Ứng dụng

Công nghệ ánh sáng đáng mơ ước

(KHCN)- Để điều trị cho những em bé sơ sinh bị bệnh vàng da, người ta phải đeo băng che mắt cho các em và soi toàn bộ cơ thể dưới ánh sáng đèn chiếu đặc biệt. Nhưng với công nghệ mới, các em có thể chỉ cần được bọc trong một chiếc chăn ấm, bên trong phát ra ánh sáng xanh có tần số phù hợp cho việc trị liệu. Đó là một trong nhiều giá trị của công nghệ ánh sáng mới.

Những cột đèn thông minh ở ĐH California – Davis
cho phép ánh sáng bừng lên khi có người và xe
đến gần, phát tín hiệu kích hoạt tới những cột đèn
tiếp theo, sau đó tự động mờ đi và quay trở lại
chế độ tiết kiệm nhiên liệu.
Công nghệ đáng mơ ước này đã trở thành hiện thực ở một số bệnh viện, là một trong nhiều ví dụ về những thay đổi căn bản về công nghệ ánh sáng, đang ngày càng phổ biến trong các phòng thí nghiệm, và được đề cập thường xuyên trong các cuộc họp giữa các giám đốc doanh nghiệp và các nhà đầu tư. Cuộc cách mạng kỹ thuật số cuối cùng đã tiến vào lãnh địa của ngành công nghiệp sản xuất bóng đèn, có tuổi đời 130 năm kể từ ngày Edison công bố phát minh, mà ngày nay doanh thu trên toàn thế giới đạt 100 tỷ USD. Người ta đang cải cách mọi tính chất của sản phẩm, từ màu sắc, kỹ thuật điều khiển, các chức năng. Vô số các doanh nghiệp công nghệ khởi nghiệp đang ra đời.

“Đây là một sự chuyển đổi từ nền công nghệ analog của kỷ nguyên công nghiệp hóa sang nền công nghệ kỹ thuật số”, nhận xét từ Fred Maxil, kỹ sư trưởng của Tập đoàn Lighting Science Group, một trong nhiều doanh nghiệp mới của ngành công nghiệp sản xuất bóng điện.

Các nỗ lực cải tiến công nghệ bắt đầu từ việc cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng và chi phí, nhưng không chỉ dừng lại ở việc thay thế đèn sợi đốt. Công nghệ dùng ánh sáng cho mục đích trị liệu và tăng cường sức khỏe ngày nay đã có mặt trên thị trường trên các sản phẩm của hãng General Electric, và cũng đang được phát triển bởi Philips, tập đoàn điện tử khổng lồ của Hà Lan.

Những công nghệ sắp ra đời cũng rất đa dạng, từ chiếc đèn cảm biến nhận biết được rò rỉ gas, tới những thiết bị đèn tự điều chỉnh ánh sáng nhằm đạt tối đa mức năng suất làm việc trong văn phòng, thậm chí có thể giúp người sử dụng vượt qua cơn buồn ngủ sau các chuyến bay từ múi giờ này sang múi giờ khác. Công nghệ đèn LED kỹ thuật số còn cho phép điều khiển ánh sáng trên diện rộng, chẳng hạn như toàn bộ cây cầu San Francisco-Oakland Bay Bridge, để tạo ra những bức tượng tạo hình bằng ánh sáng có độ tinh tế vượt trên tầm các buổi trình diễn ánh sáng nổi tiếng xưa nay trên Quảng trường Thời đại ở New York, Piccadilly Circus ở London, hay ở quận Shibuya, Tokyo.

Ed Crawford, phó chủ tịch của Philips Lighting Americas, nhận xét: “Cho tới nay con người chỉ mới đặt những câu hỏi như – làm sao có đủ ánh sáng để nhìn, để dọn phòng, hay để chế tác một viên kim cương? Nhưng ngày nay công nghệ ánh sáng đủ tinh tế để tác động tới tâm lý và xúc cảm của chúng ta”.

