12:52
TEDGlobal 2011

Harald Haas: Wireless data from every light bulb

ハラルド・ハース 「電球からのデータ発信」

Filmed:

世界中の電球からデータを発信できたらどうでしょうか?TEDGlobal でハラルド・ハースは、それを実現させる機器の初のデモンストレーションを行います。人間の眼では認知できない速度でLEDライトを点滅させることで、セルラー方式の電波を使うよりも遥かに多いデータを送ることができます。さらに効率性・安全性・有用性でも従来のものより優れています。

- Communications technology innovator
Harald Haas is the pioneer behind a new technology that can communicate as well as illuminate. Full bio

Do you know
知っていますか
00:15
that we have 1.4 million cellular radio masts
140万本のセルラー方式の電波塔が
00:17
deployed worldwide?
この世界にあります
00:20
And these are base stations.
これは基地局となっています
00:22
And we also have
また この世界には
00:24
more than five billion
このような機器がなんと
00:26
of these devices here.
50億個以上もあります
00:28
These are cellular mobile phones.
つまり セルラー方式の携帯電話です
00:30
And with these mobile phones,
我々は携帯電話で 毎月
00:33
we transmit more than 600 terabytes of data
600テラバイトものデータを
00:35
every month.
送信しています
00:37
This is a 6 with 14 zeroes --
0がなんと14個もある
00:39
a very large number.
膨大な数値となっています
00:41
And wireless communications
今日では 電気や水のように
00:43
has become a utility
無線通信も生活必需品と
00:46
like electricity and water.
なっています
00:49
We use it everyday. We use it in our everyday lives now --
職場でもプライベートでも
00:51
in our private lives, in our business lives.
毎日のように使っています
00:54
And we even have to be asked sometimes, very kindly,
さらに時折 このようなイベントでは当たり前のように
00:56
to switch off the mobile phone at events like this
携帯電話の電源を切るよう
01:00
for good reasons.
丁寧にお願いされます
01:02
And it's this importance
重要度の高さが まさに
01:05
why I decided to look into the issues
この技術の抱える問題を
01:07
that this technology has,
研究しようと思った理由です
01:09
because it's so fundamental to our lives.
つまり無線通信は生活に不可欠なのです
01:11
And one of the issues is capacity.
その問題の1つが容量です
01:14
The way we transmit wireless data is by using electromagnetic waves --
データを送る方法として電磁波 --
01:16
in particular, radio waves.
特に電波を使っています
01:19
And radio waves are limited.
電波には制限があります
01:22
They are scarce; they are expensive;
量は乏しく 値段は高く
01:24
and we only have a certain range of it.
一定の範囲の波長しか使えません
01:26
And it's this limitation
この制限のせいで
01:30
that doesn't cope
毎月送られる膨大なバイト数や
01:32
with the demand of wireless data transmissions
莫大なデータを処理できず
01:34
and the number of bytes and data which are transmitted every month.
無線通信の需要が満たされていないのです
01:36
And we are simply running out of spectrum.
スペクトルを使い果すためです
01:39
There's another problem.
2つ目の問題は
01:41
That is efficiency.
効率の悪さです
01:43
These 1.4 million cellular radio masts, or base stations,
基地局である140万本の電波塔は
01:45
consume a lot of energy.
大量のエネルギーを消費します
01:48
And mind you, most of the energy
なんとエネルギーのほとんどは
01:50
is not used to transmit the radio waves,
電波を送るためではなく
01:52
it is used to cool the base stations.
塔を冷却するために使われています
01:54
Then the efficiency of such a base station
それらの電波塔の効率性は
01:57
is only at about five percent.
たったの5%なのです
01:59
And that creates a big problem.
この効率の悪さは大きな問題です
02:02
Then there's another issue that you're all aware of.
3つ目の問題は皆さんもお気づきでしょう
02:05
You have to switch off your mobile phone
飛行機で携帯電話を使えない
02:08
during flights.
という実用性の問題です
02:10
In hospitals, they are security issues.
病院では安全面の問題がでてきます
02:12
And security is another issue.
安全性が4つ目の問題です
02:15
These radio waves penetrate through walls.
電波は壁を通過します
02:18
They can be intercepted,
妨害されることもありますし
02:20
and somebody can make use of your network
人によってはあなたのネットワークを
02:22
if he has bad intentions.
利用しようとします
02:25
So these are the main four issues.
この4つが主な問題です
02:27
But on the other hand,
ところが その一方で
02:29
we have 14 billion of these:
世界には140億個もの
02:31
light bulbs, light.
電球があります つまり光です
02:33
And light is part of the electromagnetic spectrum.
光は電磁スペクトルの一種です
02:36
