DISPOSITIVO DE ILUMINACIÓN AUTÓNOMO PARA LA REGULACIÓN DE CICLOS

CIRCADIANOS

OBJETO DEL INVENTO

La invención consiste en un dispositivo de iluminación que permite crear ambientes lumínicos saludables, confortables y eficientes, y en concreto permite la simulación de los ciclos circadianos sin necesidad de elementos externos de comunicación que regulen dicho funcionamiento.

La invención se encuadra dentro de los diferentes equipos y dispositivos relacionados con la iluminación, y más concretamente se dirige a los tipos de luminarias que son autónomos y regulables.

ANTECEDENTES DEL INVENTO

El ciclo circadiano es un concepto técnico que se refiere al reloj biológico que regula y programa las funciones fisiológicas de un organismo en un período de un día o 24 horas y es conocido, dentro de este ámbito técnico, que los ciclos circadianos de los organismos vivos se asocian generalmente a los períodos de luz y oscuridad.

En este sentido, es conocido que los cambios en el estilo de vida y los horarios que tenemos los humanos en la actualidad, junto con la falta de exposición a la luz natural y el exceso de luz artificial, hace que se altere nuestros ritmos biológicos y, por tanto, afectan a nuestra salud y rendimiento. Estas afecciones son un problema que va más allá de lo sicológico, sino que afecta directamente a la salud de la población en general.

Existen soluciones destinadas a mejorar este problema, como por ejemplo lo divulgado en el documento ES2259885 donde se describe un kit nutricional que comprende una fórmula favorecedora de la vigilia y una fórmula favorecedora del sueño y que está preferentemente destinada a un público infantil.

En esta línea es conocido lo divulgado en el documento ES8604142 donde se describe un procedimiento para obtener melatonina que se utiliza para regular el ciclo circadiano.

Más relacionado con el campo técnico de la presente invención, se conoce lo divulgado en el documento WO2017054784 donde se describe un método que utiliza unas i lámparas que emiten luz monocromática o de color y que despliegan textos, gráficos e imágenes en movimiento, con los que se generan mecanismos de interacción y modelos narrativos y que son utilizados para mejorar el manejo del control de la ansiedad, el manejo de los ciclos del sueño, el cambio de hábitos, la capacidad de mejorar las formas de sentir el ambiente, y en general para la mejora en la relación con otros seres vivos.

Habida cuenta de los antecedentes conocidos dentro de este ámbito técnico, se considera que no existe ningún dispositivo lumínico que pueda ser utilizado de una forma sencilla para la regulación y simulación de ciclos circadianos, y donde no se emiten mensajes ni elementos adicionales, simplemente regula el color/temperatura de la luz. La presente invención consiste en una luminaria autónoma que puede ser instalada por cualquier usuario en su domicilio o en cualquier otro ámbito de carácter más profesional como oficinas, centros educativos, hospitales; es una luminaria que se conecta como cualquier luminaria estándar a la red eléctrica; y es una luminaria que no requiere la conexión a ningún sistema de comunicaciones centralizado, por tanto, no es necesario realizar ninguna programación para que el equipo comience a funcionar según el ciclo circadiano.

En este sentido, hay que tener en cuenta que la retina del ojo humano cuenta con dos tipos de fotorreceptores, los bastones destinados a la visión nocturna y periférica, y los conos que son los responsables de la visión en color. Estos fotorreceptores son los encargados de enviar la información a los centros de procesamiento visual del cerebro a través de las células ganglionares y de gestionar todo lo relacionado con los aspectos visuales. Parte de las células ganglionares son intrínsecamente fotosensibles y actúan también como fotorreceptoras. En este caso, el tratamiento de la luz a través de estas células regula aspectos no visuales de los seres humano que regulan el reloj biológico, la producción de algunas hormonas, el sueño u otros. Estas células ganglionares se ven estimuladas preferentemente por longitudes de onda de entre 460 y 490nm.

Es conocido que la luz rica en contenido azul estimula las células ganglionares que controlan la producción de la dopamina que juega un papel importante en la coordinación muscular, el estado de alerta y el placer; la serotonina que funciona como estimulante y motivador y, por tanto, ayuda a elevar los niveles de energía; y el cortisol (hormona del estrés) que estimula el metabolismo y programa el cuerpo para el día. A la vez, la misma luz rica en contenido azul suprime la producción de melatonina que es la hormona que nos hace sentir cansados, ralentiza las funciones del cuerpo y reduce la actividad para favorecer el descanso y reducir el cansancio. Por tanto, teniendo en cuenta tanto la problemática anteriormente expuesta como las soluciones conocidas, teniendo también en cuenta los conocimientos de los efectos de la luz en un usuario, se considera que la presente mejora las condiciones dado que, a diferencia de cualquier técnica conocida, consigue crear ambientes lumínicos saludables, confortables y eficientes mediante la simple regulación de la intensidad de la luz emitida por dicha luminaria de acuerdo a la hora y día en el que se usa el dispositivo.