Ở Mỹ, điện năng dành cho ánh sáng chiếm tới hơn 20 phần trăm tổng lượng điện năng được tạo ra hằng năm, và Bộ Năng lượng cho biết việc chuyển sang dùng công nghệ đèn LED có thể giúp cắt giảm tiêu thụ điện năng tới 80 phần trăm. Ngành công nghiệp đèn LED – còn được gọi là ánh sáng rắn – hiện đã chiếm thị phần tới 12,5 tỷ USD trên toàn thế giới, theo các nhà phân tích của công ty nghiên cứu thị trường Strategies Unlimited tại Moutain View, bang California. Báo cáo McKinsey 2012 cũng dự đoán rằng ngành công nghiệp đèn LED sẽ đạt doanh thu 84 tỷ USD vào năm 2020.

Tuy nhiên, đối thủ không dễ bị đánh bại trên thị trường đối với đèn LED là đèn sợi đốt truyền thống, đèn huỳnh quang, đèn halogen, hay đèn cao áp natri. Trong đó yếu tố tâm lý khách hàng đóng một vai trò quan trọng: trong tâm trí con người luôn hình dung về đèn điện dưới hình thức chiếc bóng đèn tròn.

Vì vậy, một số công ty đã bắt đầu bán ra những chiếc đèn sử dụng công nghệ kỹ thuật số có hình thức bề ngoài giống với hình dạng quen thuộc của những chiếc đèn tròn gia dụng, hay đèn cao áp trên đường phố, thậm chí có thể gắn trực tiếp vào những đui đèn truyền thống.

Philips đang sản xuất một loại đèn có tên gọi là Hue, có thể gắn vào đui đèn sợi đốt kiểu cũ, với khả năng không chỉ là sáng lên hay mờ đi theo điều khiển của người dùng, mà còn có thể thay đổi màu sắc một cách tùy ý. Ông Crawford tin rằng trong những năm gần đây, người tiêu dùng phải chấp nhận đánh đổi giữa chất lượng ánh sáng và mức tiêu thụ năng lượng. Nhưng với những đèn LED thế hệ mới nhất, ông khẳng định rằng “khách hàng có thể tiết kiệm năng lượng trong khi vẫn được dùng ánh sáng chất lượng cao”.

Chênh lệch giá thành giữa đèn LED và đèn sợi đốt đang được giảm dần. Cho tới gần đây, người tiêu dùng ở Mỹ phải bỏ ra 30 USD để mua một đèn LED thay thế cho đèn sợi đốt loại 60 watt mà giá thành dưới 1 USD. Nhưng ngày nay, Cree, một nhà sản xuất bán dẫn đã tung ra thị trường các loại đèn LED 40 watt và 60 watt tương đương với những đèn sợi đốt, với giá thành chỉ là 10 USD và 14 USD.

James Highgate, một chuyên gia về công nghệ đèn LED mới, là người tổ chức các cuộc hội thảo thường niên về ngành công nghiệp đèn LED, cho rằng đang có một sự chuyển giao trong khoảng ‘từ ba tới năm năm tới, cho đến khi 8 tỷ đèn sợi đốt ở Mỹ được thay thế hoàn toàn bằng đèn LED”. Trước mắt vẫn còn những khách hàng khó tính không muốn thay đổi thói quen mua đèn sợi đốt. Nhưng một cuộc thăm dò của công ty sản xuất đèn điện Osram Sylvania cho thấy ngày càng nhiều khách hàng hướng tới sử dụng những loại bóng đèn tiết kiệm năng lượng hơn. Báo cáo thăm dò khẳng định “68% người Mỹ nói rằng họ đã thay đổi loại bóng điện sử dụng để cải thiện hiệu quả tiêu thụ năng lượng”.

Công nghệ đèn tiết kiệm năng lượng hầu như mới chỉ đang ở bước đầu, vẫn còn rất nhiều công nghệ triển vọng sắp ra đời. Ví dụ như công nghệ liên lạc tự động giữa đèn này với đèn kia. Ở Đại học California – Davis, một đoạn đường dành cho xe đạp được lắp hệ thống chiếu sáng đặc biệt, trong đó các bóng đèn công cộng chỉ sáng lên khi có xe hoặc người đi qua, đồng thời chúng tự động cung cấp tín hiệu để những bóng đèn tiếp theo sáng lên theo trước khi tối dần về mức tối thiểu nhằm tiết kiệm năng lượng.

