Konzorcium ATTRACT financované EÚ
podporuje ambiciózne komunikačné technológie v počiatočnej fáze.

Predstavte si na svojom smartfóne
radarovú aplikáciu, ktorá by mohla rýchlo vygenerovať  dynamickú mapu akejkoľvek budovy v ktorej
sa nachádzate  a pohyb ľudí okolo
vás.

Momentálne takúto aplikáciu
vyvíjajú výskumníci na univerzite v talianskej Bologni a French
Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA). Podľa Davide Dadari, docenta
elektrotechniky na univerzite v talianskej Bologni,  6G – nová generácia mobilných technológií, to môže
uviesť do reality v budúcej dekáde.

Tento projekt je len jednou zo
siedmich priekopníckych komunikačných technológií podporovaných prostredníctvom
konzorcia ATTRACT, financovaného vo výške 20 miliónov EUR, koordinovaného CERN,
ktoré pomáha technologickým projektom v počiatočnom štádiu overovania
koncepcie. ATTRACT poskytol granty vo výške 100 000 EUR viac ako 170
projektom snímania a zobrazovania vo viac ako 30 kategóriách, z ktorých
sú komunikačné technológie jednou z nich.

Ako uviedol docent Dadari, hlavný
výskumník v oblasti osobných radarov pre rádiové zobrazovanie a infraštruktúru
(PRIMELOC): „K dispozícii máme Google Maps. Výzvou je dosiahnuť to, čo v súčasnosti
robíme, s vonkajším scenárom.“

PRIMELOC pracuje s experimentálnou
technológiou, aby ukázal, čo by mohlo byť v budúcnosti možné, ak budú
antény mobilných telefónov také malé, že stovky môžu byť zabalené do jedného
zariadenia. Mobilní operátori teraz zavádzajú 5G infraštruktúru, ktorá bude
poskytovať rýchlejší mobilný internet, ako sú dnes používané služby 4G. Dadari
však tvrdí, že pravdepodobne budeme musieť počkať do éry 6 G – čo príde najbližšie
predtým, ako smartfóny prinesú dostatočne sofistikované antény, aby sa dali
použiť ako radar.

Osvetlenie, ktoré dokáže zistiť pády

V podobnom duchu ako ATTRACT
je tiež financovaný VLADIMIR (visible light communication for indoor monitoring
– komunikácia vo viditeľnom svetle pre vnútorné monitorovanie), projekt zameraný
na skúmanie bezpečnostných aplikácií pre komunikáciu vo viditeľnom svetle
(Visible Light Communication – VLC). VLC je spôsob prenosu informácií
prostredníctvom osvetlenia miestnosti pomocou LED žiaroviek, ktoré pulzujú
takou rýchlosťou, akú si ľudia nevšimnú  –
čo okrem iného robí možnú náhradu WiFi. VLADIMIR sa však pozerá na to, ako by sa
táto technológia mohla použiť na zistenie, kedy niekto spadne z dosahu bez
potreby rušivých kamier, meraním posunov v odrazenom svetle, keď sa ľudia
a objekty pohybujú po miestnosti.

Ako uviedol Alexis Dowhuszko, vedecký
pracovník Centre Tecnològic de Telecomunicacions de Catalunya (CTTC): „Ak
človek stojí medzi LED a fotodetektorom, vytvorí tieň. Tento tieň bude mať
špecifický druh popisu, ktorý bude závisieť od objektu, ktorý vytvára tento
tieň.“ Cieľom je vyvinúť dostatočne prepracovaný systém na identifikáciu
objektov a ich pohybov. CTTC prevádzkuje VLADIMIR v spolupráci s univerzitou
v Aalto vo Fínsku.

