de onda de luz visível, que tem em torno de 400 a 700 nanômetros. Quando a luz atinge uma substância, ela cria algo chamado ressonância plasmônica, um fenômeno no qual os elétrons oscilam coletivamente dentro de um material. Metamateriais são capazes de atingir padrões de ressonância plasmônica não vistos em substâncias que ocorrem naturalmente. Quando a ressonância plasmônica se alinha com a emissão fluorescente, é possível amplificar a emissão, formando a base do brilho melhorado e a velocidade de piscadela atingida pelos cientistas.

Liu alerta que sua equipe anda precisa incorporar o novo metamaterial em LEDs.

Mas Haas cuidadosamente comemoru os resultados de Liu, dizendo que ele pode ajudar a solucionar um desafio na indústria de Li-Fi. Lâmpadas são otimizadas para luz visível, não para comunicação, então só é possível modular sua intensidade comparativamente mais lentamente. O aumento da taxa de piscadas atingida por Liu e seus colegas pode solucionar isso. “Esses dispositivos talvez sejam capazes de oferecer um passo em direção aos resultados que queremos atingir”, disse Haas.

Publicado originalmente na The Connectivist. A The Connectivist é uma revista online criada em parceria com a National Cable & Telecommunications Association (NCTA) para ligar os pontos entre tecnologia, inovação, web, cultura e TV.

Imagem de topo via U.S. Navy