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Led Inteligente - Conheça o Li-Fi

Olá! Até o final de 2020, especialistas estimam mais de 50 bilhões de dispositivos conectados à Internet sem fio. 



Isso está colocando este tipo de comunicação sob uma pressão crescente: o espectro de rádio usado para ela no Wi-Fi por exemplo está ficando congestionado devido ao fato das outras áreas de radiofrequência não serem permitidas ou, devidamente suportadas. O Trulifi da empresa holandesa Signify (Philips) é uma das alternativas ao problema. Ele consiste no sistema LiFi (Light Fidelity), que oferece comunicação sem fio bidirecional, confiável, segura, rápida e também, pode transmitir dados em altas velocidades. E diferentemente do Wi-fi (que usa ondas de rádio), o Li-Fi emprega lâmpadas de Led para transmitir as informações na rede de conexão. 



O quão rápido pode ser o Li-Fi?
O Li-Fi pode transmitir velocidades de até 100 Gbps, exigindo para isso uma mudança na tecnologia da iluminação. Relatórios de testes recentes mostram que o Li-fi é 100 vezes mais rápido do que Wi-Fi tradicional, que atua em velocidades médias a 10 Mbps. Outros testes com diferentes tipos de lâmpadas Led estudadas também indicam que o Li-Fi pode até chegar a mais de 100 Gbps de velocidade. 



Quando surgiu o Li-Fi?


O Li-Fi surgiu através de pesquisas do professor Harald Haas, presidente de comunicações móveis da Universidade de Edimburgo e co-fundador da pureLiFi.


Imagem: Harald Haas, o criador do Li-Fi 

Ele foi o primeiro a estudar esta tecnologia e usou o termo pela primeira vez durante uma palestra do TED, em 2011. Mas o projeto em 2010 já começaria a receber financiamentos para o seu desenvolvimento, através do Instituto de Edimburgo. A intenção do Li-Fi é que, onde quer que se tenha uma lâmpada - e existem cerca de 14 bilhões delas no mundo todo - se tenha potencial para uma conexão sem fio à Internet, o que na teoria transformaria qualquer poste de iluminação pública em um ponto de acesso à Internet. 

Como funciona o Li-Fi?


A tecnologia Li-Fi usa uma lâmpada Led real para estabelecer a comunicação de dados sem fios. A partir desta lâmpada, cria-se uma rede onde se é possível enviar dados, ouvir música, assistir vídeos e conectar-se a toda Internet. A tecnologia CLV (Visible Light Communications), funciona com 'piscadas de lâmpadas', a famosa frequência ou 'flicker' (um tipo de liga/desliga forçado propositalmente nas lâmpadas Led em períodos de nanossegundos, imperceptíveis aos olhos e ouvidos humanos). Os Leds são diferentes de qualquer outro tipo de lâmpada pois são semicondutores e, esta característica lhes dá uma alta capacidade de ligar e desligar em nanossegundos sem maiores problemas ao seu funcionamento, como ocorreria em uma lâmpada incandescente por exemplo, que romperia facilmente o seu filamento durante este processo.


No sistema Trulifi, as ondas de luz produzidas pela lâmpada Led transmitem os dados a uma chave de acesso USB conectada a um laptop ou tablet que, ao captá-los, os envia de volta para um transceptor concluindo a conexão a Internet num processo 'plug and play' - assim como um modem faz hoje com os sinais eletromagnéticos que são transmitidos através de cabos e também fibras ópticas. Um paralelo bem simples de entender o Li-Fi está no controle remoto das TVs, que utiliza uma forma muito rudimentar da mesma ideia, já que trabalha com sinais luminosos para o receptor do televisor, que compreende o padrão e aí então, aumenta o volume, troca de canal ou abre a Netflix. O Trulifi também pode ser adaptado a algumas luminárias Led já existentes. 