DESCRIPCIÓN DEL INVENTO

Como se ha comentado previamente, en la actualidad hay muchos problemas de salud derivados del actual estilo de vida y sus horarios, la falta de exposición a la luz natural y el exceso de luz artificial.

La luminaria objeto de la presente invención es un dispositivo autónomo que permite crear ambientes lumínicos que simular o regulan los ciclos circadianos.

La luminaria objeto de la presente invención es un equipo autónomo que incorpora un reloj interno que mantiene la fecha, la hora y la estación del año de manera automática. Estos datos se almacenan de tal manera que se garantiza el funcionamiento, y una vez el equipo se instala y se conecta a la red eléctrica, comienza a reproducir el ciclo circadiano de manera autónoma.

Tal como se ha adelantado previamente, el presente dispositivo no requiere de conexión a ningún sistema de comunicaciones centralizado y no es obligatorio realizar ninguna programación para que el equipo comience a funcionar según el ciclo circadiano. Una de las particularidades y ventajas es que el dispositivo simplemente se conecta como cualquier luminaria estándar a la red eléctrica. A pesar de no disponer de un sistema de comunicaciones centralizado, es posible la sincronización de la hora de las luminarias.

Entrando en el detalle de la invención, el dispositivo está constituido por: al menos una lámpara LED, que emite luz al ambiente; un adaptador/transformador de LED, conocido como “driver”; encargado de controlar el color de la luz, preferentemente con una variación de color de entre las temperaturas más frías a las más cálidas, y que está en conexión y controlado por un microcontrolador; un microcontrolador, que es un módulo electrónico con una memoria flash y que además comprende un reloj de tiempo real; un microcontrolador, que es un módulo electrónico con una memoria fias y que además comprende un reloj de tiempo real; una fuente de alimentación, que puede ser una batería y/o un cableado de conexión a la red eléctrica convencional, en conexión con el microcontrolador; al menos un oscilador de cristal de 32768 Hz, en conexión con el microcontrolador, que estabiliza el funcionamiento del reloj.

El microcontrolador, que incorpora un reloj de tiempo real, en su memoria comprende dos módulos para ciclos circadianos con un comportamiento diferente: un módulo de ciclo fijo con horas de inicio y finalización prefijadas y con una duración de 12 horas; y un módulo de ciclo real con inicio y finalización coincidentes con la hora de salida y puesta de sol.

Este reloj de tiempo real puede incorporar algoritmos para adaptar el ciclo circadiano a 5 latitudes diferentes y para los hemisferios norte y sur, lo que permite, teniendo también en cuenta la hora de la luminaria ajustable, el poder adaptar el funcionamiento dependiendo de la ubicación del dispositivo.

En una realización de la invención, adicionalmente a la fuente de alimentación eléctrica, que como se ha indicado puede ser una batería y/o un cableado de conexión a la red eléctrica convencional y que está en conexión con el microcontrolador, la invención puede comprender una fuente de alimentación de reserva para que el reloj en tiempo real pueda seguir en funcionamiento aun cuando falle la fuente de alimentación principal.

En una realización de la invención, el dispositivo comprende al menos un sensor de luz, en conexión con el microcontrolador, que es un sensor que mide y detecta de forma continua la cantidad de luz del entorno, de tal forma que mediante el microcontrolador se adapta la luz de la luminaria, reduciendo y adecuando la potencia, y ahorrando energía.

En una realización de la invención, la lámpara LED comprende una pluralidad de diodos. Por otro lado, la fuente de alimentación eléctrica (5) puede ser una batería de Litio.

Para mejorar y aclarar la explicación, se entiende que las luces LED emiten a ciertas temperaturas de color, pero para unificar la descripción en adelante se habla de color de LED, y también se aclara que de forma general en este sector industrial se entiende que existen 3 colores principales de luz LED: luz cálida (hasta aproximadamente 3300K), luz neutra (aproximadamente entre 3300-5000K) y luz fría (aproximadamente entre 5000-6500K). Para ello, el microcontrolador, en una realización particular puede comprender un módulo programable que comprenda una programación o algoritmo que calcula en todo momento el espectro de la luz para que se aproxime a la del sol, y distribuye la potencia de la lámpara entre los diodos de LED frío, cálida y neutra. La elevada resolución del microcontrolador y la modulación de ancho de pulso hace que las transiciones entre los distintos espectros y niveles de luz sea suave.

