FotonMag

Rozvoj technologií LED v posledním desetiletí umožnil nejen pěstování plodin v interiéru (hortikultura), momentálně už slouží i na rybích farmách (akvakultura). Nový vývoj v oblasti akvakulturních LED nyní ohlásila nizozemská společnost Signify, která mimo jiné produkuje osvětlení pod značkou Philips. Podle Signify má osvětlení velký význam pro zvýšení produkce i prosperity chovaných ryb, jako je losos, okoun či pražma.

Podobně jako rostliny pěstované uvnitř vyžadují velice specifické světelné podmínky, nejinak je tomu i rybích farem, ať už se nachází na pevnině nebo na moři. Zatímco plodiny vyžadují především správný poměr červené složky světelného spektra, u akvakultury je zase třeba myslet na specifické podmínky šíření světla pod vodou, na citlivost rybího zraku a na působení světla na rybí fotoreceptory šišinky mozkové, které ovlivňují jejich aktivitu. Signify při vývoji akvakulturních LED technologií spolupracuje s univerzitami (Stirling University, Bergen university) a financuje doktorandské a postdoktorandské programy.

Nové akvakulturní LED osvětlení Philips tak slibuje díky optimalizovanému kontrastnímu poměru zejména nižší poměr konverze krmiva na výsledné maso (tzv. feed conversion ratio). Rybí krmivo pokryje až 50 % provozních nákladů a čím nižší je tento poměr, tím lépe pro chovatele. Osvětlení má také pomalý náběh rozsvícení i stmívání, což má redukovat stres ryb. Losos je také za pomocí umělého osvětlení udržován v kontinuálním stavu léta, aby se zabránilo tření a zachovala se chuť a textura typická pro fázi růstu.

Obzvláště u mořského chovu ryb se světla instalují do hloubky přes 5 metrů pod hladinou. To má za následek, že ryby plavou spíše v nižších hloubkách a vyhýbají se tak těm úrovním, kde se nachází rybí parazité. U norského lososa chovaného na farmách přitom stojí „odvšivení“ ryb až 10 % provozních nákladů. A nakonec, instalace světel do větších hloubek také redukuje světelné znečištění.

Zdroj: ledinside.com

Obnovitelná energie – zejména ta sluneční a větrná – se často potýká se skepticismem ohledně její úschovy. Standardní akumulátory nejsou udržitelným řešením, neboť světové zásoby lithia jsou velmi omezené a jeho těžba je navíc devastující pro životní prostředí. Zlom by nyní mohl přinést probíhající výzkum inženýrů z MIT. Ti se namísto akumulátorů zaměřili na tzv. superkondenzátory z těch nejobyčejnějších a nejlevnějších materiálů – cementu a sazí. O svém počinu informovali v recenzovaném časopise PNAS, který vydává americká Národní akademie věd Spojených států amerických (NAS).

Kondenzátor je v principu jednoduché zařízení, které sestává ze dvou vodivých desek ponořených do elektrolytu a oddělených nevodivou membránou. Při napojení kondenzátoru na napětí se u desek akumulují pozitivně a negativně nabité ionty, čímž vzniká elektrické pole. Takto nabitý kondenzátor pak v sobě dokáže udržet oba náboje po dlouhou dobu. V případě velmi vysokých hodnot nábojů se mluví o superkondenzátorech.

Takový superkondenzátor výzkumníci z MIT vytvořili přimícháním uhlíku do betonové směsi. Použity byly saze, jež mají přirozeně vysokou vodivost. Ulíková příměs tvoří zhruba 3 % celkového objemu.  Při procesu zasychání pak hydrofobní uhlík utváří v materiálu zajímavé struktury podobné propojeným drátům. Tyto struktury jsou navíc fraktálové – na hlavních větvích se tvoří menší větve na kterých se pak tvoří ještě menší větvičky. Celkový materiál se pak namočí nějakým standardním elektrolytem, jako je chlorid draselný (draselná sůl). Pokud se nyní dvě masy tohoto matriálu oddělí tenkým izolantem, například vzduchem, vznikne výkonný a velmi levný superkondenzátor.

