Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Limit rozdzielczości ludzkiego oka pokazuje, czy jest sens kupować „lepszy” telewizor
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Ciekawostki
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Oko – narząd wzroku człowieka – pod wieloma względami zachwyca i zdumiewa nie tylko precyzją widzenia oraz możliwością rozróżniania milionów barw, ale również umiejętnością funkcjonowania w niezwykle szerokim przedziale intensywności światła, która w naturalnych warunkach potrafi zmieniać się nawet o czynnik równy dziesięciu miliardom!
Takie wyzwanie wymaga od fotoreceptorów dysponowania krańcowo odmiennymi, a nawet pozornie sprzecznymi atrybutami: z jednej strony bardzo wysoką czułością, z drugiej zaś strony fotostabilnością. Łączenie tego typu skrajności możliwe jest dzięki aktywności wielu mechanizmów regulacyjnych, funkcjonujących na różnych poziomach organizacji narządu wzroku. Wśród nich ważnym oraz doskonale znanym jest zwężanie oraz rozszerzanie źrenicy w odpowiedzi na zmiany intensywności światła, przypominające działanie przysłony fotograficznej.
Okazuje się, iż w oku człowieka funkcjonuje również inny ważny mechanizm regulacyjny, przypominający z kolei działanie okularów fotochromowych. Mechanizm ten dynamicznie osłabia intensywność światła docierającego do fotoreceptorów przy wysokich natężeniach, działając w przeciwnym kierunku przy niskim poziomie oświetlenia. W tę nieznaną dotychczas aktywność regulacyjną na poziomie molekularnym zaangażowane są bezpośrednio luteina oraz zeaksantyna, barwniki ksantofilowe obecne w siatkówce oka człowieka, w szczególności w jej centralnym obszarze zwanym plamką żółtą.
Odkrycie tego mechanizmu zostało właśnie ogłoszone przez międzynarodowy zespół badaczy pracujących pod kierunkiem prof. Wiesława Gruszeckiego z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie. Zespół został utworzony w celu realizacji projektu badawczego w programie TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, współfinansowanym w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój Unii Europejskiej.
Jak mówi prof. Gruszecki, lider projektu: Aktywność interdyscyplinarnego zespołu złożonego z fizyków, medyków oraz chemików, zarówno eksperymentalnych, jak i reprezentujących podejścia obliczeniowe, stworzyła unikalne możliwości badania mechanizmów molekularnych funkcjonujących w oku człowieka oraz poszukiwania odpowiedzi na pytania formułowane z perspektywy wielu, dopełniających się obszarów poznawczych. Co równie ważne, zaangażowanie w pracach zespołu uznanych ekspertów, jak prof. Robert Rejdak z Uniwersytetu Medycznego w Lublinie czy prof. Jacek Czub z Politechniki Gdańskiej, ramię w ramię z adeptami nauki – doktorantami oraz studentami – stanowiło „mieszankę wybuchową” doświadczenia i młodzieńczego entuzjazmu, czyniąc naszą współpracę nie tylko dynamiczną, twórczą i wydajną, ale również pełną radości oraz satysfakcji na poziomie relacji społecznych.
Badacze pokazali, że ksantofile obecne w plamce żółtej oka, w odpowiedzi na zmiany intensywności światła, ulegają odwracalnej fotoizomeryzacji z konfiguracji molekularnej trans do cis, skutkującej zmianą orientacji tych barwników w błonach lipidowych. Co istotne, tego typu zmiana położenia w stosunku do płaszczyzny siatkówki oraz kierunku padających promieni powoduje radykalne zmiany pochłaniania światła przez tę grupę barwników. Przejawia się to przepuszczaniem większej liczby fotonów w kierunku fotoreceptorów, gdy poziom natężenia jest niski, oraz pochłanianiem promieniowania w warunkach jego nadmiernej intensywności.