A modo de ejemplo del comportamiento de un ciclo fijo, el dispositivo realiza un ciclo circadiano de 12 horas de duración, especialmente ideado para centros de trabajo. El inicio del ciclo se inicia a las 06:00 y finaliza a las 18:00. Durante el ciclo la temperatura de color varía entre los 2700K y los 5600K. En la siguiente tabla 1 se observa una matriz que se introduce en la memoria del microcontrolador y con la relación entre dichas horas y el color de emisión de la luz.

Tabla 1

De esta manera, y de acuerdo con lo que se puede observar en la Fig.1 , el dispositivo durante ese periodo emite gradualmente la luz a dicha temperatura de una manera autónoma.

En un ejemplo de comportamiento de un ciclo real, el dispositivo realiza un ciclo donde se toman los datos de horario de salida y puesta del sol oficiales. En el caso de España, se tienen en cuenta los datos publicados por el Instituto Geográfico Nacional. En este sentido, es posible descargarse los horarios de salida y puesta de sol de todas las provincias. Aquí se encuentra el problema de que entre las provincias más distantes hay una diferencia cercana a una hora. A modo de ejemplo, entre las ciudades de A Coruña y Palma de Mallorca hay precisamente una hora de diferencia. Para resolver este problema, al menos en España, dado que el horario de puesta y salida de sol depende de la longitud geográfica del lugar, se toman los valores de la ciudad de Madrid está situada desde un punto de vista geográfico en el centro del país, de modo que cualquier usuario que esté situado en otra provincia, el error respecto a la hora exacta de la salida y puesta de sol será pequeño. Por tanto, la siguiente tabla 2, que es descargable desde la página web del Instituto Geográfico Nacional, se introduce en la memoria del microcontrolador en forma de matriz en su memoria fias. En este ejemplo, el ciclo corresponde a la latitud 40° del hemisferio norte (la que corresponde a España) y tomando los datos exactos de los horarios de salida y puesta del sol del punto geográfico y eliminando los cambios de hora. Como se ha indicado, los datos de salida y puesta de sol de todas las latitudes están introducidos en forma de matriz en la memoria del microcontrolador.

Tabla 2

La matriz mostrada en la tabla 2 son las horas y minutos exactos en los que se produce el amanecer y el ocaso en todos y cada uno de los días del año en Madrid. Fuente Instituto Geográfico Nacional. De esta forma, el dispositivo, con el reloj de tiempo real que tiene, puede conocer con exactitud la hora de salida y puesta de sol de todos los días del año. Basándose en la hora de salida y puesta de sol, se adapta el ciclo o "ciclo fijo" que hemos visto anteriormente, y en lugar de tomar las 06:00h y las 18:00h se tomarán los valores reales de salida y puesta de sol para esa posición geográfica, siendo la duración del ciclo variable en lugar de fija, con una duración máxima en el Solsticio de Verano (21 de Junio) y mínima en el Solsticio de Invierno (21 de Diciembre).

En la siguiente tabla 3 se observa la matriz recalculada de acuerdo con los anteriores parámetros con la relación entre las horas y el color de emisión de la luz para el día del Solsticio de Verano.

Tabla 3

De esta manera, y de acuerdo con lo que se puede observar en la Fig.2, el dispositivo durante ese periodo en ese día concreto emite gradualmente la luz a dicha temperatura de una manera autónoma.

Por otro lado, en la tabla 4 se observa la matriz recalculada de acuerdo con los anteriores parámetros con la relación entre las horas y el color de emisión de la luz para el día del Solsticio de Invierno.

Tabla 4

De esta manera, y de acuerdo con lo que se puede observar en la Fig3, el dispositivo durante ese periodo en ese día concreto emite gradualmente la luz a dicha temperatura de una manera autónoma.