So let's look at this in the context
では他の電磁スペクトルも
02:39
of the entire electromagnetic spectrum, where we have gamma rays.
見てみましょう ガンマ線は
02:41
You don't want to get close to gamma rays, it could be dangerous.
危険なので近づかないで下さい
02:44
X-rays, useful when you go to hospitals.
X線は医療の現場で役立ちます
02:46
Then there's ultraviolet light.
次は紫外線です
02:49
it's good for a nice suntan,
程良い日焼けにはいいですが
02:51
but otherwise dangerous for the human body.
度を超すと危険です
02:53
Infrared --
赤外線は
02:55
due to eye safety regulations,
低出力でのみ使用できます
02:57
can be only used with low power.
眼の保護規制がありますから
02:59
And then we have the radio waves, they have the issues I've just mentioned.
次は電波です もう問題はお分かりですね
03:01
And in the middle there, we have this visible light spectrum.
そして真ん中にあるのが光スペクトルです
03:04
It's light,
そう 光です
03:07
and light has been around for many millions of years.
光は何百万年も存在しています
03:09
And in fact, it has created us,
実のところ 光は我々を創造し
03:11
has created life,
生命を創り そして命における
03:14
has created all the stuff of life.
全てのものを創りました
03:16
So it's inherently safe to use.
つまり 光は本質的に安全なのです
03:18
And wouldn't it be great to use that for wireless communications?
光を通信手段に使うことは素晴らしいと思いませんか
03:21
Not only that, I compared [it to] the entire spectrum.
実は 光を他のスペクトルと比較しました
03:25
I compared the radio waves spectrum --
電波の量と
03:28
the size of it --
光スペクトルの量を
03:30
with the size of the visible light spectrum.
比べてみました
03:32
And guess what?
どうなったでしょうか
03:34
We have 10,000 times more of that spectrum,
なんと 電波よりも光スペクトルの方が
03:36
which is there for us to use.
1万倍も多く使用することができるのです
03:39
So not only do we have this huge amount of spectrum,
量が多いだけではありません
03:42
let's compare that with a number I've just mentioned.
先程述べた数字を使いましょう
03:45
We have 1.4 million
この世界には 非効率的で
03:47
expensively deployed,
高価なセルラー方式の基地局が
03:49
inefficient radio cellular base stations.
140万本あります
03:51
And multiply that by 10,000,
それを1万倍にしてみると
03:54
then you end up at 14 billion.
140億となります
03:56
14 billion is the number of light bulbs installed already.
140億という数字は既にある電球の数です
03:58
So we have the infrastructure there.
つまりインフラは整っています
04:01
Look at the ceiling, you see all these light bulbs.
天井を見上げると電球がたくさんあります
04:03
Go to the main floor, you see these light bulbs.
メインフロアでも同じです
04:06
Can we use them for communications?
これを通信に使えるか --
04:08
Yes.
使えます
04:10
What do we need to do?
何が必要になるでしょうか
04:12
The one thing we need to do
まず必要な事は
04:14
is we have to replace these inefficient incandescent light bulbs,
効率も悪く 高熱を発する
04:16
florescent lights,
蛍光灯を取り除いて 代わりに
04:19
with this new technology of LED,
新しい技術である
04:22
LED light bulbs.
LED電球を設置することです
04:24
An LED is a semiconductor. It's an electronic device.
LEDは半導体の電子機器です
04:26
And it has a very nice acute property.
そして LED電球は反応がとても早いです
04:28
Its intensity can be modulated
とても速いスピードで
04:32
at very high speeds,
明るさの調節が可能で
04:35
and it can be switched off at very high speeds.
電源を消すことも瞬時に行えます
04:37
And this is a fundamental basic property
この性質は不可欠です
04:40
that we exploit
独自の技術を使って
04:42
with our technology.
研究しました
04:44
So let's show how we do that.
ではお見せしましょう
04:47
Let's go to the closest neighbor to the visible light spectrum --
まずは身近な物で説明しましょう
04:49
go to remote controls.
そう リモコンです
04:51
You all know remote controls have an infrared LED --
リモコンには赤外線LEDが
04:53
basically you switch on the LED, and if it's off, you switch it off.
付いていて それをOn/Offするのです
04:55
And it creates a simple, low-speed data stream
これは単調なデータが 遅いスピード --
04:58
in 10,000 bits per second,
毎秒1万~2万ビット
05:01
20,000 bits per second.
流れる仕組みですが
05:03
Not usable for a YouTube video.
Youtube には遅すぎます
05:05
What we have done
それについて
05:07
is we have developed a technology
我々は ある技術を開発し
05:09
with which we can furthermore