Aktywność ta chroni siatkówkę przed fotouszkodzeniami w warunkach silnego oświetlenia, ułatwiając jednocześnie widzenie barwne oraz precyzyjne przy stosunkowo słabym świetle. Jak podkreślają badacze w swoim artykule, dodatkową, istotną cechą odkrytego mechanizmu jest jego bardzo krótki czas aktywacji (poniżej jednej tysięcznej sekundy) w stosunku do typowych reakcji źrenicy (czasy dłuższe niż 0,5 sekundy). Oznacza to, że ochrona fotoreceptorów włącza się automatycznie, zanim jeszcze dotrze do naszej świadomości informacja o zagrożeniu.
Co równie istotne, źrenica zwęża się jedynie do średnicy ok. 2 mm, pozostawiając niechronioną centralną część siatkówki, która jest odpowiedzialna za widzenie barwne oraz precyzyjne. Ochrona tego właśnie obszaru realizowana jest przez barwniki ksantofilowe oraz przez mechanizm regulacyjny porównany przez badaczy do „żaluzji” otwieranych i zamykanych na poziomie molekularnym w odpowiedzi na zmiany intensywności światła. Fakt, iż zasadniczym elementem aktywnym tych „żaluzji” są cząsteczki luteiny oraz zeaksantyny, które nie są syntetyzowane w organizmie człowieka, wskazuje na konieczność uwzględnienia ich w diecie tak, aby oczy służyły nam zarówno przy słabym, jak i intensywnym oświetleniu przez długie lata naszego życia.
O skrajnie negatywnych skutkach niedoboru luteiny oraz zeaksantyny w diecie świadczy utrata widzenia spowodowana degeneracją plamki żółtej w siatkówce oka postępującą wraz z wiekiem (AMD, ang. Age-Related Macular Degeneration). Na szczęście w zadaniu komponowania diety oraz doboru właściwych produktów żywnościowych pomaga nam zmysł wzroku, na co wskazuje fakt, iż luteina i zeaksantyna, jako barwniki ksantofilowe, charakteryzują się ciepłą, żółtopomarańczową barwą – mówi prof. Gruszecki.
Praca przedstawiająca odkrycie mechanizmu „żaluzji molekularnych” w siatkówce oka człowieka ukazała się w czasopiśmie The Journal of Physical Chemistry.
Jak zauważają autorzy artykułu, warty podkreślenia jest fakt, iż podobny proces odwracalnej fotoizomeryzacji barwników polienowych wykorzystany został przez naturę na drodze ewolucji biologicznej jako centralny mechanizm leżący u podstaw funkcjonowania dwóch zasadniczo odmiennych aktywności na poziomie fizjologicznym w oku człowieka. Fotoizomeryzacja cis-trans retinalu w rodopsynie uruchamia kaskadę sygnałów w procesie widzenia, zaś fotoizomeryzacja luteiny i zeaksantyny w plamce żółtej odpowiada za kształtowanie dynamicznej regulacji intensywności światła docierającego do fotoreceptorów na drodze mechanizmu „żaluzji molekularnych”.
W poniższym załączniku dostępny jest artykuł wraz z grafiką przedstawiającą ideę eksponatu w muzeum nauki, obrazującego aktywność mechanizmu „żaluzji molekularnych” w oku człowieka.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W nowym wyświetlaczu OLED, którego autorami są specjaliści z Samsunga i Uniwersytetu Stanforda, upakowano niemal 10 000 pikseli na cal. Prace te mogą doprowadzić do powstania zaawansowanych wyświetlaczy do rzeczywistości wirtualnej i rzeczywistości rozszerzonej.
Wyświetlacz OLED składa się z warstw organicznych podzespołów, które emitują światło w reakcji na przepływ prądu. W komercyjnych dużych telewizorach OLED osiągana jest obecnie rozdzielczość 100-200 pikseli na cal (PPI), podczas gdy w wyświetlaczach telefonów udaje się osiągnąć 400-500 PPI.
