Forsknings och Innovations agenda: Det digitala
Forsknings och Innovations agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet för Sverige Belysningsområdet står inför ett paradigmskifte. Det finns stor potential att höja mervärdet av LED med hjälp av intelligenta system för att dynamiskt anpassa ljusets karaktär så att miljön blir mer aktiverande eller lugnande. Ljusmiljöns karaktär och kvalitet är väsentlig för trivsel, välbefinnande och hälsa. Med avancerade behovstolkande system kommer vi att kontinuerligt kunna tolka behovet och situationen och avgöra vilken belysning som är ”rätt”, vid olika tillfällen, för olika syften, på olika platser, för olika personer. Detta medför en mycket stor affärspotential som passar som hand i handske för Sveriges intresse-‐, kompetens-‐ och affärsmässiga resursprofil. Denna agenda föreslår en rejäl satsning på en affärsmässigt agerande verksamhet som öppnar upp för nydanande entreprenörskap och helt nya systemlösningar, tjänster och affärsmodeller som kan leda till tiotusentals nya jobb i Sverige. Agendan är sammanställd av Lars Montelius och Reine Karlsson, Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet. Lund 2013-‐12-‐30 Forsknings och Innovations agenda Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet för Sverige En beskrivande bild som visar på hur infasningen av LED skapar möjlighet för digitala systemlösningar som ger oändliga möjligheter att skapa s.k. smart belysning. För att kunna ta värdehöjande nytta av denna möjlighet krävs det kunskap om och intelligenta system för att tolka vilken belysning som vid olika tillfällen ger högre kvalitet i skola, hem, äldre vård, vård, kontor, trafiksituationer mm. Dessa mervärden ger grund för att skapa tiotusentals nya jobb. D.v.s. det skapas såväl bättre livssituationer som fler jobb. Den innovativa förnyelsen av belysningen och de belysningsrelaterade verksamheterna har två nivåer: Samhällsvision: Dynamiskt anpassad belysning är viktig i livsmiljöer för individuell utveckling/välbefinnande. Affärsvision: Konkurrenskraftig affärsverksamhet kring intelligenta dynamiska systemlösningar för skola, vård, sjukhus, affär, trafik och hem. 1. Table of Contents FORSKNINGS OCH INNOVATIONS AGENDA ....................................................................................................2 SAMMANFATTNING: ................................................................................................................................4 1. BAKGRUND TILL DENNA STRATEGISKA FORSKNINGS OCH INNOVATIONSAGENDA: ............................................5 2.1 Varför skapas det nya jobb?..................................................................................................11 2.3 Varför nya jobb i Sverige?......................................................................................................14 2.5 Hur stor är affärspotentialen? Hur många nya jobb kan skapas? .......................................17 3. BAKGRUNDEN TILL AGENDAN OCH ETT NULÄGESPERSPEKTIV .............................................................20 4. FRAMTIDENS LJUS OCH DESS STYRNING -‐ EN TANKEVÄCKANDE VISION .................................................24 5. AKTÖRSKONSTELLATION .................................................................................................................25 6. KONKURRENSSITUATION – EN SWOT-‐ANALYS. .................................................................................27 7. STRATEGISK HANDLINGSPLAN OCH VISION ........................................................................................28 7.1 Vad måste rent konkret åstadkommas:..................................................................................29 7.2 Exempel på pilotprojekt ..........................................................................................................31 8. HUR HAR ARBETET MED AGENDAN BEDRIVITS OCH VILKA HAR DELTAGIT?...........................................33 APPENDIX ............................................................................................................................................37 A1 GRUNDER FÖR LED-‐TEKNIK............................................................................................................37 A1.1 FRAMTID .................................................................................................................................38 A.2 FORSKNINGSÖVERSIKT I BIOLOGI, MEDICIN OCH PSYKOLOGI ................................................................40 A.2.1 Biologi ..............................................................................................................................40 A.2.2 Medicin.............................................................................................................................43 A.2.3 Psykologi ..........................................................................................................................48 Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 3 Sammanfattning: Denna Forsknings och Innovationsagenda skrivs inom ramen för VINNOVAS satsningar på strategiska innovationsområden som syftar till att katalysera en öppen process för att definiera behov av och strategier för forskning, kompetens och innovationsstöd för att säkerställa svensk framtida global attraktions och konkurrenskraft. Belysning står inför ett paradigmskifte. Belysning påverkas av en mycket kraftig förändringsvåg. De nya LED-‐baserade ljuskällorna kan med hjälp av digitala styrsystem leverera ljus som vi tidigare inte ens har kunnat drömma om. Tekniskt sett finns det nu nästan obegränsade möjligheter att styra ljusmiljöns färgfördelning, intensitet och dynamik. Det blir också allt mer känt att ljusmiljöns karaktär och kvalitet är väsentlig för trivsel, välbefinnande och hälsa. Det nya dynamiska ljuset ger möjlighet att skapa bättre livs-‐ och arbetsmiljöer för trafik, förskolor, skolor, inom sjukvården och för äldre. Det går att dynamiskt styra ljusets karaktär så att miljön blir mer aktiverande eller lugnande, och det går att synliggöra det som vid olika tillfällen är viktigt att upptäcka. Det är dock inte alls lika observerat att det krävs avancerade behovstolkande system för att kunna nyttiggöra denna potential. Det svåra är att kontinuerligt tolka behovet och situationen, för att avgöra vilken belysning som är ”rätt”, vid olika tillfällen, för olika syften, på olika platser, för olika personer. Detta är en mycket stor affärspotential som passar som hand i handske för Sveriges intresse-‐, kompetens-‐ och affärsmässiga resursprofil. Teknikskiftet från statisk belysning till dynamiska ljusmiljöer förändrar disruptivt dagens värdekedjor och öppnar upp för helt nya systemlösningar, tjänster och affärsmodeller. Som en direkt följd kan tiotusentals nya gröna jobb skapas i Sverige. Det finns mycket stor svensk affärsutvecklingspotential för kunskapsbaserade system som dynamiskt tolkar behovet av ljus. Denna agenda avser att väcka intresse bland en bred krets av affärsutvecklande och investerande aktörer och intressenter. Vi föreslår en rejäl satsning på en affärsmässig utveckling av detta område som öppnar upp för nydanande entreprenörskap. Förändringen har startat och om Sverige tar en ledande roll i ljusrelaterad affärsutveckling kan tiotusentals nya svenska jobb skapas. 1. Bakgrund till denna Strategiska Forsknings och Innovationsagenda: Nedanstående text beskriver varför VINNOVA har valt att satsa på att det skall skapas Strategiska Forsknings-‐ och Innovationsagendor i Sverige. Syftet är att katalysera en öppen process som stimulerar utvecklandet av agendor som utifrån aktörernas vision och mål definierar behov av och strategier för forskning, kompetens och innovationsstöd för framtida global attraktions och konkurrenskraft. Syftet med satsningen på strategiska forsknings-‐ och innovationsagendor är att grupperingar av behovsägare och forskningsutövare ska ta fram strategiska forsknings-‐ och innovationsagendor som formuleras gemensamt. I en ökande global konkurrens och i ljuset av stora samhällsutmaningar krävs förnyelse och samverkan, ett internationellt förhållningssätt och positionering för fortsatt attraktionskraft och konkurrenskraft. För att stärka samspelet mellan forskning, utveckling och innovation i näringsliv och samhälle vill VINNOVA stimulera och katalysera utvecklingen av strategiska innovationsprogram där näringsliv, offentliga aktörer, forskningsinstitut, universitet och högskolor samlas i aktiviteter för att adressera de visioner, mål och behov som identifieras i en gemensam agenda. Agendorna ska tjäna som en ledning för framtida samverkan, inriktning, prioritering och insatser för berörda aktörer. VINNOVA Det vidare syftet är att stimulera mobilisering och samverkan kring gemensamma visioner, mål och behovsformuleringar, för utveckling av svenska styrkeområden som stärker Sveriges attraktionskraft och konkurrenskraft för hållbar tillväxt och samhällsnytta. Den bör ta hänsyn till följande aspekter: • Förnyelse av svenska styrkeområden. Befintliga styrkeområden behöver många gånger inte revolutioneras utan kan utvecklas och effektiviseras genom nya kombinationer av kunskap, teknik och aktörer som kan generera förnyelse. Alla aktörer och kompetenser som kan bidra till ett styrkeområdes förnyelse utgör en viktig grund för ett Strategiskt innovationsprogram. • Stimulans av nya och befintliga värdekedjor. Förädlingsvärde skapas allt mer i strukturer som överskrider geografiska, organisatoriska, teknologiska och affärsmässiga gränser. Det är mycket viktigt att förnyelsen av det berörda området beskrivs tydligt, både med avseende på inriktningar och ifråga om nya aktörer och ny samverkan. Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 5 Det är också viktigt att agendan beskriver både hur redan befintliga insatser, resurser och infrastrukturer ska utnyttjas och samverka och vilka nya insatser, resurser och infrastrukturer som behövs för stärkt attraktionskraft och konkurrenskraft. En gemensam strategisk FoI-‐agenda bör beskriva: ·∙ VARFÖR: -‐ varför området bör betraktas som ett svenskt styrkeområde, -‐ områdets aktuella och potentiella omfattning nationellt och i en internationell kontext, -‐ vilka delar av området där Sverige har eller bör ha internationell spetskompetens. ·∙ VAD: -‐ gemensam vision och mål på lång sikt, -‐ gemensamma behov på kort, medellång och lång sikt. ·∙ HUR: -‐ insatser för att möta behoven som pekats ut i agendan, -‐ samverkansformer för att genomföra de insatser som föreslås. VINNOVA kommer att ta hänsyn till agendorna för utvecklingen av framtida insatser inom ramen för VINNOVAs satsningar på strategiska innovationsprogram (SIO). Ett viktigt resultat av denna Fo-‐I agenda inom belysningsområdet är att lägga grunden till att skapa en ansökan inom ramen för SIO-‐programmet. För mer information om strategiska innovationsområden: http://www.vinnova.se/sv/Varverksamhet/Samverkansprogram/Strategiska-innovationsomraden/ 2. Varför är det så viktigt med ljus? Framtidens smarta miljöer och belysningslösningar medför möjligheter att leverera optimalt behovs-‐ och situationsanpassat ljus. Ljuset kan anpassas för en individs behov, för en grupp av individer, för ett vårdteam, en sjukhusmiljö, en skolmiljö etc. och kommer att innehålla funktionaliteter som vi idag bara kan drömma om. Ljuset kan också vara situationsanpassat såsom koncentrations-‐ förstärkande för en pilot, en kirurg eller för en grupp skolelever. Ljuset – i vid betydelse – kan man kanske t.o.m. komma att ta med sig när man reser så att man i en hyrbil vid körning i mörker får precis den miljö som man själv vill ha och som inte bara beror på bilens utförande. Inom behandlande sjukvård kan rätt ljus medföra effektivare vård, snabbare rehabilitering och mindre bakteriespridning. För den förebyggande sjukvården kan rätt ljus medföra färre fallolyckor (t.ex. genom att trösklar är upplysta), färre trafikolyckor (p.g.a. bättre trafikbelysning och förarmiljöer), färre vårdbesök (p.g.a. bättre miljö för individen som ger större nöjsamhet). Givetvis uppnås inte alla fördelar enbart med rätt ljus utan måste ske i samverkan med annan utveckling. Ett möjligt sätt för att betrakta och konkretisera det nya digitalt styrda levande ljuset är att dela in området i nivåer. Vi har då fyra nivåer: Ljuskällan, Styrning av Ljuskällan, Mänsklig upplevelse och Dynamisk behovsanalys (Figur 1). Figur 1: Ett försök at konkretisera det nya digitalt styrbara levande ljuset i fyra nivåer, ljuskällan, styrning av ljuskällan, dynamisk behovsanalys samt mänsklig upplevelse. Den första nivån, dvs. ljuskällan är LED-‐baserad. Den kan idag anses vara tillgänglig även om den självklart genomgår en ständig förändring och så kommer att ske under lång tid framöver. System för styrning av ljuskällor är också idag tillgängliga även om fler system kommer att utvecklas framöver. I denna nivå kommer standardisering att bli viktig. Den väsentliga nivån utgörs av en förmåga att göra en ”Dynamisk behovsanalys”. Den är väsentlig i två perspektiv, både i perspektivet att i) veta hur ljuset skall styras samt ii) veta hur man skall ”mäta” den mänskliga upplevelsen. Det är helt klart så att den aktör (de aktörer) som behärskar denna nivå är framtidens nyckelspelare i det nya ekonomiska eko-‐system som nu håller på att växa fram. Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 7 Svårigheten med att göra en ”Dynamisk behovsanalys” är att det inte finns en redan klar ”kunskap” om hur vi skall karakterisera den översta nivån, den mänskliga upplevelsen. Utan den kunskapen kan vi inte med säkerhet styra ljuskällorna på ett bra sätt även om vi rent tekniskt sett, kan styra dem på alla möjliga sätt. Vi måste ju veta hur vi skall styra dem för att maximera den upplevelse vi eftersträvar. Ett inbyggt stort problem med att karakterisera, eller parametrisera den översta nivån, den mänskliga upplevelsen, är att den är mycket mångdimensionell. Klart är dock att ljuset har en stor effekt på den mänskliga upplevelsen men även andra saker spelar stor roll. Det är t ex lätt att förstå att ljudintryck kan upplevas såväl förstärkande som besvärliga beroende på situationen och avsikten bakom den mänskliga upplevelsen som man eftersträvar att uppnå. Rationellt sett förmedlas större delen av de sensoriska inflödena genom vårt synsystem. Detta är en av anledningarna varför just ljuset har så stor enskild betydelse för den mänskliga upplevelsen. Figur 2. Rätt levande och interaktivt ljus vid rätt tillfälle och vid rätt plats kräver en flervetenskaplig process som tar kombinerad nytta av ledande kunskap inom flera olika ämnesområden. Processen ger också nya tankar och högre intresse för utvecklingen av forskningen inom de medverkande områdena. För att veta vad som är rätt levande ljus vid rätt tillfälle – krävs mångdisciplinär kunskap om bland annat kognition, ljusmiljömätning, ljusstyrning, ljusframställande samt ljusets biologiska effekter. Vi har redan idag kommit en lång väg och utvecklat vår multidisciplinära förståelse kring ljusets betydelse – och de olika disciplinernas roll för att förstå ljusets betydelse-‐ för olika upplevelser etc. Mestadels har dock än så länge den teknik man haft till sitt förfogande för att leverera ljuset varit ytterst begränsad. Det är först nu på senare år då vi har tillgång till nyutvecklade LED-‐ljuskällor som vi kan skapa det dynamiska ljus vi önskar som medger att vi kan ha full kontroll över intensitet, färg och dynamik. Självklart är det inte bara ljuset som påverkar den mänskliga upplevelsen men det faktum att vi under evolutionens miljarder av år utvecklat vår förmåga att anpassa oss till det naturliga ljusets förutsättningar och dynamik för att forma vår framtid, gör att ljuset har en stor påverkan på vår biologi och våra upplevelser. Det som behövs för att kunna styra ljuset optimalt är en ständig analys av den situation/miljö vi befinner oss i samt en mätning av hur den situationen utvecklas då vi ändrar ljusets tillförsel (Figur 3). Vi måste för att kunna leverera ”korrekt” ljus Figur 3. De röda fälten beskriver de nödvändiga återkoppla ljusets styrning till en mätning av vad som och helt nya ”områden” som vi behöver utveckla är den mänskliga upplevelse vi eftersträvar vid varje kunskap om för att kunna styra ljuset optimalt. ögonblick, dvs vi måste kunna mäta miljön/upplevelsen, låta denna mätning styra ljuset och sedan mäta igen och successivt förändra ljuset tills att vi uppnår det optimala ljuset. Det är relativt enkelt att mäta den tekniska miljön, dvs den dynamiska förändringen av ljusintensitet och färger i enskilda punkter med etablerade mätetal för statiska ljusflöden, emedan det är väsentligt mer avancerat mäta den nya levande ljusets egenskaper och att mäta och beskriva ljusmiljöer. Det är betydligt mer komplicerat och tidskrävande att ta fram rationella mätetal för den mänskliga (psykologiska) upplevelsen. Biologer inom synvetenskap har redan djupgående kunskap om hur olika våglängder och olika variationsmönster påverkar vissa primitiva djur, växter och celler. Eftersom sensorer utvecklas i takt med nanoteknikens alltmer ökade mognadsgrad kommer möjligheten till icke-‐invasiva mätningar av relevanta markörer att öka kraftigt. Men man kan också tänka sig att vår allt större kapacitet att tolka stora datamängder kan leda till att vi kan få fram ökad kunskap om effekter av ljuset genom att studera stora datamängder av beteendemönster och beteendeförändringar. Således kommer denna ljusrelaterade utveckling alltmer bli en integrerad del av den digitala agendan (det digitala samhället) och flätas ihop samt därmed dra nytta av andra starka moderna utvecklingsområden som Smart Materials, internet-‐of-‐things, cloud-‐computing, e-‐ och m-‐hälsa, personlig hälsa, hållbara städer, åldrande befolkning mm. Ljuset kommer att bli mer individuellt anpassat och integrerat i de styrsystem som tas fram inom privat och offentlig sektor. Redan idag kan man via LED-‐belysning knyta in internet via ljuskällorna, och utvecklingen går framåt med stormsteg. Ljuset kommer även kunna ha en spektralfördelning och intensitet som får oss att må bra, genom att precis som solen ge ut de våglängder som får oss att producera endorfiner (ämnen för välbefinnande) och vitaminer såsom D-‐vitamin dag och kväll och ett nattljus som efterliknar månens. Belysningen kan återkopplas dels till humör, tidpunkt på dygnet, arbete mm. Man har i studier klart påvisat att belysningens karaktär bl a är viktig för effektiv inlärning i skolmiljöer, ger en ökad säkerhet i trafikmiljö och en högre