リモコン内の電球をさらに改良して
05:12
replace the remote control of our light bulb.
取り替えました
05:15
We transmit with our technology,
我々の技術を使えば
05:17
not only a single data stream,
単一のデータ流だけでなく
05:19
we transmit thousands of data streams
数千ものデータ流を
05:21
in parallel,
同時に送ることができます
05:23
at even higher speeds.
スピードも増しています
05:25
And the technology we have developed --
我々は この技術を
05:27
it's called SIM OFDM.
SIM OFDM と呼んでいます
05:29
And it's spacial modulation --
これは空間変調技術ですが
05:31
these are the only technical terms, I'm not going into details --
専門用語なので ここでは詳細を割愛します
05:33
but this is how we enabled
ですが このようにして
05:36
that light source
光源でのデータ発信が
05:38
to transmit data.
できるようになります
05:40
You will say, "Okay, this is nice --
「素敵なスライドショーですね」と
05:43
a slide created in 10 minutes."
思っているでしょうが
05:46
But not only that.
それだけではないのです
05:48
What we've done
実を言うと
05:50
is we have also developed a demonstrator.
デモ用モデルを作ったのです
05:52
And I'm showing for the first time in public
ここで この技術の初めての
05:55
this visible light demonstrator.
デモンストレーションを行います
05:57
And what we have here
ここにあるのは
05:59
is no ordinary desk lamp.
普通のデスクスタンドです
06:01
We fit in an LED light bulb,
これに3米ドルくらいの
06:04
worth three U.S. dollars,
LED電球を装着して
06:06
put in our signal processing technology.
信号処理技術を組み込みました
06:09
And then what we have here is a little hole.
ここには小さな穴があります
06:11
And the light goes through that hole.
光の通り道です
06:14
There's a receiver.
これが受信機です
06:16
The receiver will convert these little, subtle changes in the amplitude
この受信機が振幅の微かな変動を
06:18
that we create there
変換して
06:21
into an electrical signal.
電子信号に変えます
06:23
And that signal is then converted back
さらに電子信号を変換して
06:25
to a high-speed data stream.
高速のデータ流を生みだします
06:27
In the future we hope
将来的には
06:29
that we can integrate this little hole
この小さい穴の役割を
06:31
into these smart phones.
スマートフォンが担うことでしょう
06:33
And not only integrate a photo detector here,
光センサーをつけるだけではなく
06:36
but maybe use the camera inside.
内部カメラも利用できそうです
06:39
So what happens
このスイッチをつけると
06:43
when I switch on that light?
いったい何が起こるか
06:45
As you would expect,
お察しの通り
06:50
it's a light, a desk lamp.
これはデスクスタンドです
06:52
Put your book beneath it and you can read.
スイッチをつければ本が読めるでしょう
06:54
It's illuminating the space.
光は空間を照らします
06:57
But at the same time, you see this video coming up here.
しかし同時に動画が映っていますね
06:59
And that's a video, a high-definition video
これは高画質の映像ですが
07:03
that is transmitted through that light beam.
光によって発信されています
07:06
You're critical.
批評家である皆さんは
07:08
You think, "Ha, ha, ha.
こう思われているでしょう
07:10
This is a smart academic doing a little bit of tricks here."
「これには何か種があるはずだ」
07:12
But let me do this.
しかし こうしてみると --
07:15
(Applause)
(拍手)
07:19
Once again.
ではもう一度
07:24
Still don't believe?
まだ信じられませんか
07:27
It is this light
正真正銘 この光が
07:30
that transmits this high-definition video in a split stream.
高画質映像を分割して発信しています
07:32
And if you look at the light,
デスクスタンドを見てみると
07:36
it is illuminating as you would expect.
やはり光っています
07:39
You don't notice with your human eye.
人間の眼では認識できません
07:41
You don't notice the subtle changes in the amplitude
電圧の振幅の微かな違いを
07:43
that we impress onto this light bulb.
我々は認識できないのです
07:46
It's serving the purpose of illumination,
本来の目的は照明ですが
07:49
but at the same time, we are able to transmit this data.
同時に データ発信も可能なのです
07:51
And you see,
もちろん天井からの光も
07:54
even light from the ceiling comes down here to the receiver.
受信機を照らしていますが
07:56
It can ignore that constant light,
影響を与えないようにする事ができます
07:59
because all the receiver's interested in
その理由は 受信機が
08:02
are subtle changes.
微かな変動だけを察知するからです
08:04
You also have a critical question now, and
こんな疑問をおもちでは?
08:09
you say, "Okay,
「結局のところ
08:11
