用于智能照明的新型传感器
响应式传感器旨在改善人类健康和照明效率
电气与计算机工程教授、照明系统与应用中心（LESA）副主任托马斯·利特尔在他位于波士顿大学光子中心的实验室里。
想象一下，坐在大学图书馆一个僻静的角落里，稳定地完成最后一分钟的论文。就在你写到最后一段，总结你的论点的时候，灯灭了，迫使你站起来挥舞你的手臂。在一个节能房间里，灯可能是由运动传感器控制的，只有当它们检测到有人移动时才会打开。然而，如果每个人都像你一样安静地工作，灯就不能记录他们的存在，这就不能很好地为学生服务。
现在，由波士顿大学、新墨西哥大学、托马斯·杰斐逊大学和伦斯勒理工学院（RPI）的澳门威尼斯人注册网站和澳门威尼斯人注册网站研究生组成的照明系统与应用工程澳门威尼斯人注册网站研究中心（LESA ERC）的一个团队正在解决这个问题。该中心主要由美国国家科学基金会资助，澳门威尼斯人注册网站研究和设计智能照明：可以适应更好地支持人类生产力，能源效率和健康的灯，传感器和控制。2016年9月，该团队获得了一项名为“感知照明系统和表征照明空间的方法”的美国专利，该专利是一个由LED灯和传感器组成的系统，可以在不使用摄像头的情况下检测房间内居住者的位置和姿势。虽然占用感应并不是一个新想法，但其创新之处在于，在不使用摄像头的情况下，使用内置在灯中的低成本传感器来解读房间内的反射光。
波士顿大学电子与计算机工程教授、系统工程教授、LESA ERC副主任托马斯·利特尔（Thomas Little）提到他办公室的顶灯时说：“一个空间里的灯是有战略意义的。”“它们在这些室内环境中处于与我们互动的良好位置。”利特尔并不想彻底改变照明设计，而是想让现有的照明变得更智能。他和他的同事们一直在澳门威尼斯人注册网站研究一种被称为灯具的响应式LED灯系统，他们将其设计成节能、提高生产力，并通过响应房间里人们的需求来改善健康。被称为“飞行时间”（time-of-flight）的传感器嵌入灯具中，可以探测房间里的人和物体，并改变照明强度、开灯和关灯，甚至调整颜色。例如，该系统可以改变红光和蓝光的平衡来模拟没有窗户的房间里的阳光，而不是依赖于荧光灯泡。
传感器通过发射一个简短的光脉冲来测量位置，并计算光到达房间里的人和物体所需的时间，这一过程也被用于某些类型的雷达或声纳。通过结合来自房间内多个传感器的飞行时间数据，可以区分人、宠物和家具，并对坐着、站着或在白板上写字等动作进行分类。举个例子，一个在教室前面演讲的人可以用手臂的动作来改变房间里的灯光设置，或者移动ppt的页面。
由于新的传感器不记录图像，科学家们希望他们可以减轻使用相机可能带来的隐私问题。这些传感器确实可以收集短距离的位置数据，或者与房间里的物体或人的距离，而这种“室内GPS”功能有一些隐私问题。然而，传感器安装在已经禁止录音的地方是安全的，比如浴室和其他私人空间。根据利特尔的说法，智能照明的最终目标之一是通过预测个人的照明需求来最大化照明效率。例如，建筑物中的特定路线可以被照亮，以提供必要的光线和指导。一个上班族可能有一天来上班，把车停在停车场，走到她在高层办公室的小隔间，灯在她前面开着，在她后面关着。这样，灯只在需要的时间和地点使用能量。
LESA ERC的合作者已经在两个实验室内安装了专利照明：RPI的一个智能会议室和新墨西哥大学中心的一个智能病房。除了澳门威尼斯人注册网站研究效率外，澳门威尼斯人注册网站研究人员还希望这种灯具能改善人体健康。梅奥诊所表示，某些类型的抑郁症，如季节性情感障碍和昼夜节律障碍，可以随着暴露在不同程度的光线下而改善。
“越来越多的临床证据表明，蓝光对维持人体昼夜节律至关重要，”利特尔说。太阳会产生蓝光帮助我们醒来，但天黑后暴露在蓝光下可能会产生有害的后果，比如扰乱我们的睡眠时间表和情绪。（现在甚至有一个行业生产用于电脑屏幕的蓝光滤光片，声称可以缓解眼睛疲劳，改善睡眠。）LESA ERC的灯具可以帮助调节医院病人暴露在蓝光下的时间，以更好地复制自然光，这是该中心目前正在澳门威尼斯人注册网站研究的效果之一。
LESA ERC的专利照明系统有可能改变智能照明的格局，澳门威尼斯人注册网站研究人员正在探索商业化的机会。现在，我们依靠的是被动传感器，它们对人类的需求没有反应。“如果我坐在办公桌前一动不动，15分钟后灯就会熄灭。所有的办公室都是这样，”利特尔说。但在不久的将来，一个带有响应式灯具的“智能建筑”可以为我们开灯，为我们的学校或工作目的设置自己，甚至可能在他们这样做的时候让我们更健康。