Místo Wi-fi světelné Li-Fi

LED diod přibývá, rozsvěcujeme je ve veřejných a kancelářských budovách, ale i u sebe doma. Tohoto osvětlení lze ovšem využívat i jinak: k přenosu dat. Nahradí v některých případech takzvané Li-fi současný přenos pomocí Wi-fi technologie? Petr Chvojka si myslí, že je to docela dobře možné. Za svou dizertační práci Visible Light Communications for Indoor Applications získal letošní Cenu děkana Fakulty elektrotechnické ČVUT.

Jedenatřicetiletý vědecký pracovník Katedry elektromagnetického pole Fakulty elektrotechnické ČVUT patří mezi techniky, kteří hledají další možnosti, jak šířit vysokorychlostní internet nejen do mobilních zařízení. Nová technologie s názvem Li-Fi by mohla částečně, nebo i zcela nahradit současnou Wi-Fi. „Na japonské univerzitě zazněly první takové nápady před patnácti lety, což je poměrně krátká doba, ale i přesto už se podařilo dosáhnout zajímavých výsledků. Li-Fi by dokonce mělo být součástí sítí nové generace 5G či 6G,“ vysvětluje Petr Chvojka. První firmy už novinku testují.

Co vlastně Li-FI, přenos signálu pomocí viditelného světla, jímž jste se ve své oceněné dizertační práci zabýval, přináší? Jak se počítá s jeho využitím?
Li-Fi je zkratka pojmu Light Fidelity, takže se v podstatě jedná o přenos nějaké informace – například fotky, videa, e-mailu – pomocí viditelného bílého světla. K tomu se využívají LED diody, které stále více nacházejí uplatnění v infrastrukturách osvětlení veřejných či kancelářských budov, ale i v našich domovech. Základní myšlenkou tedy je, využívat tohoto osvětlení i k přenosu dat. Takže díky velkému rozšíření LED osvětlení můžeme najít širokou škálu aplikací jako třeba lokalizační systém ve veřejných prostorách, jakými jsou muzea, nemocnice, knihovny, v průmyslových provozech či v letadlech. Využití najde i v komunikaci mezi automobily, v dopravní infrastruktuře, veřejném osvětlení a komunikaci mezi věcmi, známé jako Internet of Things.

Technologie Li-Fi je poměrně nová, jedná se tedy zatím jen o experimenty, nebo už jsou konkrétní výsledky a využití v praxi? 
První nápady začaly vznikat na počátku nového tisíciletí na japonské Keio University, takže můžeme mluvit o nějakých patnácti letech výzkumu, což je poměrně krátká doba. Ale i přesto už se podařilo dosáhnout velmi zajímavých výsledků. Li-Fi by také mělo být součástí sítí nové generace 5G či 6G. Ale pochybuji, že v současné době přijedete někam do hotelu a bude tam instalována Li-Fi, takové mainstreamové rozšíření není v tuto chvíli ještě možné. Nicméně už se objevila řada firem, které nabízejí komerční produkty, první byl vydán v roce 2014, nebo rovnou celé systémy. Přijímač pak vypadá například jako USB disk, který se zastrčí do notebooku a umožňuje přístup na internet. Momentálně například společnost Philips testuje svůj Li-Fi systém v kancelářském komplexu v Paříži.

Co je jeho hlavní výhodou? A je jeho budoucnost v průmyslu, například v automobilech, nebo je to spíše varianta pro domácnosti či cestování?
Výhodu vidím zejména v tom, že k přenosu dat využíváte osvětlení LED, které je velmi rozšířené. Z využití LED plynou pak další výhody jako menší energetická náročnost, nelicencované pásmo pro přenos signálu, absence elektromagnetického rušení. Z toho vyplývá, že Li-Fi má skutečně široký záběr aplikací. Nicméně myslím, že hlavně zpočátku bude Li-Fi rozšířena hlavně v kancelářských komplexech, jak již bylo zmíněno, a v automobilovém průmyslu.

