Nowy patent Politechniki Białostockiej: urządzenie mierzące wpływ światła ledowego na nasz biorytm

Przedmiotem ich wynalazku jest unikatowe rozwiązanie techniczne, które umożliwi precyzyjny pomiar pozawzrokowych parametrów promieniowania optycznego, a w szczególności pomiar promieniowania nowoczesnych źródeł światła LED, które w swoim składzie widmowym posiada znaczny udział światła niebieskiego. W efekcie będziemy mogli dowiedzieć się, jaka dawka światła, wytwarzanego przez tanie i energooszczędne świetlówki, powszechnie wykorzystywane w biurach i domach, jest dla nas bezpieczna. Emitowane przez nie niebieskie światło ma bowiem wpływ na nasz naturalny biorytm, a co za tym idzie – funkcjonowanie całego organizmu. Dr inż. Piotr Jakubowski we współpracy z dr hab. inż. Ireną Fryc, prof. PB opracował innowacyjne urządzenie, którego budowa umożliwia zbadanie parametrów promieniowania cyrkadialnego, a więc tego, które odpowiada za regulację rytmu okołodobowego. Do tego pomiaru nie nadają się klasycznie zbudowane urządzenia mierzące parametry promieniowania świetlnego, ze względu na duże błędy pomiarowe.

Wagę i rewolucyjność ich wynalazku można docenić w kontekście dwóch innych globalnych osiągnięć naukowo-technicznych. Pierwsze z nich to rozpowszechnienie się oświetlenia LED – technologii taniej i energooszczędnej, ale też emitującej wysokoenergetyczny strumień światła niebieskiego, który w nieodpowiednich dawkach stanowi poważne zagrożenie dla naszego organizmu. Potwierdzenia tej tezy dostarczyli David Julius i Ardem Patapoutian – laureaci Nagrody Nobla z 2021 roku w dziedzinie medycyny i fizjologii. Dzięki ich odkryciu dowiedzieliśmy się o istnieniu światłoczułych komórek zwojowych siatkówki (ipRGCs) ludzkiego oka, uczestniczących w tzw. widzeniu pozawzrokowym. Komórki te są połączone z podwzgórzem, a ich stymulacja bodźcami światła niebieskiego przyczynia się do ograniczania wydzielenia melatoniny, która to pełni kluczową rolę w regulacji cyklu okołodobowego (cyrkadialnego). Jeśli te fakty połączymy w całość, poznamy genezę prac podjętych przez badaczy Politechniki Białostockiej: zmierzyć parametry oświetlenia wytwarzanego przez lampy LED w naszym otoczeniu, żeby badacze mieli możliwość określenia, jaka ich dawka wpływa na zaburzenie procesów życiowych: aktywności dobowej, koncentracji, snu.

– Zadaliśmy pytanie: ile tego promieniowania musi być w naszym otoczeniu, na przykład w biurze, żeby uznać jego dawkę za szkodliwą. Istnieją bowiem wymagania odnośnie bezpieczeństwa fotobiologicznego źródeł światła i opraw oświetleniowych w pomieszczeniach. Niestety, nie dysponujemy przyrządami, które mogłyby służyć do takich pomiarów. Prawda jest taka, że na całym świecie wykonuje się próby oświetlenia w warunkach laboratoryjnych, ale nie powstał do tej pory przyrząd przenośny, który pozwoliłby wykonać pomiar na miejscu: na konkretnym biurku, na konkretnym stanowisku pracy w fabryce. Taki przyrząd to narzędzie pracy, którego na pewno w przyszłości, po aktualizacji wymagań normatywnych, będą potrzebować inspektorzy pracy, specjaliści z zakresu BHP, inżynierowie odpowiedzialni za odbiór instalacji oświetleniowych i cała rzesza innych specjalistów – wyjaśnia dr hab. inż. Ireną Fryc, prof. PB.

W ramach prowadzonych prac została opracowana nowa, innowacyjna konstrukcja układu głowicy pomiarowej z użyciem detektora szerokopasmowego. Zawiera ona specjalny element kształtujący wiązkę mierzonego promieniowania. Opracowane rozwiązanie techniczne zostało zweryfikowane eksperymentalnie. Opatentowany układ pomiarowy zapewnia ograniczenie błędów pomiarowych przez zmniejszenie wskaźnika niedopasowania widmowego.

– Pomysł oraz idea konstrukcyjna, to w głównej mierze dzieło Pana Piotra Jakubowskiego, który pod moją opieką promotorską obronił w Politechnice Białostockiej pracę doktorską pod tytułem „Metrologia promieniowania czynnego cyrkadialnie”. Doktorant bardzo zaangażował się w ten projekt, ale też świetnie zdawał sobie sprawę z jego znaczenia, ponieważ już od lat jest związany z branżą oświetleniową, zna rynek i jego potrzeby. W połączeniu z doświadczeniem i wiedzą pracowników Katedry Fotoniki, Elektroniki i Techniki Świetlnej powstała idea konstrukcyjna spełniająca wszystkie nasze założenia. Prawidłowe działanie układu przebadaliśmy wspólnie z zaprzyjaźnionym gronem specjalistów z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Uzyskane wyniki były na tyle obiecujące, że zostały zawarte we wniosku patentowym. Wartość naszego wynalazku ostatecznie potwierdziła udzielona przez Urząd Patentowy RP ochrona patentowa – mówi dr hab. inż. Ireną Fryc, prof. PB.

Uzyskanie patentu P.434998: „Układ do pomiaru parametrów natężeniowych promieniowania optycznego” otwiera przed wynalazcami z Politechniki Białostockiej drogę do dalszego rozwijania projektu. W przyszłości, zbudowania prototypu oraz komercjalizacji.

————————–

Dr hab. inż. Irena Fryc, prof. PB jest absolwentką Wydziału Elektrycznego Politechniki Białostockiej, związaną z uczelnią od czasu studiów tj. od prawie 30 lat, obecnie zatrudnioną na stanowisku profesora PB. Rozprawę doktorską obroniła na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej, a rozprawę habilitacyjną – na Wydziale Elektrycznym Politechniki Warszawskiej. Jej zainteresowania naukowe dotyczą szeroko pojmowanej techniki świetlnej.

Dr inż. Piotr Jakubowski studia na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej, na kierunku elektronika, w specjalizacji optoelektronika, ukończył w 2009 roku. 23 marca 2023 r. uzyskał tytuł doktora nauk inżynieryjno-technicznych w dyscyplinie automatyka, elektronika, elektrotechnika i technologie kosmiczne, nadany przez Senat Politechniki Białostockiej.

(mr)