Na skalę przemysłową produkuje się dwa rodzaje wyświetlaczy OLED. W urządzeniach przenośnych wykorzystywane są czerwone, zielone i niebieskie organiczne LED (OLED). Używana jest tutaj także metalowa powłoka, której grubość decyduje o wielkości diod, natomiast tendencja metalu do wybrzuszania się ogranicza wielkość wyświetlacza. W dużych wyświetlaczach OLED, stosowanych w telewizorach, mamy zaś białe diody i umieszczone nad nimi kolorowe filtry. W tym przypadku filtry ograniczają możliwość zmniejszania diod decydując w ten sposób o tym ile ich można rozmieścić, a zatem o rozdzielczości.
Nowy wyświetlacz ma całkowicie odmienną budowę. Użyto tam warstwy OLED emitującej białe światło. Jest ona zamknięta pomiędzy dwiema odbijającymi światło warstwami. Jedna z nich jest srebrna, druga zaś to „metapowierzchnia” założona z dużej liczby mikroskopijnych srebrnych pręcików. Odległości pomiędzy tymi pręcikami są mniejsze niż długość fali światła. Srebrne pręciki mają wysokość 80 nm, a ich szerokość wynosi 100 nm. Są one zorganizowane w klastry, z których każdy reprezentuje 1 piksel. szerokość takiego klastra wynosi 2,4 mikrometra, czyli na calu zmieści się ich około 10 000.
Każdy piksel metapowierzchni nowego wyświetlacza podzielony jest na cztery subpiksele o jednakowych rozmiarach. Światło pada na pręciki i się od nich odbija. A o tym, jaki kolor ma światło odbite od każdego z pręcików decyduje odległość pomiędzy pręcikami. Tam, gdzie pręciki są najgęściej upakowane uzyskamy kolor czerwony, zielony podchodzi od pręcików umiarkowanie upakowanych, a niebieski uzyskuje się tam, gdzie między pręcikami są największe odległości.
Światło wlelokrotnie odbija się pomiędzy warstwami, a w końcu z nich ucieka. Jak mówią badacze, dzięki takiej interakcji światła z materiałami wyświetlacza uzyskano też dwukrotnie większą jasność w porównaniu ze standardowymi OLED wykorzystującymi filtry oraz wyższą czystość kolorów. Inżynier Mark Brongersma ze Stanford University porównuje to do pudła rezonansowego instrumentów, które pozwala im na uzyskanie pięknego czystego dźwięku. To samo dzieje się tutaj ze światłem. Różne jego kolory rezonują z pikselami.
Główny autor badań, Won-Jae Joo z Samsung Advanced Institute of Technology mówi, że teoretyczny limit rozdzielczości takiego wyświetlacza to około 20 000 pikseli na cal. Problemem jest tutaj spadek jasności, do jakiego dochodzi, gdy pojedynczy piksel ma wymiary mniejsze niż mikrometr.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W elektronice konsumenckiej kropki kwantowe wykorzystywane są np. w telewizorach, gdzie znacząco poprawiają odwzorowanie kolorów. Używa się ich, gdy telewizory LCD wymagają tylnego podświetlenia. Standardowo do podświetlenia używa się białych LED-ów, a kolory uzyskuje dzięki filtrom. Zanim pojawiły się kropki kwantowe znaczna część światła nie docierała do ekranu, była blokowana przez filtry. Zastosowanie kropek kwantowych w LCD wszystko zmieniło.
Obecnie telewizory QD LCD wykorzystują niebieskie LED-y jako źródło światła, a kropki kwantowe, dzięki efektom kwantowym, zmieniają to światło w czerwone i zielone. Do filtrów docierają wówczas wyłącznie trzy składowe kolorów – czerwony, zielony i niebieski – a nie całe spektrum światła białego, to znacznie mniej światła jest blokowane i marnowane dzięki czemu otrzymujemy jaśniejsze, bardziej nasycone i lepiej odwzorowane kolory.