Betonový superkondenzátor velkých rozměrů by například mohl sloužit jako základy domu. Podle propočtů by sazemi dopovaný beton o velikosti 45 metrů krychlových mohl poskytnout kapacitu k uložení 10 kW/h energie. To je množství, které průměrně spotřebuje domácnost za den. Jestli je ale něco takového proveditelného i v praxi, to se teprve ukáže. Výzkumníci doposud své betonové kondenzátory demonstrovali jen v malém měřítku, kdy s nimi úspěšně rozsvítili třívoltovou LED. Podle nich je však tato technologie velmi dobře škálovatelná a postupně tak chtějí navyšovat velikost až k oněm obřím 45 metrům krychlovým.

Zdroje: led-professional.com, www.pnas.org

Jeden z největších výrobců osvětlovací techniky na světě ams OSRAM uvádí na trh dvě nové červené LED určené pro hortikulturu, tedy vnitřní pěstování plodin. Rakouská společnost tak slibuje lepší efektivitu osvětlení v tomto neustále se rozšiřujícím odvětví, které je energeticky poměrně náročné.

Rakouský výrobce nahrazuje své stávající čipy RM5 novou generací 660 nm RM6 Hyper Red. Vyzařovací efektivita (tj. efektivita konverze elektrické energie na energii světelnou) RM6 teď již dosahuje hodnoty 78,8 %. Dominantní vlnová délka je 640 nm s vrcholem na hodnotě 660 nm.

Podle vyjádření mluvčího společnosti tak nová generace RM6 přinese oproti své předchůdkyni až 18 % ušetření nákladů nebo zvýšení výstupu o 21 %. Ohlášená novinka přichází v době, kdy jsou světové ceny energií na vysoké hodnotě. Pěstitelé upouštějí od investic do nového osvětlení a hortikulutrní LED tak nyní zažívají výrazný pokles prodejů. To vede LED průmysl k tomu, aby vzdělával pěstitele a veřejnosti ohledně výhod hortikulturního osvětlení, které v budoucnu může hrát svou roli i v zajištění potravinové bezpečnosti.

Vedle nového čipu RM6 společnost Osram vypustila i novou hortikulturní LED 640 nm Optimal model s dominantní vlnovou délkou 630 nm. Různé vlnové délky mohou mít ve vnitřním pěstování různý efekt na výnosnost, stejně jako na prevenci houbových a bakteriálních infekcí. To je nyní předmětem mnoha výzkumů a testování.

Zdroj: ledsmagazine.com

Jeden z největších výrobců a vývojářů LED na světě, Lumileds sídlící v Kalifornii a Nizozemí, se rozhodl zaměřit na noční osvětlení. Snížením modré složky světla chce redukovat světelný smog, který má negativní účinky nejen pro profesionální a amatérské astronomy, ale zejména pro mnoho živočichů a rostlin. Lumileds svou novou LED technologii nazval NightScape, v překladu „noční scéna“.

Stávající výzkumy naznačují, že za zhoršujícím se světelným znečištěním skutečně stojí zejména stále rostoucí množství modrého světla vyzařovaného z pouličních lamp. Dnešním požadavkem na venkovní osvětlení je tak kromě co nejlepší efektivity právě i snížení modré složky spektra. Takovou vlaštovkou v tomto směru byla iniciativa na druhém největším havajském ostrově Maui (cca 170 000 obyvatel). Zdejší vedení vydalo zvláštní nařízení o ochraně temné noční oblohy. Všechna venkovní světla s výjimkou neonů nyní nesmí vyzařovat více než 2 % modré složky. A právě tuto hranici si za svou zvolili i vývojáři v Lumileds.

Lumileds rozhodně není první, kdo se o takové osvětlení pokouší. Už před lety jsme mohli zaznamenat například noční osvětlení přátelské k netopýrům a vícero výrobců již přišlo se svou řadou LED s nízkým podílem modré složky. Podle Lumileds je však většina z nich stále ještě nevyhovujících. Mohou sice splňovat onu pomyslnou dvouprocentní hranici, v jiných parametrech ale selhávají. Těmi parametry jsou především efektivita, barevná teplota (CCT), index podání barev (CRI), barevný gamut (Rg) a barevná věrnost (Rf).

Podle vyjádření mluvčího Lumileds se produkce nových LED s NightScape optimalizací rozjede už tento rok v září. Budou jimi diody LUXEON 3030 HE Plus a LUXEON 5050 Square LED.