upplevd trygghetskänsla i offentliga miljöer. Genom att skapa miljöer med situationsanpassade former och nivåer av sensorisk stimulans, så förbättrar vi förutsättningarna för produktivitet, lärande, hälsa, trivsel och välbefinnande. En hög nivå av sensorisk stimulans är möjliggörande, aktiverande och stimulerande, men också stressande. En låg nivå av stimulans kan vara vilsam, men den är också passiverande. De ljusburna intrycken utgör en avsevärd del av människans sensoriska miljö. En person som satt ord på den mångsidiga betydelsen av bra ljus är fotobiologen Dr. John Ott, som på 1960-‐talet myntade termen fullspektrumljus (Figur 4). Figur 4: Vi har till sist börjat förstå att ljus, är en näringskälla precis som mat och precis som att en obalanserad kost kan göra oss sjuka så kan en felaktig belysning göra oss sjuka, och rätt belysning kan bevara vår hälsa. Forskning inom detta område har gjort stora framsteg, men det är fortfarande en lång väg kvar att gå. Dr. John Ott Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 9 Bra miljöer inom vård, hem, sjukhus, skola, offentliga inrättningar och arbetsplatser leder till att individer mår bättre och presterar mer. Dessa individuella förbättringar, medför stora indirekta vinster för samhället såsom färre antal sjukskrivningar. Många olika aktörer kan medverka i att skapa bra miljöer och dela på de totala vinsterna. Miljöer kan vara såväl nybyggnationer som renoveringar/förändringar. Den verkligt intressanta affärspotentialen ligger alltså i att leverera helhetslösningar. En ytterligare aspekt kring det nya ljuset är också den uppenbara, d.v.s. energibesparingseffekten. Den tydligast kommunicerade fördelen med LED är möjligheten att spara mycket el, t ex minst 90 % av den el som förbrukas av en glödlampa vid ett visst ljusflöde kan sparas in om man byter till en LED-‐lampa. Energisparandet i jämförelse med lysrör och andra urladdningslampor är inte så stort. Energimyndigheten räknar med att Sverige sparar 2 TWh/år på den pågående utfasningen av den gamla tekniken. Det är dock uppenbart att det går att göra smarta systemlösningar som sparar mycket el, enligt vår bedömning minst 6 TWh/år (Sveriges energiförbrukning 2010 var 614 TWh enligt energimyndigheten). Det riktigt intressanta här är fördelarna med lösningar som ger dynamiskt rätt ljus på rätt plats vid rätt tidpunkt. Detta betyder att man fokuserar på just det ljus användarna vill ha, kraftigt begränsar annat ljus och att man därmed samtidigt sparar mycket energi. • Ljuset kommer att vara en helt integrerad del av vår fysiska miljö i framtiden. Systemaspekten är viktig och utformningen av interaktionen mellan människa och den fysiska miljön blir avgörande. • Vi kommer inte att försöka beskriva en bästa belysning utan den kommer att variera beroende på omständigheterna. • För detta behövs forskning om förståelse för våra reaktioner i symbios med utveckling av system. • På ett mer praktiskt plan är det nödvändigt att utveckla och designa ”kopplingen” mellan människa och teknik, med hänsyn till människans naturliga beteende. 2.1 Varför skapas det nya jobb? Det finns stora affärsmöjligheter för det nya ljuset ljus som har sin grund i att den kombinerade tillämpningen av olika former av digital teknik och nya affärsformer börjar nå upp till en utvecklingsnivå där människor får en tillgång till en ny nivå av möjlighet att forma sina livs-‐ och arbetsmiljöer (översta nivån i figur 1 och 5). Tidigare har vi varit vana att köpa allt fler separata produkter, t ex LP-‐skivor, bordslampor, stearinljus, braskamin, tavlor, gardiner och tapeter. Nu börjar det bli möjligt att köpa allt fler delar av dynamiska upplevelser t ex öppen tillgång till musik, film och datorspel. Tekniken för presentation och användargränssnitten blir allt mer avancerad och det växer fram företag som börjar sälja delar av livsmiljöer. Inom EU sker nu en utfasning av glödlampor samt infasning av LED. För att till fullo dra nytta av den nya tekniken med individuellt anpassad belysning/ljus i olika miljöer och vid olika tidspunkter på dygnet behövs nya utbildningar, nya elinstallationer (låga volttal så transformatorer kan exkluderas) och ny teknikutveckling för styrsystem samt insatser för ökad upplysning till den breda allmänheten. Den snabba förändringen inom belysning bidrar till möjligheten att komma igång med system-‐ utveckling som öppnar upp för en integrerad och smart styrning av många viktiga funktioner; inte bara belysning, solskydd och reflektorer utan även informations-‐ och säkerhetsfunktioner, ljud, värme och ventilation. Det nya levande ljuset är en väsentlig del i denna utvecklingsprocess. Det är nu tekniskt möjligt att efterlikna naturens ständigt varierande nivåer och karaktärer av ljus, t.ex. solnedgångens färgspel, det blå Figur 5. Här visas tydligt hur framtida brukares krav på kvalitet och värde leder till ett ökat skymningsljuset, affärsutrymme för framtidsinriktade utvecklingsaktörer. vågornas glittrade ljus och ljusspelet i en bokskog. Det bör här noteras att människans sensoriska system i huvudsak registrerar skillnader, t.ex. rörelser, förändringar och kontraster. Människans sensoriska system har utvecklats för att vi skall kunna leva bra i naturens dynamiska ljus. Det nya ljuset ger stor frihet att skapa nya former av funktioner och dynamiska ljusmiljöer. De nya användargränssnitten, sensorerna, IKT och de dynamiska intelligenta självlärande snabbt föränderliga digitala systemen ger en helt ny nivå av möjlighet att fånga upp vad som är rätt ljus, på rätt plats, vid rätt tid, för var och en. EU skriver i policyrapporten Lighting the Cities att det finns Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 11 mycket stor framtidspotential för integrerade, adaptiva, intelligenta ljuslösningar som skapar hälsa och välbefinnande (Figur 5). 2.1.1 Varför skapas det nya värdekedjor? Dagens värdekedjor kring belysning kan illustreras som i Figur 6: Figur 6: Bilden visar dagens enkla mönster. Som kund köper man en lampa i en affär. Man betalar sedan bara för den energi som krävs för att lampan skall lysa. Systeminstallationer är sällsynta. Produktproducenten levererar produkter till affärer. Brukarna har små möjligheter att påverka utbudet. Det är producenterna som bestämmer utbudet. Producenterna har inget behov av systemkunskap då deras affärslogik ej kräver det. Men i morgondagens utbud tillkommer många aktörer som är med och levererar den digitala ljustjänsten. Bilden blir något mer komplicerad och aktörskedjan kan i stället beskrivas som i figur 7 där de röda cirklarna beskriver uppkomsten av helt nya värdekedjor. Figur 7: I framtidens värdekedjor har det bl. a. tillkommit en tjänsteleverantör som levererar den tjänst som man vill ha. Denna tjänsteleverantör har relationer med systemleverantörerna samt systeminstallatörerna och med designers/arkitekter. Dessutom har systemleverantören kontakter med designers/arkitekter samt med produkttillverkarna. Konsumenten handlar fortfarande enskilda produkter men köper också en tjänst av tjänsteleverantören. Här finns en möjlighet för nya aktörer i systemet t ex för energileverantören att paketera tjänster som väsentligt höjer värdet på elleveranserna. En stor möjlig värdekedja är installation av lågvoltsnät och systemlösningar i alla hushåll och arbetsplatser i Sverige. Dynamiska ljuskällor kommer att integreras i byggnader och inredning. Här kommer att behövas medveten och avancerad designutveckling i nära samarbete med teknikutvecklingen. Vad som blir följden kring utvecklingen av tjänster kan vi idag bara gissa. Vi kan helt enkelt inte föreställa oss vilka nya typer av tjänster som kommer att kunna vara ljusbaserade eller där ljus har en andel i tjänsten. Kommer det att introduceras ett ljusets motsvarighet till Spotify? Vad kommer det då att vara? Likaså är det svårt att sia om exakt hur dessa ljusbaserade områden kommer att samverka med andra områden och sektorer. Ljuset kan ju användas i en mängd situationer för att förmedla saker, t ex dynamiska utrymningsvägar på hotell, köpcentrum, flygplatser mm. Eller dynamiska system för olika logistikändamål. En intressant jämförelse kan göras med andra disruptiva förändringar som har skett som en funktion av digitalisering. Det mest närliggande exemplet är ljud där utvecklingen från den analoga LP-‐skivan till digitalt format i CD-‐skivan ledde via MP3 till nätbaserade tjänster. Samma omfattande utveckling skedde inom telefonin där den fasta analoga telefonen via digitala telefoner ledde till övergången från trådbunden till trådlös teknik. I kölvattnet på detta har uppstått många nya värdekedjor och tjänster och produkter som vi inte ens kunde drömma om när vi började prata om det digitala samhället. Intressant i detta sammanhang är att vi kanske i en snar framtid kommer att introducera trådlösa ljuskällor som laddas t ex induktivt från en grid i väggar eller tak. I många situationer kommer vi nog att frångå traditionella kabelinstallationer och i större utsträckning förlita oss på lokala solcellsystem och batterilösningar. Detta leder till helt nya möjligheter till arkitektonisk och funktionell design av rum och upplevelser. Skillnaden mellan digitaliseringen av ljud och ljus är att med ljudet skedde inte en bättre ljudupplevelse, utan snarare ett enklare sätt att lyssna på musik när och var man vill. Med ljus kommer i stället kvaliteten i den samlade upplevelsen i och av våra miljöer att bli avsevärt förbättrad då vi kommer att få uppleva en optimal och dynamisk ljusmiljö som är anpassad till vår mänskliga natur, fysiologiskt och mentalt. De nya jobben kommer att skapas i följande områden: Produkter, Installationer, Kompetensföretag, System, Tjänster samt inom Forskning och Utbildning (Figur 8). Den ekonomiska omslutningen av dessa olika områden går vi igenom i mer detalj i avsnittet 2.5. Figur 8. De nya jobben kommer att kunna skapas i följande områden: Produkter, Installationer, Kompetensföretag, System, Tjänster samt inom Forskning och Utbildning. En uppskattning av den ekonomiska omslutningen av dessa olika områden beskrivs i avsnittet 2.5 nedan. Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 13 2.3 Varför nya jobb i Sverige? Sverige är en liten nation och har följaktligen en liten hemmamarknad. Därför har svenska företag alltid varit tvungna att ta innovationer direkt ut i den globala arenan. Detta medför att vi har stor kompetens och bra kontakter i ett internationellt perspektiv. Kontakterna är mer inarbetade än i andra större länder. Den svenska formen av ledarskap med platt organisation har också varit och är en bra grund för samarbete. Vi har ett gott anseende och våra produkter har ett högt rykte. Sverige kan inte konkurrera i kvantitet men med produkter av hög kvalitet och inbyggt värde. Det finns också en konkret grund för gränsöverskridande samarbete då många svenskar är väl förtrogna med samarbetsformer som Triple Helix/Multiple Helix. Detta gör att det finns en gemensam förståelse som kan användas som grund för samverkan mellan olika former av aktörer. Den svenska industrihistorien inkluderar flera exempel på sådant samspel. Tre exempel är: • • • ASEA och Vattenfall, under elektrifieringen av Sverige, då Vattenfall representerade framtidens användare. Den öppna dialogen gav en bas för ledande högkvalitativ elektrifiering i växelverkan med framgångsrik affärsutveckling. Ericsson och Televerket. Under uppbyggnaden av telefontekniken representerade Televerket de framtida telefonanvändarna. Den öppna dialogen resulterade i ledande utveckling av telesystemet i samspel med framgångsrik affärsutveckling. TCOs arbete med bildskärmar och arbetsmiljö är ett mycket intressant exempel på utvecklingsdrivande samspel mellan aktiva användarföreträdare och teknikutvecklare. Processen resulterade i en ny nivå av skärmteknik och TCO-‐märkningen fungerar nu som ett globalt kvalitetsmärke. Det finns således både en tradition och förståelse att Sverige Asien bygga på. Sverige har bra förutsättningar för Väl utvecklad flerv utvecklingsinriktat samspel etenskaplig förståe lse o forskning mellan affärsaktörer och forskning och Relakvt lågt löneläge Konsensus orientera beslutsfattande och t mullk samarbetsklimat pel helix underlättande aktörer. Hierarkisk kultur Många välutbildad Internakonellt erfar na personer som s öker nya utmaningar e Innovakva skickliga välutbildade pers oner. Figur 9. Sverige har unika förutsättningar att ta kombinerad nytta av våra styrkefaktorer, främst genom en tradition av öppet samarbetsklimat och öppen dialog med anknytning till tekniskt- och affärsmässigt systemtänkande. Det finns stora möjligheter att accelerera de Europeiska investeringarna i att skapa arbets-‐ och livsmiljöer för en hållbar livsstil. Förändringsvågen inom belysning är en stark utvecklingskraft. Då Sverige satsar på att uppgradera samhällets fastighetsbestånd ger det många öppningar för entreprenörskap och innovativ verksamhetsutveckling och gröna jobb. I bästa fall kan vi ta en ledande roll i att skapa ljusmiljöer med högt kundvärde vilket också ger väsentliga öppningar för entreprenörskap och många jobb längs hela värdekedjan. Den svenska belysningsforskningen är också inne i en spännande utvecklingsfas. Ny kunskap inom psykologi, medicin och biologi visar på ljusets och belysningens betydelse. Sverige har en tradition av att skapa god arbets-‐ och boendemiljö, förstklassig forskning inom flera nyckelområden och erkänd förmåga att skapa högvärdiga systemlösningar (Figur 9). Sverige har unika förutsättningar att ta kombinerad nytta av de ovan nämnda styrkefaktorerna, främst genom en tradition av öppet samarbetsklimat och öppen dialog med anknytning till tekniskt-‐ och affärsmässigt systemtänkande. Sverige har dessutom en stark tradition inom optisk halvledarfysik och är ledande inom forskningen rörande nya former av LED-‐teknik. Alldeles speciellt så är satsningarna på nanotrådsbaserade optiska komponenter ett av Sveriges mest synliga och omfattande områden där vi är såväl i den absoluta forskningsfronten som i en ledande roll kring kommersialiseringsfasen av denna teknik. Satsningarna i anknytning till de materialvetenskapliga infrastrukturerna MAX IV, (synkrotronljusanläggning), och ESS, (European Spallation Source), ger möjlighet till ledande grundforskning. Ett exempel är att synkrotronljuset ger möjlighet att se in i biologiska och medicinska nanoprocesser. Den avancerade LED-‐baserade teknikutvecklingen ger möjlighet att skapa speciella former av ljus. Detta öppnar upp för forskning kring användarvärdet av ljus med olika karaktär, t ex på med olika spektralfördelning. Den ledande forskningen inom materialvetenskap och nanoteknik stärker således Sveriges möjlighet att ta en ledande roll i utvecklingen av belysning för hållbar utveckling. På Ljuslaboratoriet vid KTH befinner man sig i den absoluta frontlinjen internationellt avseende Ljusdesignutbildning (Architectural Lighting Design) och man driver ett antal forskningsprojekt inom området. Sen en tid förs en diskussion om att starta ett 'Semantic Lighting Center' i samarbete med KTH Wireless Communication Center i Kista. Sammantaget innebär detta att Sverige har unika förutsättningar att ta en ledande roll i belysningsomställningsvågen. Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 15 2.4 Varför är det så bråttom? Utvecklingscykeln på glödlampans tid var flera år, d.v.s. mycket långsam, men nu med LED sker utvecklingscykeln på under ett år, och det går snabbare och snabbare. Flera länder satsar på olika sätt på förnyelse, bl.a. Kina investerar många miljarder i att skapa en marknad för LED, USA arbetar med verktyg som EnergyStar för att snabba på marknadsutvecklingen för bra LED-‐ljuskällor och EU:s Figur 10: I Asien är allt i ständig rörelse och det går fort. Expansionstakten och ambitionerna är höga. Ekodesigndirektiv lyfter på ett kraftfullt sätt fram de energi-‐ och miljömässiga aspekterna som drivkraft för förnyelse. Allt fler starka internationella aktörer satsar på Smart Lighting, både traditionella belysningsföretag som Philips och Osram, och nya aktörer som Samsung, IBM och Microsoft satsar på systemutveckling och nya affärsmodeller. För att slippa betala utländska företags utvecklingskostnader måste Sverige samt svenska företag agera snabbt och sätta sig i en tätposition. Detta ger också Sverige en möjlighet att starkt påverka standardiseringsarbetet och sätta kraven på det digitala ljuset. Men det är bråttom! (Figur 10). Genom att Sverige etablerar sig i en tätposition kan vi säkerställa att de oundvikliga kommande investeringarna leder till kvalificerade arbetstillfällen i Sverige och att Sveriges innovationskraft kan stärkas. 2.5 Hur stor är affärspotentialen? Hur många nya jobb kan skapas? Vi har gjort ett antal bedömningar av storleken på den svenska affärsmöjligheten för det nya ljuset och tittat på följande sektoriella perspektiv: Produkter, Installationer, Kompetensföretag, System, Tjänster samt Utbildning. För vardera sektorn har vi uppskattat omsättningsvolym samt antalet nya jobb som kan skapas. I texten nedan beskrivs vad vi menar ingår i de olika sektorerna och sedan sammanfattas det med en tabell där gjorda uppskattningar kortfattat beskrivs (tabell 1). Slutligen avsluter vi med två diagram som beskriver fördelning av omsättning/jobb per sektor (Figur 11). Därefter diskuteras kort implikationerna av vad som inträffar om Sverige inte tar en tätplats i detta framväxande område utan nöjer sig med att installera andras system och använda andras tjänster. Ur ett produktperspektiv gjorde 2011 en bred grupp av forskare och belysningsaktörer en stor rapport till Energimyndigheten. Bedömningen då var att den svenska belysningssektorn omsättning kan mångdubblas i takt med att högre ljuskvalitet börjar efterfrågas och att ökningen kan uppskattas till runt 5-‐ 30 miljarder/år (SEK). Ur ett installationsperspektiv noterar vi kopplingen till lågspänningslösningar och intelligenta fastigheter. Ur detta perspektiv gör vi bedömningen att det digitala ljuset under en tioårig introduktionstid kommer att ge möjlighet till 80 000 årsarbeten för personer inom fastighets-‐ och verksamhetsutveckling, elinstallation och fastighetsskötsel. Den nya tekniken är även intressant för växthus och djurstallar. Här handlar det om att ta nytta av den nya tekniken på sådana sätt att vi verkligen skapar bättre funktionalitet, arbets-‐ och livsmiljöer. Det är viktigt att det sker en utgallring av de sämre produkter som nu väller ut på marknaden. Annars riskerar vi att betala för produkter som resulterar i sämre livsmiljöer. Utbildningsperspektivet