Okazuje się, że ta sama technologia może być przydatna przy uprawie roślin. Wykazują one bowiem preferencje odnośnie kolorów światła. Wiemy na przykład, że nie absorbują zbyt dużo światła zielonego. Odbijają je, dlatego wydają się zielone. Niedawne badania wykazały, że różne rośliny są dostosowane do różnych długości fali światła. W Holandii niektórzy plantatorzy już od dłuższego czasu eksperymentują i uprawiają pomidory pod światłem w kolorze fuksji, róże ponoć lubią bardziej białe światło, a papryka żółte.
W 2016 roku Hunter McDaniel i jego koledzy z UbiQD zaczęli zastanawiać się nad wykorzystaniem kropek kwantowych w hodowli roślin. Biorąc bowiem pod uwagę fakt, że kropki kwantowe pozwalają na bardzo precyzyjne dobranie długości fali światła oraz fakt, że światło nie jest blokowane, więc i nie mamy tutaj dużych strat energii, takie rozwiązanie mogłoby się sprawdzić.
Wcześniej McDaniel był badaczem w Los Alamos National Laboratory. Pracował tam właśnie nad kropkami kwantowymi i tam zdał sobie sprawę, że toksyczny kadm, wykorzystywany w kropkach, można zastąpić siarczkiem miedziowo-indowym. W 2014 roku założył UbiQD by skomercjalizować opracowaną przez siebie technologie.
Na początku naukowiec wyobrażał sobie kilka pól zastosowania dla nowych kropek kwantowych. I wtedy wpadliśmy na pomysł wykorzystania ich w rolnictwie. Ten rynek ma gigantyczny potencjał. Może on wchłonąć nawet ponad miliard metrów kwadratowych powierzchni kropek kwantowych rocznie.
Przedstawiciele UbiQD postanowili produkować długie płachty zawierające kropki kwantowe, które byłyby podwieszane pod dachami szklarni i zmieniałyby spektrum wpadającego światła słonecznego. Pierwsze takie płachty dawały światło pomarańczowe o długości fali około 600 nm. Badacze testowali je na badawczych uprawach sałaty na University of Arizona. Z czasem zaczęto prowadzić testy na większą skalę. Inne płachty, dające inne kolory światła, sprawdzano w Nowym Meksyku na pomidorach, ogórkach i ziołach, w Holandii badano wpływ światła z kropek kwantowych na uprawy truskawek i pomidorów, w Kolorado do testów wybrano konopie przemysłowe, w Kalifornii i Oregonie konopie indyjskie, a w Kanadzie ogórki i pomidory. UbiQD nawiązała tez współpracę w firmą Nanosys, która od 2013 roku produkuje kropki kwantowe w ilościach przemysłowych na potrzeby producentów telewizorów.
Niedawno UbiQD rozpoczęła komercyjną sprzedaż swoich płacht z kropkami kwantowymi. Mogą je kupić producenci z Azji, Europy i USA. Obecnie na skalę przemysłową produkowane są jedynie płachty dające światło pomarańczowe, jednak trwają badania nad innymi kolorami.
UbiQD otrzymała też kilka grantów od NASA. Za te pieniądze ma stworzyć produkt do użycia w warunkach kosmicznych. Tego typu płachta powinna blokować szkodliwe dla roślin promieniowanie ultrafioletowe i zamieniać je w światło o takiej długości, by rośliny mogły przeprowadzać fotosyntezę.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Studenci medycyny od dekad uczą się, że oczy komunikują się z mózgiem za pomocą jednego typu sygnałów, pobudzających. Jednak naukowcy z Northwestern University odkryli właśnie, że część neuronów siatkówki wysyła też sygnały hamujące. Naukowcy zauważyli również, że ten sam zestaw neuronów jest zaangażowany w takie działania jak synchronizacja rytmu dobowego z cyklem dnia oraz ze zwężaniem źrenicy w reakcji na jasne światło. Postanowili się więc przyjrzeć temu bliżej.