do I have to have the light on all the time
データを発信している間は
08:13
to have this working?"
ずっと光が必要なのか」
08:15
And the answer is yes.
答えはYESです
08:17
But, you can dim down the light
ですが 照明をまるで電源がオフの時のようにまで
08:19
to a level that it appears to be off.
暗くすることができます
08:23
And you are still able to transmit data -- that's possible.
そんな状態でもデータ発信はできます
08:25
So I've mentioned to you the four challenges.
先程 4つの課題を述べました
08:28
Capacity:
まずは容量 --
08:31
We have 10,000 times more spectrum,
電波より1万倍も多い
08:33
10,000 times more LEDs
光スペクトルがあります
08:35
installed already in the infrastructure there.
その数のLEDが既にあります
08:37
You would agree with me, hopefully,
つまり容量は問題ないです
08:39
there's no issue of capacity anymore.
賛成してくれますよね
08:41
Efficiency:
次に効率 --
08:43
This is data through illumination --
データは光を通ります
08:45
it's first of all an illumination device.
元々は照明機器です
08:47
And if you do the energy budget,
エネルギー予算を計上してみると
08:49
the data transmission comes for free --
データ発信は無料で行えます
08:52
highly energy efficient.
つまり効率はよくなります
08:54
I don't mention the high energy efficiency
LED電球自体の効率性には
08:56
of these LED light bulbs.
ここでは触れません
08:58
If the whole world would deploy them,
世界全体にLEDを設置すれば
09:00
you would save hundreds of power plants.
何百もの発電所が必要なくなります
09:02
That's aside.
この話は置いておきましょう
09:05
And then I've mentioned the availability.
そして実用性 --
09:07
You will agree with me that we have lights in the hospital.
光はもちろん病院の中にありますよね
09:09
You need to see what to do.
見えないといけませんから
09:12
You have lights in an aircraft.
光は飛行機の中にもあります
09:14
So it's everywhere in a day there is light.
つまり どこにでもあるのです
09:16
Look around. Everywhere. Look at your smart phone.
そう スマートフォンだってそうですよ
09:18
It has a flashlight, an LED flashlight.
LEDライトが付いています
09:21
These are potential sources for high-speed data transmission.
これらを使って 高速データ発信が可能なのです
09:23
And then there's security.
最後に安全性 --
09:27
You would agree with me
光は壁を通過しません
09:30
that light doesn't penetrate through walls.
これには賛成してくれますよね
09:32
So no one, if I have a light here,
機密データであろうが
09:35
if I have secure data,
光がここにある場合
09:37
no one on the other side of this room through that wall
壁の向こう側にいる人たちは
09:39
would be able to read that data.
誰も読むことができません
09:41
And there's only data where there is light.
光のある所にのみデータが存在するのです
09:43
So if I don't want that receiver to receive the data,
つまり この受信機にデータを与えたくない場合
09:46
then what I could do,
私がやることは
09:50
turn it away.
ただ光をそらせばいいのです
09:54
So the data goes in that direction, not there anymore.
そこにはもう送られません
09:57
Now we can in fact see where the data is going to.
データの行き先が実際に分かります
09:59
So for me,
私にとって
10:05
the applications of it,
この技術の実用化は
10:08
to me, are beyond imagination at the moment.
発明当時の予想を遥かに超えています
10:11
We have had a century of very nice, smart application developers.
この10年で 素晴らしいアプリ開発者が何人も出ています
10:15
And you only have to notice, where we have light,
気づいてみれば 光がある所では
10:19
there is a potential way to transmit data.
データ発信技術の使い道があるのです
10:22
But I can give you a few examples.
少し例をあげてみましょう
10:25
Well you may see the impact already now.
事の大きさに既にお気づきかもしれませんが
10:28
This is a remote operated vehicle
これは海底探査車で
10:32
beneath the ocean.
遠隔操作ができます
10:34
And they use light to illuminate space down there.
海底を照らすために光を使っています
10:36
And this light can be used to transmit wireless data
この光もデータ発信に利用でき
10:39
that these things [use] to communicate with each other.
探査車同士での通信も可能となります
10:41
Intrinsically safe environments
安全第一の環境である
10:44
like this petrochemical plant --
石油化学プラントでは
10:46
you can't use RF, it may generate antenna sparks,
高周波は使えません 火が点くかもしれません
10:48
but you can use light -- you see plenty of light there.
しかし見ての通り 光なら使えます
10:51
In hospitals,
病院では
10:54
for new medical instruments;