Testes


Um teste feito em 2013 por Chi Nan, professor de tecnologia da informação (TI) da Fudan University, localizada em Shanghai, China, conseguiu manter quatro computadores conectados à Internet por meio de uma lâmpada de Led apenas, com um alcance de 150 Mbps. Já  pesquisadores alemães atingiram a marca de 500 Mbps com equipamentos colocados a 2 metros uns dos outros. Na distância de 20 metros, a velocidade caiu para 100 Mbps. Até então a velocidade mais rápida já relatada era a de 3 Gb/s, alcançada pelo Instituto Heinrich Hertz Fraunhofer, na Alemanha. Em Junho de 2020, o instituto de pesquisa francês CEA-Leti anunciou que seus pesquisadores quebraram o recorde mundial de 5,1 Gbps em comunicações de luz visível (VLC) usando um único Micro Led azul GaN (imagem abaixo).



Sua taxa de transmissão de dados de 7,7 Gbps, alcançado com um Micro LedD de 10µm. Os Micro Leds permitem potências ópticas mais altas que outras. Quanto menor a área emissora no Led, maior a largura de banda na comunicação - como os 1,8 GHz alcançados no projeto do instituto francês. 

Vantagens:


O Li-Fi possui a vantagem de aptar-se a áreas sensíveis às ondas eletromagnéticas como cabines de aeronaves, hospitais e usinas nucleares pois, obviamente, não as possuem. Outra vantagem é que o espectro da luz visível é 10 mil vez maior que todo o espectro da rádio frequência conhecido. E a US Federal Communications Commission tem alertado ultimamente para uma potencial crise no espectro total do Wi-Fi, que está próximo de atingir o seu limite.



Os pesquisadores também vêem o Li-Fi como uma vantagem em relação a hackers pois, se o seu Wi-Fi hoje fica "visível" até fora da casa ou escritório, já no Li-Fi isso não acontece devido a ele não conseguir atravessar paredes, o que mantêm sua rede 'enclausurada' dentro dos ambientes de modo ultra seguro, livre de ataques criminosos. Outros sistemas Li-Fi funcionam até com as luzes Led esmaecidas ou completamente apagadas. Ele é inclusive 'amistoso' com as outras soluções convencionais de conexão: não causa interferência eletromagnética (EMI), de modo que sistemas Wi-Fi e Li-Fi, podem então ser usados ​​bem próximos, sem interferir um no outro. Isso é algo particularmente muito útil em ambientes urbanos densos, onde há muitos dispositivos móveis que precisam de dados de dados de alta velocidade, todos interferindo e se esbarrando entre si. E com o surgimento dos dispositivos de Internet das Coisas (IoT)  e casa/empresa inteligentes, problemas deste tipo só tendem a piorar. 



Outros casos de uso potencial de LiFi onde a comunicação RF (radio freqência) é um desafio são: 
- em robôs soldando máquinas em um ambiente industrial hostil, como fábrica de automóveis  
- em depósitos com muitas estruturas metálicas 
- hospitais, escolas, ambientes voláteis como minas ou fábricas de produtos químicos 

Desvantagens:


Como dito aqui, o fato das luzes em Led não poderem penetrar nas paredes como as ondas de rádio, fazem o Li-Fi ter alcance limitado a outros cômodos da casa ou empresa. Para contornar o problema, cada ambiente separado fisicamente por paredes deve ter a sua própria lâmpada Led Li-Fi para poder enviar informações aos dispositivos compatíveis localizados no cômodo. O alcance do sinal também é menor mesmo em áreas sem obstáculos: cobertura de sinal do LiFi é de cerca de 10 metros, enquanto no Wi-Fi é de 32 metros. Outro lado negativo deste tipo de conexão é que ela não funcionará com quase nenhum produto que use a antena Wi-Fi para conectar a internet, como a maioria dos smartphone, tablets, consoles, TVs e infelizmente ainda, todos os atuais dispositivos para a casa conectada/inteligente. Mas a tendência é essa situação mudar muito em breve. O LiFi também não pode, por razões óbvias, ser implantado sob a luz do Sol forte - embora possa transformar as lâmpadas da iluminação pública para elas fornecerem um tipo de Wi-Fi público noturno, juntamente com a própria Luz. 

O que preciso para ativar o Li-Fi dentro de minha casa?


Primeiramente, o usuário Li-Fi continuará recebendo o sinal de internet do seu provedor habitual. Só que o modem que vai transmiti-lo para o ambiente, estará conectado a toda rede elétrica local do imóvel. As lâmpadas Led com tecnologia Li-Fi serão então as transmissoras - lâmpadas incompatíveis terão que ser trocadas. Também os dispositivos que receberão o sinal Li-Fi devem ter um sensor foto-detector que receba os impulsos elétricos da lâmpada e os converta em dados de internet. 