skapar många nya arbetstillfällen. Vi behöver utveckla specifika kompetensutvecklande utbildningar för yrkesverksamma elektriker, beställare/inköpare, designers/arkitekter, Ingenjörer mm kring ljusets påverkan på människan/samhälle. En konservativ uppskattning är att det finns ett behov av kompetensutveckling för drygt 50 000 personer årligen, för allt från elektriker, kompetenskonsulter, fastighet, bygg, arkitektur och i viss mån t.ex. lärare och vårdpersoner. För många kan det i ett första steg räcka med några få utbildningsdagar. En konservativ uppskattning är att en genomsnittlig kurslängd för en mångdimensionell utbildning uppskattas motsvara 3 månaders heltidsutbildning. En sådan utbildning görs med fördel som en distansutbildning. Med dagens genomsnittliga kostnadsnivåer för en helårsprestation på runt 50 kSEK ger detta en utbildningsvolym motsvarande 600 miljoner SEK/år. Dessutom är det rimligt att anta att vi kommer att få ett ökat behov av fler specialiserade kurser kring området människa och teknik inom ett flertal av befintliga utbildningar såsom arkitekt-‐ design och civilingenjörsutbildningar. Det är också rimligt att tro att specialiserade mastersavslutningar och kanske t o m hela utbildningsprogram kan komma att behövas liksom doktorandutbildningar. En försiktig uppskattning av detta utbildningsbehov är 6000 helårsprestationer motsvarande drygt 300 MSEK/år. Detta ger sammantaget en affärsvolym på runt 900 MSEK/år vilket motsvarar drygt 1000 arbetstillfällen. En ännu större volym kan skapas på den internationella utbildningsmarknaden genom etablering av t ex Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 17 MOCCs i kombination med distansutbildningar på såväl Mastersnivå som kompetenshöjande utbildningar för yrkesverksamma. Ur kompetensföretagens synvinkel, t.ex. White, JM, Midroc, ÅF, WSP, SP, Ericsson, ABB, kan det digitala ljuset ge grund för 10 000 kvalificerade årsarbeten. Flaskhalsen ligger här i kompetensutvecklingsbehovet i kombination med den snabba Tjänster förändringstakten. hos kompetens-‐ företag Ur ett systemperspektiv kan en väl utvecklad standardisering och systemutveckling leda till betydande System för ljusmiljöer affärsmöjligheter och arbetstillfällen. Utvecklingskulturen och kunskapen Tjänster för ap leverera inom IKT-‐sektorn ger stor potential att ljusmiljöer skapa hård-‐ och mjukvarusystem för högvärdig ljussättning. En nyckel är att skapa harmoniserade teknik-‐ och användargränssnitt som ger enkel möjlighet att specificera behovet och som kontinuerligt kan läsa av situationsbehoven. En konservativ uppskattning av affärsmöjligheterna ur systemperspektivet kan vara 50-‐100 miljarder SEK i affärsvolymsomsättning och runt 50-‐100 000 nya jobb för en 10-‐årsperiod. Ur den digitala affärsvärldens perspektiv finns det möjlighet att bygga betalningsvilja för en ny nivå av tjänster och upplevelsefrämjande miljöer. Elbolagen och andra typer av tjänsteföretag, t ex telekombolag, skulle kunna sälja alltifrån individuellt anpassat ljus till mer komplexa, dynamiska system som tar helhetsansvar för Sektor Omsättning Årliga nya ljusmiljöerna. Ur ett bredare perspektiv Miljarder SEK/år jobb ligger Sveriges mest unika styrka i att ta fram lösningar som dynamiskt tolkar Produktutveckling 15 2 000 användarnas behov och situationer (se Installationer/Service 10 10 000 figur 1 och 3). Kopplingen till belysning gör att det blir naturligt att sprida sådana Kompetensföretag 5 2 000 system och informationen från dessa System 8 5 000 behovstolkningssystem kan också användas för styrning av andra funktioner. Tjänster 25 20 000 Vi kommer kunna få helt nya ljusupplevelser genom de möjligheter som den digitala tekniken ger och som påverkar både vår Tabell 1: En sammanfattning av möjlig omfattning och möjliga vardag och vårt arbetsliv. Varje ljuspunkt antalet nya jobb som kan skapas på den svenska marknaden. kan fungera som en informationspunkt i smarta rums-‐ och stadsmiljöer. Med denna bakgrund kan vi föreställa oss att det kanske växer fram digitala ljusaktörer som har likheter med telekombolag och Spotify/Wikipedia. Det finns möjlighet till någon form av franchising för kvalificerade behovsanalytiker och installatörer. Den totala omsättningen för verksamheter som levererar IT-‐ och media-‐tjänster uppskattas växa årligen globalt Utbildning 1 1 000 med 5,5 % till nivåer överskridande 10 000 miljarder SEK 2015, varav Sveriges andel är lite mindre än 1 % totalt (enligt PwC). En rimlig bedömning av hur stor volym av denna totala tjänstemarknad som är direkt relaterad till det digitala ljusets utveckling är runt 10-‐tals miljarder/år. Rationellt/sensoriskt sett utgör den visuella upplevelsen 70-‐80 % av människans omvärldskontakt. Tabell 1 sammanfattar affärspotentialen och det möjliga antalet gröna jobb. Anledningen till att det växer fram betalningsvilja för dessa volymer av verksamhet är dels att de digitala systemen ger möjlighet att spara energi och framför allt indirekta vinster i form av högre fastighetsvärden mm. Och den allra största vinsten är nog den samhälleliga som med fler nöjda invånare, bättre utbildningsverksamheter och bättre omsorg, inklusive de indirekta effekterna då man t.ex. kan minska risken för ADHD och lårbensbrott, kan värderas mångdubbelt mer än de sammanlagda direkta vinsterna. Figur 11. Vänstra bilden åskådliggör den relativa fördelningen av möjlig ny affärsvolym. Totalt uppskattas volymen uppgå till 64 Miljarder SEK/år. Högra bilden visar fördelningen av möjliga nya gröna jobb. Totalt uppskattas införandet av det digitala ljuset kan leda till drygt 40 000 nya årliga heltidsekvivalenter Siffrorna ovan begränsas nu till den svenska marknaden. Om Sverige tar en tätplats kring det digitala ljusets utveckling kan de svenska affärsmöjligheterna komma att bli betydligt större. Om vi i Sverige däremot inte gör något kommer installationerna alltjämt ske. Likaså är det troligt att en del av den produktrelaterade ökningen också kan ske. Men resten av affärsmöjligheterna kan gå helt förlorade och en stor del av tjänsteutvecklingen kommer antagligen då att ske någon annanstans än i Sverige. Likaså kommer vi inte trovärdigt kunna bygga internationellt ledarskap kring utbildningssektorn. Det innebär att vi i så fall förlorar mer än 50 % av den svenska marknadens möjligheter och drygt 20 000 möjliga arbetstillfällen. Man kan alltid hävda att man överskattar antalet jobb och att man borde vara lite mer försiktig. Även om så vore fallet så visar ovan gjorda överslag att det nya levande ljuset har möjlighet att göra en väsentlig skillnad på den svenska arbetsmarknaden. Genom att Sverige etablerar sig i en tätposition kan vi säkerställa att tiotusentals nya arbetstillfällen kan skapas i Sverige. Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 19 3. Bakgrunden till agendan och ett nulägesperspektiv Industrihistoriskt finns det en del analogier kring dagens belysningomställning med det som skedde på 1930-‐talet då Lumalampan bröt den dåvarande glödlampskartellen. Kopplingarna till användarnas intressen var viktiga inom KF och senare var Luma en föregångare i att arbeta för ljuskällor med lång livslängd och låg livscykelkostnad. Det har de fortfarande med i sin profil. Då Lumalampan byggdes upp i nuvarande Hammarby sjöstad (Stockholm) växte det fram nätverk som intresserade sig för ljuskällornas verkliga kundnytta och bland annat började man ifrågasätta V(lambda)-‐kurvans dominerande roll i arbetet med belysning. Det växte fram mycket frustration kring hur låst situationen var. För 10-‐20 år sedan blev det tydligt att det kommer ny ljusteknik, främst LED, som gör ger helt nya möjligheter att utveckla helt nya former av belysningslösningar. I synnerhet Asien började göra stora investeringar i LED-‐belysning och LED-‐produktion. Europa beslutade att förbjuda glödlampor och lysrör. I Sverige noterande man möjligheten att spara energi och Energimyndigheten startade ett forskningsprogram om Energieffektiv belysning och CEEBEL (Centrum för energieffektiv belysning, ceebel.se) etablerades vid LU som en samordnande kraft för energieffektivisering, CEEBEL är nu nationellt och leds av Thorbjörn Laike, LTH och Jan Ejhed, KTH. I styrelsen ingår Energimyndigheten, Trafikverket, Belysningsbranschen, VTI, SP, Stockholms Universitet, KTH, Göteborgs Universitet, Chalmers, Lunds Universitet och Tekniska högskolan i Jönköping. I början av 2010 startades inom Pufendorfinstitutet vid Lunds universitet en flervetenskaplig dialog om ljusforskning som bl.a. resulterade i att 12 forskare inom olika områden, inklusive fysik, medicin och psykologi skrev boken Flervetenskaplig ljusforskning1 http://lup.lub.lu.se/luur/download?func=downloadFile&recordOId=2173997&fileOId=2174008 Från hösten 2010 arbetade CEEBEL med organisationens roll och gjorde en SWOT-‐analys kring behov och möjligheter att förnya Sveriges belysningssektor. I början av 2011 konstaterade styrgruppen för CEEBEL att det finns behov att arbeta som Aktör för hållbarhetsinriktad förnyelse av Sveriges ljussektor, men att CEEBEL själva inte hade resurser för detta. Under 2011 gjorde Reine Karlsson, Thorbjörn Laike m.fl. en analys som resulterade i rapporten2 Kompetensutveckling för hållbar belysning -‐ Möjligheten att höja nivån på belysningssektorns värdeskapande