Вести Науки: последние открытия, тенденции и мифы в области науки и техники.

Светодиоды: хороший, плохой, синий

  • Автор  Антонина Кузьмина

Новые возможности светодиодов по управлению суточными ритмами человека обещают весьма широкое применение этой техники — от освещения МКС до контроля состояния пассажиров авиалайнеров.

В чём тут скрытые угрозы и есть ли потенциальные преимущества?

Мы уже писали о том, что голубая часть видимого спектра отвечает за регулирование нашей активности: видя интенсивный синий или голубой свет, человек подсознательно считает, что сейчас день, время активности. Мелатонин не вырабатывается, мы чувствуем себя всё время настороже, гормональная активность повышена и так далее. Понятно, что нехватка голубого света днём — это плохо (зимняя депрессия, например), а вот ночью его отсутствие необходимо, иначе о полноценном отдыхе (сне в течение всей ночи) можно забыть.

Долгое время проблемы не было. Лампочка накаливания — кого бы вы ни считали её изобретателем — имела к дневному свету не больше отношения, чем спорадические костры Homo erectus. Лампы накаливания генерируют свет, находящийся ближе к красной части спектра, и на мозг почти не воздействуют. Компактные флюоресцентные светильники (не жёлтые) дают свет, максимально приближенный к голубому и зелёному (смешиваясь, цвета кажутся белым). Но его интенсивность существенно ниже естественного дневного голубого света неба, так что особой проблемы нет.

Всё изменили светодиоды.

Светодиоды: хороший, плохой, синий
Красноватый оттенок ламп накаливания почти никогда не соответствует возбуждающим или тормозящим наш суточный ритм цветам, и даже флюоресцентные лампы не воздействуют на него. А вот светодиоды делают ночь днём. (Иллюстрация New Scientist.)

Дело в том, что светодиодов белого света не существует. Их делают из излучающих синий, просто с использованием фосфорного покрытия, которое под действием синего света начинает светиться жёлтым, и смесь его с голубым даёт ощущение белого. И всё равно от светодиода идёт сильнейший поток синего света, причём не во всё стороны, как от обычной лампы, а довольно плотным пучком. Если (точнее — когда) такой пучок попадает в глаза, организм уверенно снижает выработку мелатонина и спать полноценно не может.

Это хорошо, если вы освещаете светодиодами автостраду: там можно светить хоть чистым голубым, водители не заснут. Это плохо, когда речь идёт о жилищах и уличном освещении жилых кварталов, ибо сразу после выключения лампы мелатонин вырабатываться не начнёт: нужно время, плавный переход от голубого полуденного света к красноватому закатному. «Вы [становитесь] более уязвимы к сердечно-сосудистым заболеваниям, лишнему весу, раку и желудочно-кишечным хворям», — полагает Мариана Фигейро из Центра исследований освещения Политехнического института Ренселлера (США). Не остаётся в стороне и живая природа. На Гавайях установили, что новые светодиодные источники ночного искусственного освещения очень плохо рассеиваются воздухом в сравнении с нормальными: их видно на километры. А пернатым — на десятки километров. Птенцы морских птиц учатся летать ночью, ориентируясь на отражение Луны и звёзд от воды. Путая их ночью с лампами уличного освещения, они пытаются подобраться к ним ближе и рано или поздно падают от истощения замертво. Зелёные морские черепахи — в основном детёныши, которые также ориентируются по поверхности воды, — плывут к берегу, где становятся добычей многочисленных хищников.

Выход есть: нужно, чтобы качества новых источников света изначально учитывались при планировании их целевого назначения. «”Всё в одном” больше не работает», — подчёркивает та же исследовательница. Наилучший выход — в создании смешиваемого в требуемых пропорциях и настраиваемого светодиодного освещения. Смесь красного, зелёного и синего, с регулированием их удельного веса, может дать освещение, начинающееся с синего и жёлтого утром и после полудня постепенно снижающего долю синего в пользу красного. Сон сам будет приближаться к человеку, как это происходит в природе.

НАСА — одна их организаций, заинтересованных в этом больше всего. На МКС есть два источника света: ограниченно используемое Солнце, встающее и закатывающееся каждые 90 минут, и флюоресцентные лампы. Результат: космонавты спят не более шести часов, хотя строжайшая инструкция предупреждает: «не менее восьми».

Чтобы снулые астронавты не наделали ошибок, НАСА мечтает о свете, который мог бы регулировать жизненные циклы людей без неприемлемых в космосе снотворных. Поэтому Джордж Брэйнард, специалист по сну из Джефферсоновского медицинского колледжа (США), испытывает сейчас гибко настраиваемую систему светодиодного освещения.

Окрашенный жёлтым утренний свет постепенно должен будить астронавтов, а свет с большой долей синего будет действовать после начала рабочего дня. Красноватый сопроводит людей после окончания трудовой вахты и до начала сна. Ввод новой системы на МКС намечен на 2015 год, после окончания полного испытания на Земле. Однако г-н Брэйнард полагает, что светодиоды могут пойти дальше орбиты, то есть ниже. Такие же системы на Земле могут принести ещё больше пользы. На орбите и Солнце, и лампы регулярны, у них всегда одно расписание. Зимние вечера длинны, и мы вырабатываем слишком много мелатонина. Настраиваемый свет может увеличить длительность голубого света зимой, предупреждая зимнюю депрессию. Правда, учёный сдержан: на это уйдёт ещё много лет, ибо мы пока не полностью представляем результаты такого регулирования светового режима и то, как оно влияет на все системы организма.

Светодиоды: хороший, плохой, синий
Врачи рекомендуют синий свет от зимней депрессии, но после перехода на светодиоды в обществе не останется неантидепрессивных ламп. (Иллюстрация Jeff Wilcox.)

Впрочем, многие не так осторожны. Boeing, вероятно, «не знает» о позиции людей, работающих на НАСА: компания уже выбрала для освещения нового Boeing 787 Dreamliner не «белые» светодиоды, а трёхцветные: синий красный, зелёный. Цель элементарна: во время трансконтинентальных перелётов свет переключают на красноватый слабый, перед прилётом — на интенсивный синеватый. В общем, пассажира можно будет «включать» и «выключать» эффективнее, чем когда-либо.

Так придёт ли эта радость в ваш дом? Для настраиваемого светодиода нужно иметь возможность излучать три света: красный, зелёный и синий. Пока зелёные светодиоды тормозят всю троицу. Они радикально менее эффективны, чем синие и красные. Чем больше энергии получает зелёный светодиод, тем меньше зелёного в его свете. Однако недавнее исследование показало, что происходит это лишь потому, что светодиод, излучающий зелёный свет, имеет нарастающую утечку электронов, которую можно избежать относительно простой модификацией управляющей электроники. В общем, всё ещё очень дорогие настраиваемые по цветности системы вполне могут прийти в наши дома раньше, чем мы думаем…

Подготовлено по материалам NewScientist.

Источник




Главной целью проекта является распространение научных знаний в современной и доступной форме. Наша команда опытных журналистов стремится к популяризации научного подхода к окружающей действительности и предлагает Вам ознакомиться с последними открытиями, тенденциями и мифами в области астрономии, биологии, медицины, физики, психологии и прикладных наук. Все права на материалы, находящиеся на сайте "Вести Науки", охраняются в соответствии с законодательством РФ, в том числе, об авторском праве и смежных правах. При любом использовании материалов сайта, гиперссылка (hyperlink) на VestiNauki.ru обязательна. ©VestiNauki.ru 2011-13

Top Desktop version