Imagens: adaptador Li-Fi para notebook e transceptor LiFi Trulifi para se conectar a luminárias, da marca Signify

Onde o Li-Fi já está presente?   


Foi em 19 de Março de 2018 que o sistema Trulifi da Signify (até então ainda conhecida mundialmente como Philips Light) foi revelado ao mundo como solução Li-Fi, através dos painéis de iluminação Led proprietários para escritórios. 



Eles integravam um modem especializado diretamente no equipamento - que prometia velocidades de 30 Mbs sem comprometer a qualidade da luz emitida. Uma empresa francesa de investimento imobiliário, a Icade, começaria então a testar os painéis em seu escritório. 

No esporte, jogos de futebol foram suportados a conexão Trulifi da Signify pela primeira vez em Setembro de 2019, no Estádio Volkspark em Humburg, Alemanha. O sistema fornece há um ano, conectividade de Internet rápida e confiável a jornalistas e fotógrafos que acompanharam a temporada 2019-2020. Estádios geralmente têm dificuldade em fornecer redes de internet estáveis ​​para o centro de imprensa durante grandes eventos esportivos pois, o sinal sem fios costumavam ficar sobrecarregados.



Imagens: Estádio Volksparkstadion e o ponto de acesso LiFi Philips instalado  

Para resolver o problema, o Volksparkstadion em Hamburgo instalou o LiFi para transmitir dados e permitir até 250 Mbps para download e upload - criptografado e livre de interferências, com uma camada extra de segurança integrada. Registrar ao vivo os lances dos atletas sem atraso ou subir fotos e videos mais nítidos as nuvens de TVs e serviços de streaming, são algumas das vantagens do LiFi nos estádios. O sistema Trulify já foi instalado em mais de 100 projetos no mundo desde 2019.

E atualmente, será instalado (numa parceria com a operadora EDZOM)  em redes privadas de portos, aeroportos, minas, fábricas, setores de manufatura, petróleo/gás, polos logísticos e setor de geração de energia. 



O LiFi permite também a transmissão de dados a 6.000 metros abaixo do nível do mar. A Hydromea, braço da École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), desenvolveu um modem óptico miniatura que pode operar no oceano, sendo sensível o suficiente para coletar dados em velocidades muito altas a mais de 50 metros de distância da fonte receptora. Ondas de rádio (RF) dificilmente funcionariam debaixo d'água pois são facilmente absorvidas por elas, tornando a conexão sem fio à internet no mar por exemplo, quase impossível.




Mas, o modem subaquático LUMA se comunica através da luz Led azul, que pisca rapidamente e converte os dados em pulsos num piscar de olhos. Embora a água absorva rapidamente a maioria dos espectros de luz (as infravermelhas principalmente), apenas luz azul e a luz verde podem viajar tranquilamente por ela. As luzes vermelhsa e amarelas emitidas pelo Sol são absorvidas em apenas alguns metros. O equipamento da Hydromea é uma unidade totalmente mantida em um invólucro de plástico transparente para que não colapse sob as pressões extremas da água, tendo sido já testado no Oceano Pacífico a 4.280 metros abaixo do nível do mar por cientistas do Instituto Alfred Wegener de Pesquisa Polar e Marinha, da Alemanha.

Também agora em 2020, a EPM de Maastricht, Holanda (uma empresa de engenharia elétrica que instala soluções para segurança, dados, inspeção, serviço e manutenção) usou o Trulifi em seu próprio ambiente para experimentar e demonstrar a comunicação de dados rápida, segura e confiável do LiFi como uma alternativa à rede sem fio convencional. 