Mají o tuto technologii zájem firmy? Jsou ochotny výzkum v této oblasti financovat?
Ano, celá řada firem investuje do dalšího vývoje celé technologie. Z těch známých mohu jmenovat například Osram či Ford, se kterými na vývoji spolupracujeme v rámci velkého evropského projektu Vision. Mezi další patří třeba Phillips, BMW, Siemens, Disney, Samsung nebo Network Rail, což je provozovatel železniční sítě ve Velké Británii.

Jak jste se vlastně dostal k výzkumu této technologie a zvolil ji za téma své dizertace?
Úplně poprvé jsem o něčem takovém slyšel od profesora Zvánovce, když jsme debatovali, co by mohlo být náplní mé práce. Souhlasil jsem, aniž bych měl nějaké hlubší povědomí, co za výzkum mě čeká.

Dizertace je náročná, z praxe přitom přicházejí lukrativní nabídky, zatímco studenti doktorských programů berou jen pár tisíc korun. Jaká byla vaše motivace odolat soukromému sektoru a zůstat u studia?
Neřekl bych, že ty nabídky jsou až tak lukrativní, ale finančně zajímavější než doktorát asi budou. Před nástupem na doktorát jsem se rozhodoval mezi studiem a zaměstnáním, kde jsem v té době pracoval. Asi zvítězila zvědavost po neznámém. A později už jsem jednoduše nechtěl odcházet od rozdělané práce a zahodit jen tak měsíce či roky, které jsem studiem strávil. Začínal jsem navíc úplně od nuly, zpočátku jsme k problematice neměli vůbec nic, ani řádek kódu. Bylo pak celkem motivující vidět postupný vývoj, kdy se nám krok po kroku dařilo budovat kvalitní zázemí pro naše pracoviště, a stali jsme se respektovaným týmem v této výzkumné oblasti. Hodně záleží, na jakých projektech jste dále zaměstnán, což se liší od vedoucího k vedoucímu. Pak si můžete i finančně velmi přilepšit.

Co je tedy pro dokončení doktorátu nejdůležitější?
Důležitá je také motivace doktorát dokončit, u které hraje velkou roli právě vedoucí. Já jsem měl štěstí, že mým školitelem byl profesor Stanislav Zvánovec, uznávaná autorita, který vede na katedře výzkumný tým bezdrátové a vláknové optiky. Nebýt něj, nikdy bych na doktorát nešel. Díky jeho přístupu jsme si rozuměli od začátku velmi dobře a náš vztah byl a je spíš jako mezi přáteli než mezi šéfem a podřízeným.

Vztah k technice či přímo k radioelektronice jste měl od dětství?
K technice jsem asi trochu vztah měl – asi jako každý kluk, ale spíš takový ten povrchní uživatelský. K radioelektronice pak vůbec. Dokonce ani v rodině nemám nikoho, kdo by se něčemu trochu podobnému věnoval. Nějaký vztah jsem si vybudoval až na konci magisterského studia.

Podle čeho jste si tedy vybíral školu?
Studoval jsem osmileté gymnázium, kam jsem nastupoval již po páté třídě. Takže v té době to nejspíš nebylo nějaké racionální rozhodování, spíš něco ve smyslu: Proč to nezkusit. Univerzitu jsem pak vybíral hlavně s ohledem na svou další budoucnost a možnosti zaměstnání, proto byl technický obor volbou číslo jedna.

Občas se diskutuje o tom, zda je pro technické vysokoškolské studium lepší průpravou gymnázium, nebo průmyslovky, které jsou více spojeny s technickou praxí. Jak to vidíte vy?
To, že jsem absolvoval všeobecné gymnázium, jsem osobně viděl spíše jako svou nevýhodu. Člověk má sice možná o něco málo větší základy matematiky či fyziky, ale drtivá většina předmětů je technických, takže pro mě spousta věcí byla nová a s elektrotechnikou jsem začínal v podstatě od nuly.

