21/10/2024 10:24 GMT+7

Ứng dụng nhịp sinh học trong thiết kế chiếu sáng bền vững

NGUYỄN CAO TUẤN

Net Zero là một mục tiêu hàng đầu trong lĩnh vực năng lượng sạch và bền vững mà mọi tổ chức đang hướng đến.

Đồng hồ sinh học của con người theo nhịp ngày/đêm - Nguồn: thoracicandsleep.com.au

Với cam kết đạt mức độ khí thải carbon bằng không, Net Zero không chỉ tập trung vào việc giảm thiểu tác động tiêu cực đối với môi trường, mà còn đóng góp tích cực vào việc xây dựng một tương lai bền vững hơn cho hành tinh.

Ảnh hưởng của ánh sáng

Bàn về tác động của ánh sáng đến con người, hai tác động của ánh sáng được rộng rãi nghiên cứu về nhịp sinh học và giấc ngủ của con người:

1. Sự ức chế cấp tính của melatonin để đáp ứng với việc tiếp xúc với ánh sáng.

Theo nghiên cứu của Christine Blume và cộng sự về "Tác động của ánh sáng đến nhịp sinh học, giấc ngủ và tâm trạng của con người" thì các tế bào thần kinh SCN điều chỉnh pha sinh học của chúng (hoạt động thần kinh) theo đầu vào của mức độ ánh sáng xung quanh, và thành phần quang phổ của nó và truyền đạt thông tin này thông qua các tín hiệu hệ thần kinh tự chủ và dịch thể đến phần còn lại của cơ thể.

SCN cũng chiếu tới tuyến tùng, nơi hormone melatonin tạo điều kiện cho giấc ngủ được sản xuất trong đêm sinh học, do đó điều chỉnh các biến thể trong ngày giữa trạng thái thức và ngủ. [1]

2. Khả năng tiếp xúc với ánh sáng làm thay đổi pha nhịp sinh học.

Dowling và cộng sự đã thử nghiệm tác động của ánh sáng buổi sáng so với buổi tối, đưa ra giả thuyết rằng buổi sáng (9h30 ‒10h30 sáng) ánh sáng mạnh (2500 lux) sẽ mang lại sự cải thiện lớn nhất, với sự tiến triển về pha trong phần còn lại của nhịp sinh học.

Sản phẩm chiếu sáng

Chú thích:

● Đèn: đỏ

● Quang trở: xanh biển

● Biến trở: xanh lá

Mẫu thiết kế Arduino cảm biến ánh sáng.

Sản phẩm được thiết kế dựa trên sự thay đổi theo cường độ ánh sáng theo thời gian với 3 mức ứng với 3 thời điểm là giờ hành chính, giờ nghỉ trưa và tối, mỗi mức ứng với cường độ ánh sáng thích hợp và cảm biến sẽ điều chỉnh đèn để độ sáng trong phòng đạt đúng mức yêu cầu.

Cảm biến theo nguyên tắc bố trí ít nhất 5 vị trí quanh phòng lấy giá trị cuối bằng nội suy. Giá trị đó là input đưa vào để điều chỉnh đèn.

Mô hình mẫu thiết kế Arduino cảm biến ánh sáng

Nguyên lý hoạt động:

● Đầu tiên là biến trở thấp, ứng với ban ngày.

● Khi ở điều kiện thiếu ánh sáng (trong tối), đèn mới sáng lên từ từ lên hết mức.

● Khi ở điều kiện sáng, ánh sáng tăng thì đèn giảm từ từ.

● Ngoài ra có số hiển thị độ sáng trên màn hình.

● Biến trở lên cao hơn ứng với buổi trưa thì cần ít sáng hơn.

● Vặn típ lần 3 thì ứng với ban đêm, cần đèn sáng nhiều.

● Còn các trường hợp điều kiện bên ngoài đủ sáng, quang trở không trả về điều kiện yêu cầu sáng nên đèn sẽ không sáng.

Bản vẽ thiết kế Arduino cảm biến ánh sáng

Tóm lại, việc sử dụng Arduino cảm biến ánh sáng là một phương pháp khả thi và hiệu quả để đóng góp vào mục tiêu Net Zero, đồng thời giúp tạo ra một môi trường sống bền vững và thân thiện với môi trường.

Tài liệu tham khảo

[1] Christine Blume, Corrado Garbazza and Manuel Spitschan (2019), Effects of light on human circadian rhythms, sleep and mood. Truy cập từ: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6751071/

[2] Dowling, G. A., Burr, R. L., Van Someren, E. J., Hubbard, E. M., Luxenberg, J. S., Mastick, J. and Cooper, B. A.; Melatonin and bright-light treatment for rest-activity disruption in institutionalized patients with Alzheimerʼs disease, J. Am. Geriatr. Soc., 56(2), pp. 239‒246 (2008).