Disponibilidade e preços  


Não há informações sobre preços ou lançamentos em alguns mercados como o Brasil, mas a adoção do Li-Fi pode ser menos trabalhosa do que se pensa, já que existe também a possibilidade das novas lâmpadas poderem ser instaladas no lugar onde estão outras marcas compatíveis, com a ajuda de um adaptador. Aparentemente, está longe de termos o Li-Fi como uma tecnologia funcionando a pleno vapor em nossos lares porém, com o avanço das pesquisas poderemos tê-lo já em alguns poucos anos em nosso dia-a-dia. Os dispositivos necessários e compatíveis não deverão ser muito caros pois, grandes marcas fabricantes como Samsung e LG já estão cogitando incluir sensores Li-Fi em seus futuros smartphones e TVs. Também a fabricante Oppo registrou no final de 2019 uma patente de transmissão LiFi para celular.


Imagem: proposta de celular com Li-Fi da Oppo 

A câmera frontal pop-up do equipamento em questão seria equipada com um módulo retangular que pode ser usado na comunicação LiFi - também um módulo na câmera traseira converte os sinais fotoelétricos. Três dias depois do envio desta patente, a OPPO entrou com outro pedido, agora para uma versão LiFi doméstica do equipamento. 

O porque do Li-Fi ainda não emplacar, nas palavras do seu criador
 

"Minha grande ideia foi transformar lâmpadas em dispositivos de comunicação de banda larga para que elas não apenas forneçam iluminação, mas sejam um utilitário essencial... Os dados podem ser enviados adicionando um microchip a qualquer humilde lâmpada Led, fazendo-a piscar a uma velocidade fenomenal, milhões de vezes por segundo. É como enviar um sinal de código Morse com uma tocha, mas a uma taxa muito mais rápida e usando a linguagem que os computadores entendem. É uma tecnologia que não requer quase nenhuma nova infraestrutura: usamos o que já está aí. O espectro da luz visível não é utilizado, não é regulado e podemos nos comunicar a velocidades muito altas com ele. E o Li-Fi não está concorrendo com o WiFi, é uma tecnologia complementar que deve ajudar a liberar o espaço necessário dentro do próprio espectro de ondas de rádio hoje em saturação. Ainda precisamos do Wi-Fi, ainda precisamos de sistemas celulares de radiofrequência. Não podemos ter ainda uma lâmpada que forneça dados a um objeto se movimentando em alta velocidade ou, onde há árvores, paredes ou outros obstáculos por trás. Mas o Li-Fi pode transformar as viagens aéreas, permitindo que as luzes das aeronaves conectem celulares e laptops durante o vôo; também pode melhorar as condições para quem trabalha debaixo d'água - como em plataformas de petróleo - onde ondas de rádio não podem penetrar. O Li-Fi no carro pode ainda alertar motoristas quando outros veículos estão muito próximos. E ele oferece principalmente uma forma muito mais segura de transferência de dados porque, só pode ser interceptado por pessoas dentro da área de visão da fonte de luz em Led local... 

No início dos anos 2000, a taxa de dados enviados por Leds brancos era de cerca de um solitário 
megabyte por segundo. Hoje, esse número está perto de um gigabyte por segundo. No passado, os Leds eram fundamentais para melhorar a eficiência de conversão da energia elétrica em óptica. Agora, vemos que os Leds também estão aprimorando uma melhora na largura de banda elétrica, que é um parâmetro importante para alcançarmos uma comunicação de dados em alta velocidade. Existem também novas fontes de luz branca baseada em lasers que fornecem 10 Gbps. Este é um salto de melhoria de 10.000 nos últimos 20 anos. Essa tendência continuará. O Li-Fi se tornará ainda uma tecnologia convencional no futuro, não há dúvida disso em minha mente. Acho que as pessoas precisam entender que essa tecnologia é fundamentalmente diferente de todas as outras tecnologias sem fio existentes, o que significa que o ecossistema Li-Fi ainda está amadurecendo, está se desenvolvendo, enquanto educamos os mercados sobre os grandes benefícios da tecnologia. Leva tempo para construir um ecossistema tão complexo e garantir o seu suporte mais amplo, necessário para tornar o Li-Fi aí sim, popular. Posso ver um mundo onde o Li-Fi será integrado a um smartphone, ao lado de todas as outras tecnologias de radio frequência. Isso não seria brilhante?" , define Harald Haas.