Además, el dispositivo puede ser ajustable y estar programado, para lo cual el dispositivo comprende un módulo programable y puede comprender al menos un pulsador o botón en conexión con el microcontrolador. La presente invención es un dispositivo autónomo que no requiere de conexión a otros dispositivos eléctricos sino a la red eléctrica. A través de la conexión a la red eléctrica, este puede tener unos modos de ajuste a través de un simple interruptor en conexión con el microcontrolador, y que permita la sincronización de la hora del reloj en tiempo real, el ajuste de la ganancia del regulador de luz y la selección entre una pluralidad de latitudes y los dos hemisferios. Para ello, mediante el uso de un interruptor y su pulsación, se puede provocar interrupciones en la tensión de alimentación del dispositivo que permiten el ajuste a los siguientes parámetros programados: sincronización de la hora y ajuste de la latitud, preferentemente a seleccionar de entre las latitudes de 0 ^o , 20°, 30°, 40° o 50°; con lo que el dispositivo se puede adecuar a diferentes ubicaciones en el mundo; - ajuste del regulador de luz, preferentemente a seleccionar de entre un nivel bajo, nivel medio, nivel alto o desactivación; y el ajuste del hemisferio entre Norte y Sur.

Para este ajuste se aplican secuencias preprogramadas en un módulo programable del microcontrolador consistente en secuencias de pulsación o encendidos muy breves seguidas de unos tiempos de parada o apagado, preferentemente en unas secuencias de tiempo de encendido de 1 segundo frente a unos tiempos de apagado de 5 segundos. En este modo de ajuste, el dispositivo emite una secuencia de parpadeos, que varían a partir de las especificaciones de la máquina, concretamente en la intensidad o temperatura del color (cálido, neutro o frío) y en velocidad (rápido, lento o fijo), donde preferentemente el parpadeo lento se realiza con una frecuencia de 1 Hz y el parpadeo rápido se realiza con una frecuencia de 4 Hz.

Se ha de tener en cuenta que, a lo largo de la descripción y las reivindicaciones, el término “comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas o elementos adicionales.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS DEL INVENTO

Con el objeto de completar la descripción y de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se presenta un juego de figuras y dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo se representa lo siguiente:

La Figura 1 es un diagrama que muestra la temperatura/color (K) con relación a las horas de un día en un ciclo circadiano fijo.

La Figura 2 es un diagrama que muestra la temperatura/color (K) con relación a las horas de un día en un ciclo circadiano real para el día del Solsticio de Verano (21 de Junio).

La Figura 3 es un diagrama que muestra la temperatura/color (K) con relación a las horas de un día en un ciclo circadiano real para el día del Solsticio de Invierno (21 de Diciembre).

La Figura 4 es una representación esquemática de una realización de la composición interna del dispositivo objeto de la presente invención que emite luz al ambiente.

La Figura 5 es una representación esquemática de una realización donde además se comprende tanto un sensor de luz (8) como un pulsador para poder ajustar el dispositivo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNOS MODOS DE REALIZACIÓN DEL INVENTO

Teniendo en cuenta las figuras previas 1 a 4, se puede observar que, en un modo de realización de la invención, el dispositivo de iluminación autónomo para la regulación de ciclos circadianos internamente comprende: al menos una lámpara LED (1), que emite luz al ambiente; un adaptador/transformador (2) de la lámpara LED, encargado de controlar el color de la luz, preferentemente con una variación de color de entre los 2700K y los 5600K, y que está en conexión y controlado por un microcontrolador (3); un microcontrolador (3), que es un módulo electrónico con una memoria (7) flash y que además comprende un reloj de tiempo real (4); una fuente de alimentación eléctrica (5), que puede ser una batería y/o un cableado de conexión a la red eléctrica convencional, en conexión con el microcontrolador; al menos un oscilador de cristal (6) de 32768 Hz, en conexión con el microcontrolador; y donde el microcontrolador comprende en su memoria unos módulos para ciclos circadianos con un comportamiento diferente, concretamente:

- un módulo de ciclo fijo (71) con horas de inicio y finalización prefijadas y con una duración de 12 horas; y un módulo de ciclo real (72) con inicio y finalización coincidentes con la hora de salida y puesta de sol.

- o un módulo de ciclos circadianos con inicio y finalización coincidentes con la hora de salida y puesta de sol para unas latitudes diferentes (al menos 5 latitudes) y dos hemisferios y en donde, además, el dispositivo puede incluir una fuente de alimentación de reserva para que el reloj en tiempo real siga en funcionamiento cuando la fuente de alimentación principal pueda fallar.

En la Figura 5 se puede observar una realización del dispositivo donde, además, el dispositivo puede comprender un sensor de luz (8) en conexión con el microcontrolador (3) con el que se puede detectar la presencia de luz en el entorno y gestionar y ahorrar el consumo de energía. En esta realización, además, el microcontrolador comprende un módulo programable, y el dispositivo comprende al menos un pulsador (9) con el que un usuario puede ajustar el microcontrolador (3) mediante una secuencia preprogramada de pulsaciones y paradas de dicho pulsador.