Zdroj: ledsmagazine.com

Už několik let se vedou četné diskuze o vývoji autonomních vozidel. Existuje mnoho příznivců i odpůrců tohoto směru vývoje, přesto začíná být jasné, že od otázky „zdali“ se přesouváme k otázce „kdy“. Hlavním technickým problémem jsou zejména vysoké bezpečnostní nároky na autonomní vozidla, přičemž podstatnou roli v tomto ohledu bude hrát technologie senzorů LiDAR. Jakým způsobem?

Princip senzorů LiDAR je v základě jednoduchý. Optická jednotka vystřelí krátký pulz světa, který se od pevného povrchu odrazí zpět do zařízení, kde jej zachytí senzory. Podle doby, za jak dlouho se pulz vrátí, počítač vyhodnotí vzdálenost bodu. Tímto způsobem může jednotka LiDAR vyhodnotit až miliony bodů za sekundu, čímž dokáže vytvořit poměrně věrný 3D obraz okolí.

Od autonomních aut bude legislativa požadovat bezpečnost, přesnost a zodpovědnost za všech situací. Nestačí autu jen naplánovat cestu, vozidlo musí hbitě reagovat na chování ostatních účastníků silničního provozu a správně vyhodnocovat rozličné situace. Třeba i gesta cyklistů, přebíhání chodců přes silnici nebo nepředvídatelné chování neukázněných řidičů. Autonomní auto musí co nejlépe „vnímat“ své okolí, a právě senzory LiDAR budou v mnoha ohledech nepostradatelné.

Senzory LiDAR vytvářejí mnohem přesnější a komplexnější obraz než radary, nabízí lepší dosah než sonary, a nakonec nejsou tolik háklivé na světelné podmínky a rozmary počasí jako kamery. V reálném čase vytvářejí tzv. mračna bodů ve vysokém rozlišení. Představují zkrátka jeden z nejlepších strojových “smyslů”, jaké nyní máme k dispozici. Nejde zde ale o to, že LiDAR tyto jiné snímací technologie nutně zcela nahradí a zastoupí, spíše je může velmi dobře doplňovat.

Zdroj: ledinside.com

Foto: [1] Dllu; [2] RCraig09; [3] Daniel L. Lu

Zejména v souvislosti s pandemií COVID-19 se na začátku tohoto desetiletí rozmohl trend všelijakých technologických vychytávek, které mají omezit šíření patogenů. Velkou roli v tom hrají i LED technologie, ať už například v senzorech LiDAR hlídajících rozestupy nebo v dezinfekci veřejných prostorů ultrafialovým zářením UV-C. Hned několik společností se zaměřilo i na dveřní kliky, které jsou jedním z nejčastějších přenašečů patogenů, obzvláště v nemocnicích.

Mnohé vývojářské firmy vyřešily tento problém tak, že navrhly vnější zařízení s dezinfekčními UV-C LED, které se přimontuje na dveře poblíž kliky. Tu pak zpravidla automaticky ozáří vždy po jejím použití. Menší firma Polarity Medical technology na to šla z opačného konce a navrhla průhlednou kliku SafeTOUCH s ultrafialovými LED zabudovanými přímo uvnitř.

Ačkoli se nové kliky ještě nedostaly naplno na trh, CEO firmy Tom Chi už v rozhovoru pro LEDsMagazine specifikoval některé její parametry. Menší množství UV-C diod v klice by mělo zničit patogeny do 3 až 6 sekund. Povrch průsvitné kliky je navržen tak, aby ultrafialové záření nebezpečné pro člověka zůstalo co nejblíž povrchu kliky a nevyzařovalo do prostoru. Infračervené senzory navíc zajišťují, aby klika nezářila, pokud se k ní zrovna někdo přiblíží. Zdroj energie je řešen pomocí akumulátoru zabudovaného do snímatelného tělesa pod klikou, případně skrze stálý 9V zdroj. Součástí kliky může být i odnímatelný modul pro dezinfekci vzduchu v okolí dveří.

V současnosti je naplánována instalace klik SafeTOUCH do dvou nemocnic v Nizozemsku, také se čeká na schválení některých patentů. Na poslední kvartál roku 2023 už firma plánuje masovější rozšíření. Kromě nemocnic se samozřejmě nabízí využití dezinfekčních klik do všech typů sdílených prostor, ať už jsou to veřejné toalety, korporátní kanceláře nebo třeba hotely.