Reece Williams, um especialista em Li-Fi do site LiFi.co, concorda com Harald Haas e diz acreditar que a tecnologia LiFi terá um papel bem definido no futuro: 

"Embora ela ainda não possa e, provavelmente também não irá substituir totalmente o Wi-Fi, será usada como uma tecnologia complementar, onde Li-Fi e Wi-Fi poderão se ajudar, liberando todo o potencial destas tecnologias em benefício da Internet das Coisas, realidade virtual e realidade aumentada.” 




Agora, todo o resto do mundo precisa ver e usufruir desta boa luz também.

ATUALIZAÇÃO EM 13-14/10/20

A Signify (antiga Philips Lighting) líder mundial em iluminação profissional, de consumo e para a internet das coisas (IoT), inaugurou oficialmente este mês na Grécia sua tecnologia Li-Fi. A Grécia é um dos primeiros países no mundo a contar agora de fato com esta nova tecnologia - incluindo aí sua garantia e devido suporte. Em parceria com o Grupo STIRIXIS, a empresa propôs a primeira instalação Li-Fi grega para a empresa gráfica Pressious Arvanitidis: prédio de escritórios, showroom e instalações de produção.



O Li-Fi segue também os passos de uma série de outros produtos inovadores na indústria de iluminação moderna - desde a construção da primeira lâmpada Led que substituiu as antigas lâmpadas incandescentes de 60 W até as mais recentes tecnologias para iluminação da casa conectada, iluminação autônoma solar e impressão 3D. O espectro da luz visível é 10.000 vezes maior do que todo o espectro do rádio (muito congestionado hoje devido ao seu uso excessivo, como no WiFi). Com a expectativa de que o tráfego móvel aumente até sete vezes mais em 2021, o Li-Fi pode carregar 300 THz de largura de banda livre em suas onda visíveis, tornando-o uma opção viável a todo esse excesso de demanda. A luz viaja 186.000 milhas por segundo, muito mais rápido do que os 344 metros por segundo viajados pelas ondas de rádio no ar. Isso torna a comunicação por luz virtualmente instantânea, fazendo do VLC o meio de comunicação mais rápido entre os disponíveis comercialmente hoje no mercado. 

Também a empresa americana Light Rider apresentou em Outubro de 2020 sua tecnologia Quantum LiFi para melhorar a segurança da rede de internet pela Luz em Led. A Light Rider anunciou dois produtos com criptografia quântica, prontos para revolucionar a segurança de rede das empresas e dos consumidores finais, criando assim um novo tipo de internet sem fio pela Luz com segurança incomparável, velocidade aprimorada e latência reduzida.



O Light Rider LT e o Light Rider Quantum são produtos que potencializam estas tecnologias quânticas, usando um software quântico e processadores quânticos proprietários e integrados para que se possa conectar facilmente a computadores e telefones celulares, selecionando então os dados que desejar-se criptografar via dispositivos Light Rider. Através da luz em Led existente no espaço de trabalho físico dos usuários locais, a tecnologia quântica impedirá ainda mais que pessoas indesejadas consigam acessar a conexão Li-Fi remotamente, tornando quase impossível hackeá-la e aproveitando o poder da computação quântica na criptografia dos dados para garantir segurança máxima ao navegar. A internet quântica permitirá no futuro que dispositivos quânticos troquem e processem informações mais rapidamente dentro do reino quântico, possibilitando recursos sem precedentes. Projetado para empresas com dados altamente confidenciais como organizações de saúde, instituições financeiras ou agências governamentais e mesmo consumidores finais, os produtos da Light Rider oferecerão uma variedade de benefícios como segurança, velocidade e latência reduzida no Li-Fi.

No Brasil  

O sistema de comunicação por luz visível (VLC - Visible Light Communication) também já está se tornando uma realidade palpável no mercado brasileiro. E promete um imenso potencial de expansão nas futuras redes de comunicações móveis. O interesse pelo sistema foi retomado nos últimos anos devido as suas vantagens de altíssima velocidade e também, robustez quanto a interferência eletromagnética. No INATEL (Instituto Nacional de Telecomunicações), pesquisadores do Laboratório WOCA (Wireless and Optical Convergent Access) conseguiram transmissões na internet utilizando o padrão para as redes de 5G, alcançando velocidades de até 20 Gbps para o usuário final. 



E os testes nos laboratórios do INATEL já visam as futuras redes 6G, previstas para 2030 - onde a velocidade pode chegar até 1 Tbps.