Okazało się, że wysyłane z oka sygnały hamujące zapobiegają zresetowaniu się rytmu dobowego w reakcji na przytłumione światło i zapobiegają zwężaniu się źrenic, gdy jest mało światła. Oba te zjawiska zapewniają nam odpowiednie widzenie i funkcjonowanie za dnia. Sądzimy, że badania te mogą pomóc nam w zrozumieniu, dlaczego nasze oczy są tak wrażliwe na światło, ale podświadome reakcje naszego organizmu są stosunkowo niewrażliwe, mówi główna autorka badań, Tiffany Schmidt.
W ramach badań Schmidt i jej zespół zablokowali u myszy neurony wysyłające sygnały hamujące. Wówczas za pomocą przytłumionego światła łatwiej było zmienić rytm dobowy myszy. To wskazuje, że sygnały z oczu w sposób aktywny powstrzymują nasz organizm przed zmianą rytmu dobowego w reakcji na przytłumione światło. To niespodziewane zjawisko. Ma to jednak sens, gdyż nie chcielibyśmy, by nasze organizmy zmieniały rytm dobowy w reakcji na zwykłe zmiany oświetlenia. Zmiana rytmu dobowego jest pożądana tylko wtedy, gdy rzeczywiście dochodzi do dużych zmian ilości dostępnego światła, stwierdziła Schmidt.
Naukowcy zauważyli też, że po zablokowaniu sygnałów hamujących z oczu, źrenice myszy były znacznie bardziej wrażliwe na światło. Sądzimy, że mechanizm ten zapobiega kurczeniu się źrenic w słabym oświetleniu. Do rozszerzonej źrenicy wpada więcej światła, więc lepiej widzimy w takich warunkach. To częściowo wyjaśnia, dlaczego nasze źrenice zwężają się dopiero gdy jasne światło stanie się jeszcze jaśniejsze.
Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Science.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W mózgach dzieci, które dużo czasu spędzają przed ekranem telewizora, komputera czy smartfonu, zauważono „inne wzorce”, niż u dzieci oszczędniej korzystających z nowoczesnych technologii. Skany mózgów i zauważone różnice to pierwsze wyniki wielkiego wciąż trwającego studium, jakie kosztem 300 milionów dolarów prowadzi amerykański Narodowy Instytut Zdrowia.
Doktor Gaya Dowling, która pracuje przy tym projekcie, ujawniła w telewizji, że u 9- i 10-letnich dzieci, które przed ekranem spędzają ponad 7 godzin dziennie, zauważono objawy przedwczesnego zmniejszenia grubości kory mózgowej. Nie wiemy, czy jest to spowodowane przez ekrany. Nie wiemy jeszcze, czy to negatywne zjawisko. Jedyne, co możemy obecnie powiedzieć, to to, że tak wygląda mózg dziecka spędzającego dużo czasu przed ekranem. I nie jest to jedyne zjawisko, jakie zauważyliśmy, mówi uczona. Badania wykazały też, że dzieci, które spędzają przed ekranem ponad 2 godziny na dobę uzyskują niższe wyniki w testach językowych i testach rozumowania.
W ramach studium przeprowadzane są m.in. badania obrazowe mózgów 4500 dzieci. Jednym z ich celów jest stwierdzenie, czy wpatrywanie się w ekran uzależnia. Potrzeba będzie jednak wielu lat, zanim naukowcy będą mogli mówić o długoterminowych skutkach wykorzystywania komputerów, telewizorów i smartfonów.
Głównym zmartwieniem wielu naukowców, w tym i moim, jest fakt, iż obecnie odbywa się wielki niekontrolowany eksperyment na całej generacji dzieci, stwierdził w tym samym programie Dimitri Christakis z Amerykańskiej Akademii Pediatrii, główny autor zaleceń dotyczących wykorzystywania ekranów przez dzieci.
Oficjalnie wstępne wyniki badań zostaną opublikowane na początku przyszłego roku. Już teraz specjaliści zalecają, by dzieci młodsze niż 18 miesięcy nie miały żadnego kontaktu z ekranami.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.