Zdroje: ledsmagazine.com

Výrobci LED dnes mají obrovské pole možností, co se týče navrhování světel. Poměrně svobodně mohou měnit teplotu chromatičnosti či vyvážení modré složky. Lékařští odborníci nyní vydali prohlášení, aby toho vývojáři LED využili a zohlednili tzv. cirkadiánní rytmus člověka.

Cirkadiánní rytmus řídí spoustu našich biologických procesů jako je spánek, bdělost, trávení či regulace krevního tlaku a je tak nezbytný pro dobré zdraví. Tento rytmus byl po tisíce let přirozeně závislý jen na slunci, s umělým osvětlením dnes ale bývá často rozhozený.

Za iniciativou stojí Martin Moore-Ede, bývalý profesor na Harvardu. Provedl dotazníkový průzkum u 248 vědců, kteří dohromady vydali 2 697 recenzovaných studií zabývajících se cirkadiánní rytmem a světlem. Naprostá většina z nich se například shodla na tom, že intenzivní vnitřní světlo v noci narušuje cirkadiánní rytmus a že dlouhodobé narušení tohoto rytmu obecně škodí zdraví (souhlasilo 98,4 % vědců), zvyšuje riziko spánkových poruch (87,7 %) či dokonce riziko obezity a cukrovky (74,7 %).

Obzvláště zajímavé je také tvrzení, na kterém se shodlo 93,2 % vědců: zvyšování energetické efektivity světel je žádoucí, avšak jen pokud nezvyšuje riziko narušení cirkadiánního rytmu a vážného onemocnění.

Moore-Ede k tomu řekl, že „méně než 0,5 % prodávaných světel dnes chrání cirkadiánní zdraví změnou modré složky v průběhu dne a noci. Mnoho lidí ve světelném průmyslu tvrdí, že cirkadiánní věda není dostatečně vyzrálá na to, aby ji šlo začlenit do výroby. Proto jsme oslovili vedoucí vědce zabývající se cirkadiánními rytmy a světly.“

Vědec se domnívá, že stomiliardový světelný průmysl potká podobný osud, který už potkal mnoho jiných potenciálně škodlivých průmyslových odvětví – vznik standardů, kontrola klamavých tvrzení výrobců, případně i regulace.

Zdroje: ledsmagazine.com, researchsquare.com

Foto: [1] public domain, [2] YassineMrabet

Senzory LiDAR začínají už nyní hrát velkou roli v digitalizaci průmyslu, vytváření 3D modelů prostoru i v řízení autonomních vozidlech. Zajímavé uplatnění tato technologie nalezla i v době pandemie COVID-19, kdy senzory dokázaly hlídat dodržování předepsaných rozestupů. O něco podobného teď nově šlo i na obřím hudebním festivalu Rock am Ring, kde senzory LiDAR zajišťovaly pojistku proti umačkání lidí.

Německý Rock am Ring konaný na začátku června je jedním z největších festivalů na světě, letos jej navštívilo 90 000 návštěvníků. Když se dá taková masa rockových fanoušků do pohybu, jde už o potenciálně nebezpečnou situaci. Jsou známy případy festivalů, kde takto došlo ke smrti fanoušků následkem udušení. A právě zde může technologie LiDAR pomoci s prevencí rizik.

V letošním ročníku bylo před hlavní stage strategicky rozmístěno šest senzorů LiDAR od firmy Blickfeld. Ty kontinuálně snímaly 3D scan zalidněného prostoru, přičemž analytický software od společnosti EvoCount vyhodnocoval data. Pokud se na některých místech nashromáždil příliš velký dav lidí, systém dal upozornění pořadatelům, kteří se mohli rozhodnout pro patřičná opatření.

Letos se do jisté míry jednalo o zkušební projekt, v příštím ročníku 2024 již pořadatelé chtějí tento systém zavést v celém areálu festivalu. Nutno doplnit, že použitá technologie nijak neslouží ke sledování jednotlivců ani neporušuje zásady soukromí. Senzory LiDAR už z principu své funkce nemají schopnost jednotlivce rozpoznat. Pouze anonymně zaznamenávají proudění lidí a jejich hustotu na metr čtvereční.