Michael Siminovitch, giám đốc Trung tâm Công nghệ Ánh sáng California ở Đại học California – Davis cho biết với công nghệ mới này, “chúng tôi sẽ có thể tạo ra nhiều tính năng kiểm soát đa dạng, không chỉ trên các điểm chiếu sáng mà có thể trên cả một mảng không gian”. Ví dụ, người ta có thể tạo ra những bức tường hoặc trần nhà phát sáng.

Các chuyên gia như ông Maxik đang hình dung về những thành phố không cần đến các cột đèn đường, có khả năng chiếu sáng tùy theo nhu cầu người sử dụng. Ông đã tạo ra những kết cấu thiết bị cho phép thay thế các tấm phản quang trên đường cao tốc, với khả năng phát sáng như đèn đường mà không cần đến các vật liệu kim loại hay dây dẫn điện.

Nhóm nghiên cứu của ông đã cộng tác với Google để phát triển một loại bóng đèn điện – không lâu nữa có thể sẽ được tung ra thị trường – mà người sử dụng có thể điều khiển qua điện thoại Android.

Tuy nhiên, việc thuyết phục chính quyền các thành phố từ bỏ những cột đèn đường cũng khó khăn chẳng kém việc thuyết phục người tiêu dùng từ bỏ bóng đèn điện gia dụng thông thường để thay thế bằng các mảng tường và trần nhà phát sáng. Vì vậy, các công ty như Sensity Systems (từng có tên khác là Xeralux) đang tìm cách vận dụng và cải tiến các cột đèn đường, biến chúng thành những công cụ trong một hệ thống chiếu sáng thông minh. Mỗi cột đèn có khả năng liên lạc tự động với nhau bằng cảm biến nhiệt, và có thể chịu sự điều khiển của hệ thống trung tâm do con người giám sát.

Những hệ thống mới này sẽ giúp tiết kiệm chi phí chiếu sáng đường phố, và có thể bán dữ liệu cho các nhà phát triển ứng dụng công nghệ, ví dụ như các công ty ứng dụng công nghệ phục vụ khách hàng tìm kiếm chỗ đỗ xe. Ý tưởng được đề ra ở đây, theo ông Hugh Martin, giám đốc của Sensity System, là “bất cứ nơi đâu có ánh sáng, nơi đó có thể tạo ra dữ liệu hữu ích mà con người cần đến”.

Ông Maxik nhận định: “Tính ưu việt của ánh sáng rắn là do sự kết nối hòa hợp giữa nguồn sáng, công nghệ điều khiển tân tiến, và khả năng áp dụng kỹ thuật lập trình. Điều này cho phép hình thành những dạng thức sản phẩm và chức năng hoàn toàn mới”. Gắn với những dạng sản phẩm mới này là các doanh nghiệp trẻ, như Lighting Science, Eye Lighting, Ohm Lighting, và TerraLUX, xâm nhập cạnh tranh với những tập đoàn lớn từng một thời hoàn toàn chiếm vị thế áp đảo trên thị trường như General Electric, Philips, hay Osram Sylvania.

Mọi doanh nghiệp, từ các tập đoàn lớn tới những doanh nghiệp trẻ, đều đang thúc đẩy các nhà nghiên cứu đưa ra cái nhìn mới về các chức năng của ánh sáng và cách thức điều khiển chúng. Con người ngày nay không chỉ điều khiển cường độ sáng như vài thập kỷ trước đây, mà còn có khả năng điều chỉnh tần số và màu sắc của ánh sáng. Kỹ thuật điều chỉnh màu sắc ánh sáng không chỉ được ứng dụng trên các dàn đèn sân khấu, mà còn ở nhiều lĩnh vực khác trong đời sống.