genom flervetenskaplig samverkan, baserat på dialog med 33 medförfattare. Sammanfattningen inkluderar att: Kombinationen av de mångfacetterade möjligheterna gör att det finns stor potential för förnyelse. Betydelsen av bra ljus gör att den svenska belysningssektorns värdeskapande kan höjas med 15-‐25 miljarder kronor per år. 1 Karlsson Reine, Thorbjörn Laike, Lars Samuelson, Jesper Arfvidsson, Marie-‐Claude Dubois, Per Johnsson, Dan-‐ E Nilsson, Elisabeth Nilsson, Johannes Persson, Klas Sjöberg, Lars-‐Henrik Stål, Susanne Widell, Flervetenskaplig ljusforskning, Pufendorf Institute for Advanced Studies Report series, No 1, Lunds universitet, Lund, 2011 2 Karlsson Reine, Thorbjörn Laike, Raul Carlson, Sven Huldt, Hillevi Hemphälä, Kristoffer Johnsson, Marie Löwegren, Thomas Lindhqvist, Conrad Luttropp, Allan Rasmusson, Lars Samuelson, Klas Sjöberg, Nils Svendenius, Lars Vegehall och Susanne Widell, Kompetensutveckling för hållbar belysning. Möjligheten att höja nivån på belysningssektorns värdeskapande genom flervetenskaplig samverkan. Slutrapport projekt 33876-‐1, Energimyndigheten, 2011-‐10-‐31 Hösten 2011 och våren 2012 arbetade vi på Lunds Universitet inom det regionala projektet ÖMIC som leddes av Lars Montelius för att utveckla vägar att aktivera mer av de materialvetenskapliga resurserna, t.ex. den nya kunskapen om nanotrådar för LED, för att skapa intresse för en accelererad och samlad kompetensuppbyggnad i anslutning till de då beslutade stora infrastruktursatsningarna Max IV och ESS kring ett Sound of Science-‐koncept för Öresundsregionen. Inom ramen för detta projekt antog vi belysning som ett pilot-‐projekt för att visa på en affärsmässig utvecklingspotential för ett område som bygger på avancerad materialvetenskap i grunden. Ett flertal seminarier med belysningsinriktning genomfördes i Skåne. Ett exempel på en sådan aktivitet är konferensen Next Generation Nanotechnology http://nextnano12.org/programme där IKEA medverkade med en presentation om Sustainable lighting for the many people. Under dessa processer konstaterade Lars Montelius och Reine Karlsson att Sverige bör ta en mer framträdande roll i det europeiska arbetet i anknytning för förnyelse av belysningssektorn. Under 2012 startade vi upp ett internationellt nätverk som bl a innebar att vi var Founding Fathers för skapandet av ELCA (European Lighting Cluster Alliance) och Photonics Sweden samt att vi vidareutvecklade kontakterna med Rensellaer Polytechnical Institute (RPI) i Troy, NY med bl a skapandet av ett MoU mellan Lunds Universitet och RPI. Goda kontakter utvecklades också med TNO i Holland, Alto Universitet i Helsinki samt med de danska kollegerna på DTU kring belysning. Inom Lunds Universitet utvecklade vi Lund Lighting Initiative (LLI) som är en multipel-‐helix struktur. http://www.lth.se/lli/ LED -‐ nanotrådar Nanometerkonsorket Lars Samuelson Elektronik EIT Victor Övall Telesystem EIT Ulf Körner Nanosensorer Nanometerkonsorket Lars Montelius Optogenekk Neuronano Merab Kokkai Medicin Kliniska vetenskaper Klas Sjöberg Miljöpsyk Arkitektur Torbjörn Laike Växt-‐biologi Biologi Susanne Widell Synvetenskap Biologi Dan E Nilsson Humanistlab SOL Marianne Gullberg Hållbart Samhälle IIEEE Thomas Lindhqvist Entreprenörskap Ekonomi Marianne Löwegren Figur 12. Några av de forskargrupper vid Lunds Universitet som deltar i Lund Lighting Initiative. Därutöver deltar företag, institut, myndigheter och NGOs mm (se t ex Figur 18). Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 21 Under hösten 2012 påbörjade vi ett flertal ansökningar, bl a skrivandet av denna Fo I agenda men även ett flertal stora EU-‐ansökningar. I dessa projekt (SSL-‐erate och ENIGMA) har nu LLI en central roll avseende arbete med Pre-‐Commercial Procurement, PCP (en avancerad form av Innovationsupphandling), grön affärsutveckling och öppen innovation. Projekten behandlar ett flertal europeiska städers behov av förändring samt implementering av det nya styrbara LED-‐ljuset. Som ett steg i att tydliggöra betydelsen av radikal förnyelse ur perspektivet hållbar utveckling presenterade åtta ledande aktörer ur kretsen kring LLI i somras på konferensen European Round table on Sustainable Consumption and Produktion Multi-‐disciplinary dialogue on smart lighting for sustainable development3. Under hösten 2013 presenterade Lars Montelius ett bidrag på The 5th International Conference on Advanced Design and Manufacture 2013 i Valencia: Intelligent Lighting and the Materials Gap: Business opportunities as a consequence of the deployment of SSL -‐but for whom?. Under 2013 har vi medverkat i att ta fram Sveriges Fotonikagenda4 och aktivt deltagit i dialogerna inom och mellan flera av innovationsagendorna, främst Åldrande befolkning, E-‐hälsa, Internet of Things och Swedish ICT. En europeisk bakgrund till den pågående förändringen är att ledande aktörer inom EU har noterat att allt fler starka asiatiska aktörer investerar allt mer i belysningsteknik och smart belysning. I ett försök att stimulera den Europeiska belysningsindustrin till en sådan nivå av förnyelse att de kan rädda sig själva har EU förbjudit huvuddelen av den gamla belysningstekniken. Vi noterar ett proaktivt exempel från IKEA som har bestämt sig för att från 2016 bara använda LED och att de i sina interna utvecklingsprocesser bygger kompetens kring ”furnish with light” och att integrera allt mer digital teknik i sina inredningar och möbelsystem. Vi ser nu också att allt fler aktörer från IKT-‐sektorn, t.ex. Samsung, Microsoft och IBM, intresserar sig för framtidens ljuslösningar. Vi ser nu en stor möjlighet att de nordiska länderna tillsammans satsar på det digitala ljuset som ett medel för att öka integrationen och samarbeten i Norden och därmed tar en ledande roll i att förbättra nyttiggörandet av den nya teknikens och kunskapens potential. En viktig grund är att kombinera kunskap om ljus med biologi och IKT-‐sektorns systemutvecklingsförmåga. I Norden finns förutsättningar för ett intensifierat och kraftfullt samarbete inom det digitala ljuset. DTU satsar på fotonik, man bygger upp Danish Outdoor Lighting Laboratory, DOLL, och kommuner inom Gate21 satsar på LED-‐belysning. Öresundsregionen har ett starkt affärskluster kring mobil IKT. Svenskar är bra på systemtänkande, arbetsmiljö och standardisering. Skandinavisk design är ett globalt konkurrensmedel. På Ljuslaboratoriet vid KTH befinner man sig i den absoluta frontlinjen internationellt avseende Ljusdesignutbildning (Architectural Lighting Design) och man driver ett antal forskningsprojekt inom området. I Finland har man stark kompetens inom belysningsområdet vid framförallt Aalto University och ett starkt industrikluster kring mobilteknik, Hermia, som är finsk partner i Mobile Vikings, ett av flaggskeppen i EU projekten BSRStars och StarDust. 3 Karlsson Reine, Thorbjörn Laike, Thomas Lindqvist, Klas Sjöberg, Jörgen Thaung, Dan-‐E Nilsson, Lars Montelius and Tove Karlsson, Multi-‐disciplinary dialogue on smart lighting for sustainable development, ERSCP-‐EMSU bridges for a sustainable future, Conference, Bogazici, Istanbul, June 4-‐7 2013 4 PhotonicSweden PHOTONICS AGENDA, Photonics, a Key Enabling Technology for Sweden http://www.photonicsweden.com/photonics-‐agenda-‐launched Lunds universitet satsar på Lund Lighting Initiative, LLI och flervetenskaplig belysningsforskning, med en ämnesbredd från fysik, biologi, medicin, psykologi till arkitektur. En del i detta är att LU har en stark forskargrupp inom synvetenskap. Sverige har dessutom en stark tradition inom optisk halvledarfysik och är ledande inom forskningen rörande nya former av LED-‐teknik. Den ledande forskningen inom materialvetenskap och nanoteknik stärker således Sveriges möjlighet att ta en ledande roll i utvecklingen av hållbar belysning. Sverige och Finland har inom Ericsson-‐ och NOKIA-‐sfärerna en mycket stark resursbas och affärsposition för att aktivera sig inom det digitalt styrbara ljuset. Det nya ljuset är ett utmärkt område för innovationsfrämjande upphandling och Smart Specialization. Lund Lighting Inititiative arbetar nu på en tydligare fokusering och profilering som svensk, nordisk och europeisk förnyelseaktör. Vi håller på att formera en kärntrupp av aktörer som brinner för att skapa en svensk affärssektor som arbetar med systemlösningar för att förbättra nyttiggörandet av den nya ljustekniken. Globalt sett finns det många företag som utvecklar ljuskällor, armaturer, styrsystem och arbetar med traditionell belysningsdesign. För att höja sin förmåga att skapa lösningar som växlar upp potentialen att skapa dynamiskt levande ljusmiljöer finns det stort behov att ta fram system som kontinuerligt läser av användarens behov och situation och omtolkar denna information till vägledning för belysningsstyrning. Inom detta fält har svenska aktörer unika förutsättningar att ta flera former av ledande affärsutvecklingsroller. Det möjliga affärsutvecklingsområdet är mycket stort och LLI ligger i fronten inom flera nischer där det hittills knappast finns synlig konkurrens. LLI har en central roll i två nystartade EU-‐projekt. Målet är att höja betalningsviljan för mer avancerad belysning. Området är prioriterat av EU: http://ec.europa.eu/dgs/connect/en/content/photonics-‐large-‐scale-‐deployment-‐solid-‐state-‐lighting-‐europe • • SSL-erate: Accelerate SSL Innovation for Europé 24 partners inklusive Lighting Europé, 5 städer, 8 universitet och 6 kluster Coordination and Support Action, FP7-ICT-11, ICT-2013.3.2 Photonics ENIGMA: Pre-Commercial Procurement of Smart Systems for SSL, by Eindhoven, Malmö, Stavanger, Bassano del Grappa och Espoo PCP FP7-ICT-2013-10 CP-CSA Den innovationsdrivande PCP-‐processen tar utgångspunkt i städernas drömmar om att skapa bättre stadsmiljöer och upphandlar forskning och utveckling för att förverkliga några av drömmarna. SSL-‐ erate stimulerar öppet innovativt samarbete för hållbar affärsutveckling som förbättrar hälsa och välbefinnande. Projekten har starka resurser för att bygga intresse och lanseras 1 april på Light & Building (http://light-‐building.messefrankfurt.com/frankfurt/en/besucher/willkommen/mensch-‐und-‐licht.html). De behovstolkande lösningarna kan inkluderas i belysnings-‐ och systemlösningar, och därmed globalt nyttiggöras av väldigt många etablerade företag. Det är också möjligt att det växer fram nya former av affärsmodeller och affärsaktörer med de behovstolkande lösningarna som central del i sina kunderbjudanden. LLI har kontakter med aktörer som omgående vill börja prova sådana lösningar. Sverige och Norden har goda förutsättningar att ta en ledande roll inom behovstolkande systemutveckling och tvärvetenskaplig forskning för att höja mervärdet av det nya levande ljuset. Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 23 4. Framtidens ljus och dess styrning -‐ en tankeväckande vision Om 5-‐10 år. Om 5-‐10 år kommer ljuset att användas som informationsbärare, både inom privat och inom offentlig sektor. Redan idag kan man via LED-‐belysning få ut internet via ljuset, dvs. lampa till dator (Li-‐Fi/VLC: http://en.wikipedia.org/wiki/Li-‐Fi ). Sådana lösningar har en nästan obegränsad bandbredd samtidigt som den ger större säkerhet för kommunikation i känsliga miljöer. Ljuset kommer även att kunna ge ut frekvenser som får oss att må bra, genom att precis som solen ge ut de frekvenser som får oss att producera endorfiner (ämnen för välbefinnande) och vitaminer såsom D-‐vitamin. Ljus som rör sig med solens upp och nergång, med olika fokus på färger beroende på morgon, dag och kväll. Men även ett nattljus som efterliknar månen. Och i alla dessa former ett icke-‐statiskt ljus till skillnad mot dagens statiska belysning. Figur 13. Stämningsbild från Dragsö, (Karlskrona). Om 10-‐15 år. Om 10-‐15 år kommer alla ljuskällor vid nyinstallation att styras från en central enhet. Detta dels för att få mer energisparande system, men också för att få ner kostnaden för en avancerad installation. Istället för att ha intelligenta transformatorer vid varje lampa så kommer troligtvis all belysning att gå på upp till 36V DC, och denna central kommer att finnas inbyggd i våra elskåp. Här kommer även vår internetuppkoppling att finnas. Om 10-‐15 år är effektiviteten så bra att kabelstorleken trots låg spänning kommer att vara tunnare än vad den är idag med 230VAC. I begagnade hus är förutsättningarna annorlunda, då befintlig kabeldragning knappast stödjer den kommande styrningsmetodiken. Under en övergångsperiod kommer teknikskiftet att lösas med wifi-‐ koppling mellan kontakter, smartphones och datorer. Det bör dock noteras att det finns väsentliga resurs-‐ och elektriska störningsskäl att satsa på förnyelse till en totalt sett bättre systemarkitektur och att försäkringsbolagen ser växande brandrisker kring gamla elinstallationer. Om 10-‐15 år kommer belysningssystemens sensorer kunna känna av hur vi människor mår, genom avancerade sensorer som känner kroppslukt, värmesensorer som känner om vi har feber och därigenom anpassa ljuset för självhjälp. Intelligenta funktioner kommer att finnas för bättre dynamisk anpassning mellan humör, verksamhet, tillstånd och miljö. 5. Aktörskonstellation Den elektriska belysningen har hittills varit statisk. Vi har under drygt 100 år vant oss vid att leva i en sensoriskt sett död ljusmiljö. Det radikalt nya med den framväxande ljustekniken är att det nu är möjligt att helt fritt styra ljusets karaktär och intensitet; så att man får rätt ljus, på rätt plats, vid rätt tidpunkt. Det går nu att skapa ett dynamiskt ljus som på flera sätt efterliknar naturens varierande ljus och därmed är bättre anpassat till människans upplevelseförmåga. Samtidigt kan vi spara mycket energi. För att höja förmågan att ta nytta av de nya ljustekniska möjligheterna är det viktigt att visa fördelarna med dynamiskt väl anpassat ljus. Ny kunskap om ljusets betydelse för hälsa och välbefinnande visar att bättre ljusmiljöer, t.ex. för skolor och äldreboenden, ger möjligheter till stora samhällsvinster. Vilka samhällsaktörer måste då involveras för att lyckas? För att öppna upp för entreprenörskap och innovation verksamhetsutveckling är det viktigt att offentliga aktörer satsar på att visa upp nya framstående lösningar, genom teknik-‐ och innovationsupphandling. Det är viktigt att utveckla former för att kunna artikulera behovet och specificera det framstående ljus man vill köpa. Det är viktigt att skapa sådana arbetsformer att de utvecklingsöppnande intressena inte blockeras av lagen om offentlig upphandling eller av byggbranschens komplexitet och etablerade arbetsformer (Figur 14). Figur 14. Möten med öppen dialog mellan nyhetsintresserade användare och kunniga system- och teknikutvecklare klargör behovet av bra ljus så att detta kan artikuleras, vilket ger en bas för värdeskapande innovation. Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 25 Från Figur 14 framgår det att det är viktigt med gränsöverskridande dialoger, kring tankeöppnande systembilder, för att åstadkomma värdeskapande innovation som växlar upp nyttan av dagens möjligheter. I denna dialog måste parter från hela samhället involveras. Figuren nedan visar ett samspel mellan viktiga aktörsdimensioner. Vi menar att för att realisera agendans förslag så behöver följande aktörsgrupper samspela med varandra (Figur 15): Figur 15. Aktörsgrupper som måste sampela med varandra för att realisera agendans innovationspotential. Dialogen måste också föras på den internationella arenan. Vi når denna genom att deltagande aktörer tillsammans har ett stort internationellt kontaktnät. Ett flertal stora hårdvaruinriktade FP7 och Eco-‐Innovation EU-‐projekt existerar som samlar de flesta svenska forskarna inom belysningsområdet. Etablerade samarbeten finns med Renssellaer Polytechnique Institute inom Smart Lighting och med deras Light Research Center, inom European Lighting Clusters Alliance och Premium Light, ett projekt inom Intelligent Energy Europe-‐programmet. Nedan finns webbsidor till de olika projekten: http://smartlighting.rpi.edu/ http://www.lrc.rpi.edu/ http://www.clusterlumiere.com/-‐European-‐Lighting-‐Clusters-‐.html http://www.premiumlight.eu/?page=sweden http://www.premiumlight.eu/ http://www.innovayt.eu 6. Konkurrenssituation – en SWOT-‐analys. Utrymmet för nydanande affärsutveckling är mycket stort. Det är dock svårt att bedöma den globala konkurrenssituationen och hur marknadens betalningsvilja kommer att utvecklas. Baserat på de senaste årens kontakter inom våra breda nationella och internationella nätverk gör vi följande nulägesanalys av Sveriges möjligheter, hot, styrkor och svagheter. Styrkor • • • • • • • • • • • Svagheter Samarbete och samförstånd med IKEA Strategiskt samarbete med Mobile Heights, Intresse från White Arkitekter, WSP, byggföretag (t.ex. Midroc) elleverantörer (t.ex. EON), och ett flertal SME (t.ex. aaxsus) Nyckelroll i EU-‐projekten SSL-‐erate och ENIGMA Flervetenskapligt forskningssamarbete, främst i Lund, inklusive nanotrådar, synvetenskap och miljöpsykologi. Svenska affärsaktörer, främst IKEA och även t.ex. Claes Ohlsson och aaxsus har börjat engagera sig som utvecklare och producenter av ljuskällor. Samarbete med ledande internationella aktörer, främst Lighting Europé, TNO/Eindhoven och RPI/Troy Stort nationellt nätverk, t.ex. nätverken kring innovations-‐agendorna Photonic Sweden, Åldrande befolkning, Internet of things och Swedish ICT, utöver belysningsnätverk. Samverkan med Energimyndigheten Medlem i Photonic Sweden, ELCA, CEEBEL Etablerad organisatorisk plattform inom LUOpen Möjligheter • • • • • • • • Den snabba teknikutvecklingen, de mycket stora asiatiska investeringarna och förbuden av den gamla belysningstekniken har skapat ett exceptionellt förändringstryck. På strategisk nivå finns det europeisk medvetenhet om förnyelsebehovet. Det finns stort svenskt och europeiskt intresse för innovativ upphandling och t.ex. PCP. Sverige är kompetens-‐ och affärsmässigt ledande på kommunikations-‐ och elsystem, inklusive system för driftövervakning och styrning. Intresseväckande exempel på konkret samhällsnytta av materialvetenskap, nanoteknik, Max IV och ESS. Norden/Sverige har ledande kunskap om och intresse för arbets-‐ och livsmiljö. Vi har också en mörk vinter. Sverige är ledande på öppet gränsöverskridande samarbete i värdekedjor och flervetenskapligt. Sverige och Finland är ledande på teknik och affärsutveckling för mobila IKT-‐funktioner. • • • • • • Det nya levande ljusets mänskliga värde är hittills knappast synliggjort på något intresseväckande sätt. Få entreprenörer som kommit igång med affärsverksamhet för radikalt