Počítáte s tím, že se ve své vědecké práci budete dál věnovat výzkumu v optické komunikaci?
Zatím rozhodně ano. Člověk se stále učí nové věci, aby mohl přijít s nějakým lepším, inovativnějším řešením. Musíte sledovat vývoj toho, čím se zabýváte, abyste nacházeli inspiraci a nezůstávali se svým výzkumem pozadu. To je pak samo o sobě dost motivující.

V laboratoři pracujete spíš sám, nebo je to týmová práce?
Někdy je ta práce individuální, někdy zase pracujete ve dvou, třech lidech. Často problémy s někým konzultujete. Pracovat na všem úplně sám by opravdu nešlo, spolupráce je velice důležitá, hlavně pak ta mezinárodní, pokud chcete být trochu vidět. Pravidelně k nám přijíždějí do našich laboratoří zahraniční doktorandi a výzkumní pracovníci, se kterými pak dále rozvíjíme spolupráci. A samozřejmě to platí i opačným směrem. Je také dost běžné, že zapojujeme do našich projektů i nadané studenty a dokážeme je finančně podpořit z například z projektů Studentské grantové soutěže, které jsou vyloženě pro ně. Často se pak jejich práce prolíná s diplomovou či bakalářskou prací, což je pro ně výhodné.

Co vás na současné práci nejvíc baví?
Je výborné, že se neustále učíte něco nového, vymýšlíte nové přístupy, snažíte se inovovat. Na jednu stranu jste svázání fyzikálními zákony, na tu druhou pak ale potřebujete také značnou míru kreativity, tvůrčí činnosti. Pro mě je pak například práce v laboratoři příjemnější než například čtení odborných článků. Nějaký problém můžete řešit jednu hodinu, ale také třeba týden. Takže občas to může sklouznout do stereotypu, ale to už je něco, s čím musíte počítat.

Takže vás přechod do komerční praxe zatím neláká? Jistě byste ve vašem oboru našel zajímavé uplatnění, předpokládám, že včetně dobrého platu, o techniky je teď celkově nouze.
Zatím ne, vyhovuje mi i ta míra volnosti, kterou mi má práce dává, vzhledem k mé rodině. Mám malého syna…

Na studium elektrotechniky si všichni troufnout nemohou, přitom absolventi mají v podstatě zajištěnou budoucnost. Je náročné, takže u mnoha dětí či středoškoláků vítězí spíše humanitní obory. Jak by se podle vás měl ještě víc podporovat vztah k technice, aby se jí školáci nebáli? Vy sám se zapojujete například do Dnů otevřených dveří na fakultě, kde představujete bádání v „anténní“ laboratoři. Je těžké lidem přiblížit, na čem zde pracujete?
Je pravda, že do technických oborů se dnes studentům moc nechce, což naše katedra velmi pocítila na jejich úbytku ve vyučovaných předmětech. Při různých akcích zájem mají, ale chce to trochu času jim tu problematiku nějak lidsky přiblížit. Přeci jen celá řada věcí je často velmi abstraktní. Musíte si k zájemcům najít vlastní cestu. I na naší katedře se snažíme studentům více otevřít a letos v únoru jsme pořádali první ročník akce EMiT, kde zájemcům přibližujeme problematiku, kterou se zabýváme, zábavnější cestou. Zájem byl nečekaně velký, takže budeme chystat i další ročník.

Jaké mají mladí vědci u vás na fakultě podmínky pro svoji práci? Mám na mysli nejen ty zmíněné finance, ale i vybavení moderními přístroji, přístup starších kolegů…
Pokud budu mluvit za naši katedru, tak přístrojové a programové vybavení je opravdu na vysoké úrovni. Finančně je to už, obecně, horší a je to velice individuální. Rozdíly v příjmech doktorandů se mohou pohybovat od základního stipendia až po standardní platy, které jsou srovnatelné s komerční sférou. Finance jsou dle mého asi největším problémem začínajících vědců. I když znám pár kolegů, kteří i přes horší finanční zázemí doktorát dokončili, protože je samotný výzkum velice zajímal. Nedílnou součástí výzkumu je pak účast na zahraničních konferencích, kde můžete poznávat i zajímavé světové lokality, což je ta pozitivní stránka věci.

