Due importanti riviste scientifiche internazionali – Scientific Reports e Advanced Optical Materials – hanno dato risalto a recenti studi condotti da team di ricerca italiani che hanno dimostrato un sistema innovativo di comunicazione basato sulla luce visibile (VLC) a LED e le antenne ottiche fluorescenti in applicazioni realistiche, mostrandone l’ottimo potenziale.
Le ricerche sono frutto della collaborazione tra l’Istituto di Telecomunicazioni, Informatica e Fotonica (TeCIP della Scuola Superiore Sant’Anna), l’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio nazionale delle ricerche di Sesto Fiorentino (Cnr-Ino), il Laboratorio LENS, l’Istituto di chimica dei composti organometallici del Cnr (Cnr-Iccom), il Dipartimento di Chimica “Ugo Schiff” dell’Università di Firenze e il Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell’Università di Pisa.
Il sistema, testato presso i laboratori della Scuola Superiore Sant’Anna, mostra come sia possibile realizzare sistemi di trasmissione dati wireless, stabili e a basso costo utilizzando LED bianchi commerciali e concentratori solari fluorescenti (LSC): tale tecnologia, che sfrutta materiali in grado di assorbire e riemettere la luce visibile, consente di superare i limiti dei ricevitori tradizionali, offrendo un ampio campo visivo, maggiore efficienza nella raccolta del segnale e una velocità di risposta adeguata per applicazioni reali, come la trasmissione video in alta definizione o l’accesso a Internet in ambienti indoor.
Dalla teoria alla pratica: video HD trasmesso via luce
Una delle principali novità introdotte in questa ricerca è l’uso combinato di un Concentratore Luminescente e di LED ad alta potenza per l’illuminazione, sfruttando quindi la sinergia tra illuminazione e comunicazione. Nel primo studio, i ricercatori hanno realizzato e testato un sistema VLC integrato con le reti cablate esistenti, come l’Ethernet, capace di trasmettere un flusso video HD a 10 Mbit/s su una distanza di 2 metri. Il sistema, che utilizza un LED bianco da soffitto come trasmettitore e sfrutta un ricevitore VLC basato su LSC, sviluppato da Cnr-Ino in collaborazione con Cnr-Iccom e UniPi, ha mostrato ottime prestazioni in termini di sensibilità e campo visivo, anche senza allineamento preciso tra trasmettitore e ricevitore. In altre configurazioni, con l’utilizzo di modulazioni più avanzate, sono state dimostrate velocità di trasmissione superiori ai 70 Mbit/s.
“La comunicazione in luce visibile ha il potenziale di rivoluzionare le reti di comunicazione, offrendo un’alternativa sicura e pervasiva alle tradizionali tecnologie wireless, dato che ogni sorgente luminosa a LED può essere trasformata in una sorgente di dati.” afferma Giulio Cossu, ricercatore della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa. “Abbiamo dimostrato che è possibile realizzare un collegamento ottico wireless stabile e veloce usando componenti semplici e facilmente integrabili negli ambienti quotidiani, integrabile con le reti che si usano ogni giorno”.
Lo studio e la preparazione dei concentratori solari luminescenti, originariamente utilizzati per la conversione di energia solare, sono stati curati dal gruppo guidato da Andrea Pucci, professore ordinario del Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell’Università di Pisa in collaborazione con Massimo Calamante, primo ricercatore del Cnr-Iccom di Sesto Fiorentino.
Nel secondo studio, i ricercatori hanno sviluppato e confrontato tre diversi materiali fluorescenti per identificare le soluzioni più adatte alle diverse applicazioni: dalle comunicazioni indoor (Li-Fi) a quelle basate sui laser. “Questi risultati dimostrano che è possibile progettare antenne ottiche innovative, calibrandole per la specifica applicazione, scegliendo il materiale più adatto in base alle esigenze di velocità, efficienza e stabilità,” aggiunge Jacopo Catani, dirigente di ricerca del Cnr-Ino, che ha coordinato la realizzazione e la caratterizzazione dei nuovi ricevitori e il loro utilizzo in questo tipo di applicazioni. “In particolare, il fluoroforo H2 rappresenta una piattaforma estremamente promettente per le future generazioni di sistemi di comunicazione, considerato che nel nuovo standard 6G le comunicazioni wireless basate sulla luce rappresenteranno un elemento centrale, soprattutto in combinazione con le nuove sorgenti LED e laser a luce bianca.”
Si apre, così, la strada a una nuova generazione di reti ottiche wireless, ideali per ambienti dove le comunicazioni radio sono limitate o indesiderate, ma anche in negozi, ospedali, musei, scuole e uffici.
Gli studi sono stati realizzati con il supporto delle iniziative PNRR “RESTART” e “I-PHOQS”, due iniziative finanziate con il supporto del programma NextGenerationEU, e con il supporto del Cnr (Progetti Ricerca@CNR FLUOCOM), che pongono l’Italia in posizione di avanguardia per la ricerca di frontiera in settori altamente strategici: quelli della fotonica, delle telecomunicazioni e delle scienze quantistiche.