Em dezembro, o INATEL por meio do Centro de Referência em Radiocomunicações (CRR) criou o Projeto Brasil 6G, apoiado pelo Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI), que estabeleceu parceria com o 6G Flagship Project, da Universidade de Oulu, na Finlândia, líder mundial das pesquisas nas futuras redes de comunicações móveis. 

Uma Luz no Agronegócio 

O Li-Fi também está adentrando o gigantesco agronegócio brasileiro para funcionar com a fibra ótica, indo até as propriedades para ampliar assim a “vazão” do sinal das fazendas em duas vezes por meio de pontos centrais de luz em Led. O coordenador da pesquisa no INATELArismar Cerqueira Sodré Junior explica que: 

"Este sistema demandaria a chegada do sinal às fazendas, já que a luz não tem alcance de milhas. A partir daí, o sistema de comunicação por luz visível torna-se possível uma conexão de grande número de equipamentos graças à velocidade, que pode chegar a 1 Tbps" 


Deste modo a capacidade de uso de imagens, áudio e dados simultaneamente torn o Li-Fi ideal para o Agro 4.0 tomar decisões em tempo real e até mesmo para o Agro 5.0 (conceito “ fazendas fantasmas” que funciona apenas com robôs, softwares e mecanização, sem a intervenção humana) alcançar níveis superiores de automação e robótica. 

ATUALIZAÇÃO EM 05/11/20 

Primeiro gadget Li-FI?

A Taiwan's Getac Technology Corp acaba de lançar uma parceria para a fabricação do que se acredita ser o primeiro dispositivo a incorporar o Li-Fi em um produto realmente comercial: um tablet com Li-Fi integrado. Com sede na cidade de Taipei e escritório em Telford, Inglaterra, a Getac está oferecendo o robusto Tablet UX10 com Li-Fi da pureLiFi, de Edimburgo, Escócia, que usa o espectro de luz para transmitir dados modulando os sinais de fontes de Luz em LED. A adoção do Li-Fi tem sido um pouco prejudicada pela relutância geral dos fabricantes de gadgets até agora em incorporá-lo rapidamente a seus dispositivos da mesma forma como fizeram com o Wi-Fi e o Bluetooth. Embora os fornecedores de Li-Fi como a pureLiFi tenham miniaturizado bem os seus componentes eletrônicos de forma que eles possam ser incorporados aos aparelhos móveis, acredita-se que fatores como alto custo e falta de um padrão estejam no meio caminho. As implantações do Li-Fi até o momento ainda envolvem a adoção de equipados receptores, como os do tipo pen drive. Segundo a empresa, 

"... anteriormente, os usuários que desejavam capitalizar os benefícios da tecnologia Li-Fi tinham que contar com um 'dongle USB' conectado na lateral do dispositivo... Essa abordagem é altamente vulnerável até mesmo à mais leve batida ou queda, tornando-a inviável em muitos ambientes de trabalho, como os encontrados nos setores de defesa, segurança pública, automotivo, energia e manufatura.”

Vale lembrar que esta 'afirmação de vulnerabilidade' vem da visão de um fabricante que vende para ambientes fisicamente rigorosos como defesa, políciais e indústria pesada. A Getac é uma subsidiária de aproximadamente US$ 1 bilhão do Taiwan's US $ 40B MiTAC-Synnex Business Group.

A atual versão do Tablet UX10 oferece: 

- Bluetooth
- WiFi
- 4G LTE
- GPS integrado 
- 8 GB de RAM
- 256 GB de armazenamento
- Porta RS232 
- Tela de 10 polegadas 
- Leitor RFID 
- Bateria de alta capacidade 
- Resistência à quedas
- Tolerância à altas temperatura
- Tela LumiBond® (usabilidade em condições adversas)
- 1000 nits de brilho (legível mesmo sob a luz do sol ou sob chuva) 
- Toque com luvas 
- Certificação ATEX e IECEx Zona 2/22 para atmosferas potencialmente explosivas 

Fontes: Oficina da Net, Tecnoblog, Signify, LEdinside, Research Snipers, CNN, Digital Trends, Tek Deeps, Olhar Digital, Canal Rural  

Codlux® - Luz em Led

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