新しい医療機器に利用できそうです
10:56
in streets for traffic control.
道路での交通規制にも使えそうですね
10:59
Cars have LED-based headlights, LED-based back lights,
車にはLEDライトが前後に付いています
11:02
and cars can communicate with each other
車同士の通信も可能になり
11:05
and prevent accidents
情報交換によって
11:07
in the way that they exchange information.
事故を防ぐことすらできます
11:10
Traffic lights can communicate to the car and so on.
信号と車の通信など 他にも色々あります
11:13
And then you have these millions of street lamps
世界中の道路には
11:16
deployed around the world.
数百万本もの街灯が立っています
11:19
And every street lamp could be a free access point.
街灯で無線通信ができます
11:22
We call it, in fact, a Li-Fi,
これを Li-Fi と呼んでいます
11:24
light-fidelity.
ライト・フィデリティーです
11:26
And then we have these aircraft cabins.
飛行機の客室には
11:28
There are hundreds of lights in an aircraft cabin,
数百個もの電球があります
11:32
and each of these lights
この電球を使って
11:36
could be a potential transmitter of wireless data.
データを発信することができます
11:38
So you could enjoy your most favorite TED video
あなたのお気に入りのTEDトークを
11:41
on your long flight back home.
長旅の間に見られます
11:44
Online life. So that is a vision, I think, that is possible.
オンライン生活も不可能ではありません
11:46
So, all we would need to do
必要な事は
11:55
is to fit a small microchip
マイクロチップを
11:57
to every potential illumination device.
照明機器に取り付けるだけです
11:59
And this would then combine
これによって 生活の基盤の2つである
12:02
two basic functionalities:
照明と無線通信の
12:05
illumination and wireless data transmission.
両方の機能が得られます
12:07
And it's this symbiosis that I personally believe
これは共益関係であり
12:09
could solve the four essential problems
今日の無線通信における
12:12
that face us in wireless communication these days.
4つの問題に対する解決策だと思います
12:14
And in the future,
そして将来
12:17
you would not only have 14 billion light bulbs,
140億個の電球が Li-Fi 装置となって
12:19
you may have 14 billion Li-Fis
世界中に整備されているでしょう
12:22
deployed worldwide --
向かう先は
12:25
for a cleaner, a greener,
クリーンで 環境に優しく
12:27
and even a brighter future.
そしてもっと明るい未来です
12:29
Thank you.
ありがとうございました
12:31
(Applause)
(拍手)
12:33
Translated by Naoki Funahashi
Reviewed by SHIGERU MASUKAWA

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About the Speaker:

Harald Haas - Communications technology innovator
Harald Haas is the pioneer behind a new technology that can communicate as well as illuminate.

Why you should listen

Imagine using your car headlights to transmit data ... or surfing the web safely on a plane, tethered only by a line of sight. Harald Haas is working on it. He currently holds the Chair of Mobile Communications at the University of Edinburgh, and is co-founder and Chief Scientific Officer of pureLiFi Ltd as well as the Director of the LiFi Research and Development Center at the University of Edinburgh. His main research interests are in optical wireless communications, hybrid optical wireless and RF communications, spatial modulation, and interference coordination in wireless networks.

Haas has long been studying ways to communicate electronic data signals, designing modulation techniques that pack more data onto existing networks. But his latest work leaps beyond wires and radio waves to transmit data via an LED bulb that glows and darkens faster than the human eye can see. His group published the first proof-of-concept results demonstrating that it is possible to to turn commercially available light emitting diode (LED) light bulbs into broadband wireless transmission systems. 

"It should be so cheap that it's everywhere," he says. "Using the visible light spectrum, which comes for free, you can piggy-back existing wireless services on the back of lighting equipment."

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Harald Haas | Speaker | TED.com