Ví dụ trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, con người có thể dùng ánh sáng mới thay thế cho ánh sáng trắng có tác hại làm rùa biển bị lạc sau khi đẻ trứng – ánh sáng trắng mà con người sử dụng có thể khiến chúng bơi ngược vào bờ trong khi đáng lẽ phải quay về biển. Đối với công việc hằng ngày của con người, các nhà nghiên cứu của Osram Sylvania đang tìm cách điều khiển ánh sáng để cải thiện năng suất lao động. Như Lori Brock, giám đốc nghiên cứu và sáng tạo tại phòng thí nghiệm của tập đoàn này ở Massachusetts cho biết: “công nghệ này cho phép tối ưu hóa ánh sáng theo công việc mà chúng ta làm. Ví dụ, nếu bạn ngồi làm việc trước màn hình máy tính, ánh sáng đèn trên trần có thể sẽ tự động mờ đi, giúp tăng độ tương phản trên màn hình để bạn có thể nhìn rõ hơn, đồng thời các nguồn sáng khác trong phòng được tự động chuyển về trạng thái tiết kiệm năng lượng.” Như vậy, hiệu quả công việc sẽ tăng lên, trong khi chi phí năng lượng được giảm xuống.

Trong lĩnh vực y tế, Trung tâm Nghiên cứu Ánh sáng của Viện Rensselaer Polytechnic đang tập trung nghiên cứu về tác động thể chất và tâm lý của ánh sáng. Hướng nghiên cứu này có thể đem lại những công nghệ ứng dụng trên các thiết bị đèn ở khách sạn và các nơi khác, với chức năng giúp con người cải thiện giấc ngủ, hoặc phục hồi nhịp độ sinh học sau những hành trình đi xa từ múi giờ này sang múi giờ khác. Bộ phận phát triển ánh sáng của hãng Philips hiện đang phát triển một sản phẩm cho phép điều trị tại nhà cho những người bị bệnh vảy nến. Hãng này cũng đang giới thiệu loại thuốc đắp phát ra ánh sáng xanh khiến cơ thể người bệnh tiết ra chất nitric oxide (NO) giúp giảm đau trong cơ và kích thích lưu thông máu. “Công nghệ ánh sáng đang ngày càng đem lại cho con người những giá trị khác biệt mới mẻ”, TS. Siminovitch của Đại học California – Davis nhận định.

Tại Việt Nam, năm 2008, nhóm nghiên cứu của bệnh viện Từ Dũ đã đưa vào ứng dụng thành công giàn đèn Photobed TD hai mặt trong việc chữa trị bệnh vàng da cho trẻ sơ sinh. Ưu điểm của loại đèn này là có thiết kế cực kỳ đơn giản, nhỏ gọn vừa trong một chiếc nôi dành cho em bé nên rất tiện dụng, thậm chí có thể đặt sử dụng chiếu đèn ngay tại giường các bà mẹ. Loại giàn đèn này chỉ cần 2 bóng đèn DS 9w/71 ở mặt dưới nôi và một bóng DS 18w/71 ở mặt trên. Sáng tạo trên của bác sĩ Ngô Minh Xuân và nhóm cộng sự đã góp sức đáng kể trong việc hoàn thiện hơn trang thiết bị cho cơ sở y tế tuyến dưới. Hiện đã có hơn 20 giàn đèn Photobed được sản xuất và đưa vào ứng dụng tại các cơ sở y tế trên địa bàn TPHCM.

 
“Công nghệ ánh sáng đang ngày càng đem lại cho con người những giá trị khác biệt mới mẻ”, TS. Siminovitch của Đại học California – Davis nhận định.

TH
Ý kiến bình luận của bạn đã được gửi!
Bật chế độ gõ tiếng Việt
Bình luận của bạn Để thuận tiện cho việc đăng tải, bạn vui lòng nhập ý kiến phản hồi bằng tiếng Việt có dấu.

Thông tin website

Chuyên trang Bản tin khoa học công nghệ.
Thực hiện : Phòng Khoa học - Công nghệ, Trung Tâm CNTT, BộVăn hoá,Thể thao & Du lịch.
Người chịu trách nhiệm chính: Nguyễn Thanh Liêm - Giám đốc.

Địa chỉ: Ngõ 2 số 20, Vân Hồ, Hoa Lư, Hà Nội;
Tel: 0243 9745845
Email: khoahoccongnghe@cinet.gov.vn
Ghi rõ nguồn khi phát lại thông tin từ website này.

Liên hệ Tòa soạn