Zdroje: ledinside.com, blickfeld.com

Japonská Nichia Corporation patří mezi světové špičky ve výrobě a vývoji světelných diod. Byly to právě její laboratoře, kde v devadesátých letech vznikla zcela první LED vyzařující bílé světlo. Nyní společnost ohlásila novou 1W LED s čistým bílým světlem (Clear White color LED), která se svými vlastnostmi zaměřuje speciálně na zrakové potřeby seniorů.

Není náhoda, že s tímto zaměřením vývoje přišla právě japonská firma. Japonsko je dobře známo stárnutím své populace, podíl seniorů nad 65 let zde činí již 30 % a nadále pomalu roste. Nejinak je tomu i v mnoha jiných vyspělých částech světa, včetně Česka. Koncept známý jako human centric light se tak docela pochopitelně zaměřil i na tento rostoucí segment populace a jeho přirozené potřeby.

Lidský zrak se s věkem značně mění. Čočka oka postupně žloutne, tudíž žloutnou i spatřované objekty. Oko ztrácí schopnost vidět především modrou část viditelného spektra v oblasti 450-550 nm. Čtení se tak stává náročnějším, obdobně klesá kvalita života i v jiných oblastech.

Dlouhodobě vyvíjená bílá LED od společnosti Nichia se proto tento posun vnímaného spektra u starších občanů snaží kompenzovat pomocí snížení žluté složky světla a úpravou chromatičnosti. Senioři tak mohou vidět pozadí textu bělejší a barvy objektů reálnější.

Nichia dává za příklad srovnání, že díky jejich speciální bílé LED s teplotou chromatičnosti 7800 K (tj. středně studené světlo) mohou osmdesátníci vidět objekty podobným způsobem, jako by je viděl dvacátník při běžném osvětlení o teplotě 5000 K (tj. neutrální „denní“ světlo). Pro srovnání: běžné vláknové žárovky kdysi mívaly velmi teplé světlo kolem 2700 K.

Zdroje: ledinside.com, nichia.co.jp

Snad každý nadšenec do technologií zná Moorův zákon, který předvídá stabilní vývoj výpočetní techniky. Podle něj se přibližně každé dva roky zdvojnásobí počet tranzistorů v integrovaném obvodu, a to při zachování stejné ceny. Méně známý je pak Haitzův zákon, který obdobným způsobem předvídá pravidelné zlepšování výkonu a efektivity LED.

Haitzův zákon praví, že každých deset let se množství světla vyzářeného jednou LED zvýší dvacetkrát, přičemž cena za jeden lumen se zároveň desetkrát sníží. Pro každou barvu světla to platí zvlášť.

Vědec Roland Haitz, svého času pracovník u společností Hewlett-Packard a Agilent Technologies, přišel se svou technologickou prognózou na přelomu milénia na základě dosavadního vývoje světelných diod. Vytvořil tak optimistický předpoklad, že pokud se do výzkumu nalije dostatek financí, LED se stane za dvacet let nejefektivnějším a nejrozšířenějším světelným zdrojem.

Ještě v roce 2010 se Haitzova předpověď přesně vyplnila, když od společnosti Cree přišla komerčně dostupná bílá LED s efektivitou 100 lm/W. Dalším předvídaným milníkem pak mělo být dosažení efektivity 200 lm/W roku 2020. Praxe však dokázala Haitzovu teorii předehnat, když tuto hranici překonala společnost Philips Lighting už v roce 2017.

Někteří odborníci tak dnes volají přinejmenším po redefinici Haitzova zákona, protože maximální teoretická fyzikální účnnost bílých LED se pohybuje někde kolem 300-330 lm/W a již nebude dále možné ji zdvojnásobovat. V současnosti se například klade čím dál větší důraz na koncept Human Centric Light (HCL), tedy osvětlení zaměřené na přirozené lidské potřeby. Spíše než na extrémně výkonné a efektivní LED za každou cenu tak dnes pozornost vývojářů směřuje také na rovnoměrné rozložení barev viditelného spektra a absenci blikání.

Zdroje: compoundsemiconductor.net, emergingtechbrew.com, researchgate.net

Foto: [1] Geek3; [2] haitzled.com; [3] Xiaobing Luo