A srovnání se zahraničím? Ve svém oboru jste zapojený do mezinárodní komunity, tak jistě spolu mluvíte i o zázemí a podmínkách, za kterých se daří posunovat technologie dopředu…
Co jsem měl možnost poznat, tak laboratorní zázemí máme leckdy i lepší než na významnějších univerzitách v zahraničí. Na druhou stranu, například ve Velké Británii si musí studenti za doktorské studium platit nemalé částky, pokud nedostanou příspěvek formou nějakého stipendia. Obecně lze ale říci, což není žádná novinka, že věda je v porovnání se zahraničím v naší zemi podfinancována.

Jak důležité jsou pro vás mezinárodní kontakty?
Mezinárodní spolupráce je opravdu klíčová, ať už v rámci projektů či při setkávání se na konferencích. Pokud budu hovořit za náš optický tým na katedře, máme kolegy jak na českých, tak na zahraničních univerzitách – zejména pak ve Velké Británii, Španělsku či Francii. Neměli bychom zapomenout také stáže zahraničních pracovníků u nás a naopak. V řadě projektů si navíc jen s optikou nevystačíte, takže máme i mezioborovou spolupráci – návrhy antén, elektroniky.

Studium či práce v oboru v zahraničí vás nelákalo?
V zahraničí jsem byl díky doktorátu několikrát. Ať už pracovat na zahraniční univerzitě nebo jako účastník konference. Ano, krátkodobější práce by mě lákala, ale v tuto chvíli to pro mě není aktuální téma.

Jaké jsou podle vás podmínky dnešních studentů pro studium?
Myslím, že dobré, alespoň pokud budu mluvit o programu Elektronika a komunikace, kde je naše katedra velmi zapojena. Hodně pak samozřejmě záleží na samotných vyučujících, jak jsou schopni studenty oslovit, podat jim problematiku a motivovat je. Naproti tomu přechod k vědecké práci. Ten už není úplně snadný. Pro mnohé to není atraktivní povolání a zpočátku finančně člověk zaostává ve srovnání se soukromou sférou.

Co by se podle vás mělo zlepšit?
Tady se stále točíme kolem financí, i když i tato stránka se pomalu zlepšuje. Hlavně zpočátku to finančně atraktivní pro člověka moc není, když budeme brát v potaz, že doktorand odpracuje stejně hodin jako člověk zaměstnaný v soukromé firmě. Musím ale také podotknout, že hodně záleží na osobě školitele. Pracovat na stejné katedře zdaleka neznamená mít stejné zázemí.

Na ČVUT, jako na většině českých univerzit, zatím není síň slávy, kde by byly obrazy absolventů – nositelů Nobelovy ceny. Sám prorektor pro vědecko-výzkumnou činnost, profesor Zbyněk Škvor, v nedávném rozhovoru pro časopis TecniCall uvedl, že na ČVUT vědcům nejde jen o nové objevy, ale že přispět mohou i aplikacemi těch dřívějších. Jste mladý, takže jste možná větší optimista, že by se i na pražské technice mohl zrodit průlomový nápad či technologie, nebo se tu dokonce „narodil“ příští nositel zmíněné Nobelovy ceny?
Na ČVUT už vznikla celá řada skvělých nápadů a aplikací, které měly světový ohlas. Tak vlastně proč ne.

Který technický objev či vynález z posledních let vlastně zaujal nejvíc vás?
Nechci jmenovat jeden konkrétní objev. Obecně mě fascinuje, jakým technologickým vývojem jsme prošli za posledních sto let, nad tím neustále kroutím hlavou.

Autorka působí v nakladatelství ČVUT Česká technika.