Investigadores de la Universidad de Zhejiang en China utilizan células solares para lograr una comunicación inalámbrica rápida bajo el agua. Un enfoque que podría habilitar dispositivos que transmiten datos y producen energía.
Aunque las células solares están diseñadas para convertir la luz en energía, los investigadores han demostrado que también se pueden usar para conseguir una comunicación óptica inalámbrica submarina con altas velocidades de datos. Este nuevo enfoque podría ofrecer una forma rentable y de bajo consumo de energía para transmitir datos bajo el agua.
Optimización para la comunicación
Las células solares se diseñan para captar la luz entrante dispersa de un área bastante amplia. Su eficiencia es bastante mejor para canalizar esa luz en un circuito eléctrico que para convertirla en una señal de datos.
En comparación con el uso de ondas de radio o acústicas, la comunicación inalámbrica subacuática basada en la luz muestra una velocidad más alta, una latencia más baja y requiere menos energía. Sin embargo, ahora un equipo de la Universidad de Zhejiang de China afirma que es posible abordar este aspecto.
“Hasta ahora, lograr enlaces de alta velocidad usando celdas solares de silicio listas para usar ha requerido esquemas y algoritmos de modulación complejos, que necesitan recursos informáticos intensos que usan energía adicional y crean una alta latencia de procesamiento”, dijo el científico principal, el Profesor Jing Xu. “Usando el modelado (por ordenador) y la simulación de células solares conectadas, optimizamos el circuito periférico, lo que mejoró significativamente el rendimiento de nuestro detector basado en células solares”, añade.
Necesidad de una comunicación submarina eficiente
Según Jing Xu existe una necesidad crítica de una comunicación submarina eficiente para satisfacer la creciente demanda de intercambio de datos submarinos. Sobre todo, para las actividades de protección de los océanos de todo el mundo. Por ejemplo, en las tareas de conservación de los corales, los enlaces de datos se hacen necesarios para transmitir datos a los buzos, submarinos tripulados, sensores submarinos y vehículos submarinos autónomos no tripulados a barcos de superficie que respaldan este trabajo.
En la revista Optics Letters Xu y su equipo informan sobre el experimento de laboratorio en el que utilizaron una matriz de células solares disponibles en el mercado para crear un sistema optimizado sin lentes para la detección óptica de alta velocidad bajo el agua. Las celdas solares ofrecen un área de detección mucho más grande que los fotodiodos usados tradicionalmente como detectores en la comunicación óptica inalámbrica.
“Hasta donde sabemos, demostramos el ancho de banda más alto jamás logrado para un sistema de comunicación óptica comercial basado en paneles solares de silicio con un área de detección grande”, dijo Xu. “Este tipo de sistema podría incluso permitir el intercambio de datos y la generación de energía con un solo dispositivo”.
Pruebas submarinas
Los investigadores probaron el nuevo diseño en el que utilizaron un panel solar de 3×3 para crear un área de detección de 3,4×3,4 centímetros, en un tanque de agua de 7 metros de largo que emulaba un canal submarino. También se utilizaron espejos para ampliar la longitud de la trayectoria de la señal óptica, creando una distancia de transmisión de 35 metros.
Este sistema mostró una estabilidad confiable, bajo consumo de energía y alto rendimiento. A pesar de que se utilizó un esquema de detección simple, este nuevo sistema exhibió un ancho de banda de detección mucho más alto, lo que conduce a una tasa de datos más alta, en comparación con otros estudios que utilizan células solares de silicio comerciales con un área de detección grande como detectores.
Con el fin de optimizar este sistema para aplicarlo al mundo real en comunicaciones submarinas Xu y el resto de investigadores planean estudiar su rendimiento con señales ópticas débiles. Estas pruebas demostrarán cómo funciona el sistema en aguas con fango y/o en movimiento. A su vez, también están trabajando en hacer el sistema más práctico al ajustar parámetros clave como la cantidad de celdas solares en la matriz y el voltaje de polarización inversa necesario.