Autá, ktoré môžu vidieť cez hmlu

Ďalší projekt, ktorý podporuje
ATTRACT, sa zameriava na vývoj radaru, ktorý môže pomôcť autonómnym vozidlám (self-driving
cars) „vidieť“ v hustej hmle. Autonómne vozidlá odhalia objekty pomocou
kamier a softvéru na rozpoznávanie obrázkov, ktoré podobne ako ľudské
videnie sú zhoršené, keď je slabá viditeľnosť. To nie je ale problém pre radar,
ale presné sledovanie smeru rýchlo sa pohybujúcich objektov pomocou radaru v súčasnosti
vyžadujúce drahé antény vojenskej triedy, ktoré nie sú vhodné pre civilné
vozidlá.

Preto projekt SINITRA navrhuje
pokročilé antény na sledovanie smerovania, ktoré sa dajú lacno integrovať do
dosiek s plošnými spojmi (printed circuit boards – PCBs), SINATRA je
spoločným úsilím spolupráce medzi univerzitou v talianskej Siene a  ECM,
talianskou spoločnosťou, ktorá vyrába elektrické zariadenie pre železnice. Projekt
sa tiež zameriava na spôsoby použitia tejto technológie na odhaľovanie ľudí a prekážok
na úrovňových križovatkách.

Antény sa dajú miniaturizovať,
pretože moderná elektronika umožňuje vyššie frekvencie, čo znamená kratšie vlnové
dĺžky a menšie antény. Znamená to tiež kratší vlnový dosah, ale v týchto
dvoch prípadoch použitia to nie je problém.

Problém však spočíva v tom,
že antény PCB v dnešných autách nie sú veľmi dobré v smere sledovania.
Ako vysvetlil Matteo Albani, docent elektromagnetického inžinierstva na univerzite
v Siene: „Neposkytujú potrebné uhlové rozlíšenie. Je to ako pozerať sa cez
zakalené sklo. Jedinou súčasnou alternatívou sú kovové stĺpy, ktoré sú zvyčajne
objemné, ťažké a drahé, ale veľmi dobre fungujúce.“

Zvýšenie odolnosti pamäte počítača

Program ATTRACT tiež podporuje
ULTRARAM, čo je snaha vyvinúť nový druh pamäte s priamym prístupom (Random
Access Memory  – RAM) pre použitie v IoT
(Internet of Things – internet vecí), kde sú rôzne objekty vybavené pripojenými
senzormi a zariadeniami. RAM je rýchla, dočasná pamäť, ktorú počítače
používajú na ukladanie iba toho čo potrebujú okamžite. Ak dôjde k prerušeniu
napájania zariadenia, RAM sa vymaže.

Mnoho vonkajších zariadení IoT
však bude mať nespoľahlivé zdroje energie, napr. malé solárne panely. Ak v prípade
nestabilnej pamäte dôjde k výpadku napájania v polovici operácie,
zariadenie sa musí znova spustiť po obnovení napájania. Ak ide o senzor,
ktorý zhromažďuje a spracováva informácie, údaje sa môžu úplne stratiť.

ULTRARAM, spoločné úsilie medzi
Lancaster University vo Veľkej Británii a elektronickou firmou IQE, preto
vyvíja energeticky nenáročnú, nezávislú RAM, takže zariadenia IoT si môžu vždy
vybrať miesto kde skončili, ak dôjde k neočakávanej strate energie.

Vesmírne lasery pre rýchlejší internet

Fotonika je tiež dôležitou
oblasťou pre ATTRACT, ktorý financuje najmenej tri rôzne projekty komunikačných
technológií experimentujúce s lasermi a optickými vláknami.

Projekt SiPhoSpace vyvíja
kremíkové fotonické obvody, ktoré sa majú používať v malých satelitoch na
nízkej obežnej dráhe, ako je napr. súhvezdie Starlink, ktoré vyrába spoločnosť
SpaceX a ktoré môže jedného dňa poskytnúť vysokorýchlostné bezdrôtové
pripojenie na internet v odľahlých oblastiach. SiPhoSpace vedie CERN v spolupráci
s talianskym Národným ústavom jadrovej fyziky, Technologickým inštitútom v Karlsruhe
a univerzitou v Bristole vo Veľkej Británii.

