Светодиоды: хороший, плохой, синий

Светодиоды: хороший, плохой, синий

Александр Березин

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.

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.

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.