Cieľom kremíkovej fotoniky je
urobiť pre mikročipy to, čo optické vlákna urobili pre káble: nahradiť
elektrické signály svetelnými impulzmi, ktoré prenášajú údaje rýchlejšie,
spotrebúvajú menej energie a odolávajú elektromagnetickému rušeniu. Pre fotonické
čipy je však ešte stále priskoro, pretože technický kremík na vyžarovanie
svetla je komplikovaný, zatiaľ čo alternatívne materiály sú buď príliš drahé
alebo jednoducho nie sú praktické. Napr. lasery, ktoré vyžarujú svetlo do
káblov z optických vlákien, sa často vyrábajú s relatívne zriedkavými
prvkami, ako napr. indium, a samotné káble sú zo skla.

Preto je cieľom SiPhoSpace integrácia
fotonických obvodov do kremíka na použitie v satelitoch s nízkou zemskou
obežnou dráhou, pretože ich vlastnosti vďaka vysokej rýchlosti, nízkej spotrebe
a rušeniu sú ideálne pre malé satelity určené na zabezpečenie rýchleho
prístupu na internet.

Využitie studených triesok

Cieľom projektu LIGHTNING
podporovaného technológiou ATTRACT je medzičasom vyvinúť spôsob pripojenia
super rýchlych čipov s rýchlym tokom kvantového toku (Rapid Single Flux
Quantum – RSFQ) k optickým komunikačným sieťam. Technológia RSFQ umožňuje
rýchle spracovanie údajov s veľmi nízkou spotrebou energie, ale čipy
fungujú iba pri 4 stupňoch Kelvinovej teplotnej stupnice alebo mínus 269
stupňov Celzia, čo znamená, že ich nemožno jednoducho zapojiť do bežnej siete.

Výskumníci vyvíjajú fotodiódu,
ktorá môže pracovať pri tejto teplote a konvertovať elektrické signály z RSFQ
na svetlo, čo umožňuje prenos do siete bežiacej pri bežných teplotách.
LIGHTNING je partnerstvo medzi University of Tampere, University of South-East
Norway a VTT Technical Research Centre of Finland.

Tretím projektom spoločnosti
ATTRACT v oblasti fotoniky je Gisiphod (prispôsobený z jediného GHz
fotónového detektora), ktorého cieľom je demonštrovať, ako by sa dali optické
siete zefektívniť zvýšením rýchlosti, akou je možné počítať svetelné impulzy
len jedného fotónu. Komunikačné siete s optickými vláknami používajú
fotónové detektory na počítanie svetelných impulzov rôznych dĺžok a vzory týchto
impulzov sa prenášajú do dát. Zrýchlenie impulzov znamená, že v kratšom čase
je možné preniesť viac údajov.

Existuje však kompromis so
spotrebou energie: na presné počítanie najkratších impulzov pri najvyšších
rýchlostiach potrebujú dnešné detektory v každom impulze najmenej 1 000
fotónov, čo vyžaduje veľa energie. Špičkové detektory dokážu počítať iba jeden
fotón súčasne, ale nie pri rýchlostiach vhodných pre dnešné telekomunikácie.

S Gisiphodom navrhujú vedci
z holandskej firmy Single Quantum a švédskeho KTH Royal Institute
of  Technology detektor, ktorý dokáže
presne spočítať impulzy jedného fotónu v rámci chyby v pikosekunde (bilióntiny
sekundy) rýchlosťou 1GHz, alebo 1 miliardy impulzov za sekundu.

Viac informácií o projektoch ATTRACT vyvíjajúcich komunikačné technológie a inovatívne riešenia pre spoločnosť.

Zdroj: https://sciencebusiness.net, zverejnené: 2.6.2020, autor: rpa