bättre belysningsledningar. Det finns knappast några forskningsresultat om det mänskliga värdet av det nya levande ljuset. Eftersom det tidigare knappast varit möjligt och kommersiellt intressant att bygga sådana installationer har det inte funnits något väsentligt nytt att studera. Inom belysningssektorn har Sverige har ännu ej någon färdig affärsgruppering som arbetar med behovstolkande system. Svårt att vetenskapligt bevisa varför det nya levande ljuset kan bli så väsentligt för användarna, samhället och företagen. Sverige har ingen tillverkning av LED. Hot • • • • • • • • Sverige och Europa prioriterar på många sätt att minimera kostnader, t.ex. vid offentlig upphandling. Det finns flera starka globala aktörer som är mycket angelägna om att ta kontrollen över den framväxande marknaden. Svenskar är angelägna om att följa etablerade regler och inom belysning finns det många sedan länge brett etablerade tankesätt, mätetal och regler. Det finns risk att den nya tekniken får dåligt rykte. Det finns många dåliga produkter på marknaden. Ambitionen att spara energi riskerar att leda till användningsmässigt dåliga lösningar. Asien gör mycket stora investeringar i LED, belysning och smarta system. Bristande investeringsvilja. Flera former av förändringsmotstånd. De etablerade belysningsföretagens oro och EUs satsningar på förändring är en form av bevis på att det finns stor affärsutvecklingspotential. En allvarlig begränsning i Europas förutsättningar är att den Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 27 offentliga upphandlingen i verkligheten nästan alltid leder till att man köper det billigaste vilket kraftig begränsar utrymmet för värdehöjande innovation. 7. Strategisk handlingsplan och Vision Sverige skall vara en internationellt ledande aktör för det nya levande ljuset och skapandet av innovativa system, produkter och tjänster som leder till förbättrade hälso-‐ och levnadsvillkor och tiotusentals nya gröna jobb i Sverige. För att Sverige skall ta en ledande roll i att öka nyttan av de nya ljusmöjligheterna för att skapa bättre arbets-‐ och livsmiljöer måste vi initiera ett innovationsområde och en innovationsprocess som öppnar upp för väsentlig förnyelse. Det finns flera nivåer i denna utvecklingsprocess (Figur 16): 1. Utveckla marknadens intresse för den nya teknikens potential och ljuskvalitetens mänskliga betydelse. 2. Skapa utrymme för nydanande affärsutveckling genom ökad offentlig innovationsstimulerande upphandling. 3. Satsa på behovsorienterad flervetenskaplig forskning, utbildning o nyttiggörande. 4. Skapa demonstrationsmiljöer, experimentplatser och mätmöjligheter som förbättrar möjligheten att visa upp det digitala ljusets radikala nyhetsvärde. En ljusmiljö på Medicon Village i Lund håller på att byggas upp. 5. Skapa ”living labs” för ömsesidigt utvecklande och samspelande lärande. 6. Öka konsumenternas krav på goda belysningsmiljöer. En satsning på ett Strategiskt Innovationsområde (SIO) Ökad kompetensutveckling kring den digitala genom innovakv Bygg u t m arknaden/ Öka brukarnas krav upphandling ljustekniken kommer att fler aktörer/knyt på bäpre miljöer ihop med ICT aktualisera de offentliga organisationernas väsentliga betydelse som utvecklingsstimulerande Satsa på Skapa Demo-‐miljöer samhällsaktörer. Avsikten Sverige I behovsorienterad för ap visa på nypan flervetenskaplig en l edande är att skapa en och living labs för forskning, utbildning ömsesidigt lärande roll o nywggörande. samarbetsform som höjer både brukar-‐ organisationernas och entreprenörernas Figur 16. För att Sverige skall ta en ledande roll i att öka nyttan av de digitala ljusmöjligheterna för att skapa bättre arbets- och livsmiljöer måste vi initiera ett förmåga att artikulera de innovationsområde som öppnar upp för väsentlig förnyelse möjliga vinsterna med digitala ljusmöjligheterna. 7.1 Vad måste rent konkret åstadkommas: Det är tveklöst så att det är nödvändigt att samla aktörer tvärsektoriellt samt öka och sprida kompetensen och kunskapen om de nya aspekterna hos belysning från akademi till industri och kommunal verksamhet för att kommersialiseringen skall ta fart. Forskning, utveckling och utbildning är grunden för att den ekonomiska och samhälleliga tillväxten ska bli lyckas. Detta område är så stort och internationellt lockar möjligheterna så många att vi bedömer att vi måste göra något som är radikalt annorlunda. Det är självklart nödvändigt att Sverige samlas i ett strategiskt innovationsområde men vi är övertygade om att en sådan nationell struktur måste ledas med och baseras på affärslogik. De offentliga strukturernas anslagslogik är inte tillfyllest. Vi räknar med att nyckeln till affärsmässig framgång till väsentlig del kommer att ligga i IKT-‐sektorns affärslogik, som bygger på stor framtidstro och hög förändringstakt. Det finns ingen som nu konkret kan specificera det långsiktiga resultatet av den pågående förnyelsen. Utvecklingen av behovstolkande system och det nya levande ljuset ger väldigt många gränsöverskridande utvecklingsöppningar. Förändringstakten gör att det är nödvändigt att skapa former för att göra snabba bedömningar, som helst också bör kunna nyttiggöras som vetenskapliga fallstudier. Nyckel till framgång ligger i att förbättra förutsättningarna att snabbt komma igång med förnyelseinriktad intressebyggnad, kompetensutvecklande demonstrationer, installationer och utvärderingar. Det är bråttom nu. Vi kan inte vänta in att alla aktörer kommer på plats och finner sig tillrätta. Vi måste agera nu. Snabbt och kraftfullt. En väsentlig del av detta ligger i att entreprenörer sätter igång med förnyelseexperiment och att aktionsforskare medverkar i processen, i ett living lab, så att vi får igång en kunskapsbyggande process kring experiment med de framväxande möjligheterna. Denna nationella struktur, måste ledas av en affärsinriktad och förändringsbenägen dynamisk verksamhetschef med gedigen internationell affärserfarenhet som kan klara att leda uppbyggnaden av ett innovationsområde kännetecknat av snabbhet och förändring. Strukturen skall ledas av en styrelse som representerar de aktiva företag och universitetsmiljöer som vill och kan vara snabbfotade. Verksamheten måste kännetecknas av intellektuell spänst, snabbhet och affärsmannaskap. Vi menar att en sådan struktur helst görs i en stiftelseform och att verksamheten bolagiseras och drivs med vinstintresse på affärsmässiga grunder. Det är inte meningen att det publika stödet skall driva verksamheten utan tanken är att de publika bidragen enbart skall vara katalyserande. Vinsten skall återföras till verksamheten. Denna arbetsform har inspirerats av Medicon Village arbetsform. Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 29 Vi bedömer att följande aktiviteter skall ingå i en sådan verksamhet och är av central betydelse för att lyckas (Figur 17): Belysningsaktörer Demo-‐miljöer/living labs Flervetenskapliga doktorer/ pilotprojekt Flervetenskaplig professionell utbildning NATIONELL AFFÄRSMÄSSIG ENHET Aktörer: ICT/ Telekom/Elnät/ Design Implementera ny teknik i företag Road shows/årlig mässa/tävlingar Standardisering/ Internakonalisering Figur 17. Aktiviteter av central betydelse för att realisera agendans innovationspotential. • Formalisera en nationell struktur som arbetar med behovsanalyserande lösningar och det nya levande ljuset. • Skapa former för synergieffekter mellan aktörer inom belysning, både nya och etablerade affärsaktörer och Sveriges stora resurser inom IKT, telekom och smarta elnät. • Etablera och knyta kontakter med EU projekt. • Utveckla ett svenskt kunskapskluster kring belysning. • Skapa förutsättningar för flervetenskapliga och samordnade industridoktorandprojekt inom systemutvecklingssidan. • Arbeta för att ny teknik implementeras i SME-‐företag och att SME bidrar i innovationsarbetet. • Utveckla specifika utbildningar för yrkesverksamma elektriker, beställare/inköpare, designers/arkitekter, Ingenjörer mm kring ljusets påverkan på människan/samhälle. • Etablera årligt återkommande konferenser/mässor. • Vidareutveckla innovationssystemets kontakter med standardisering och internationella kontaktnät som påverkar utvecklingsförutsättningarna. • Initiera uppbyggnad av ett experimentlab för ljusrelaterade IKT och styrsystemlösningar och fler demolokaler. • Utveckla testbäddar, living labs. • Utveckla pilotprojekt. • Anordna ”road-‐shower” av dialoger med ledningsgrupperna för ett antal utvalda stora företag och centrala offentliga utvecklingsaktörer. Dessa dialoger avser att tända en sådan nivå av medvetenhet att fler sedan har möjlighet att nå fram till ”mottagarna” med belysningsrelaterade utvecklingsförslag. • Anordna publika och mediala konferenser och events där betydelsen av bra belysning och dess utvecklingspotential presenteras på ett intresseväckande sätt. • Anordna en framåtsyftande idétävling där producenter, konsulter och forskare inbjöds att i team utveckla idéer och förslag på framtida belysningslösningar (som också kan genomföras som demoprojekt). För att öka Sveriges förmåga att tillvarata de utvecklingskrafter och affärsmöjligheter som följer på införandet av det nya levande digitala ljuset måste ett Strategiskt Innovationsområde, SIO, skapas. 7.2 Exempel på pilotprojekt Ett exempel på ett möjligt pilotprojekt kan vara att utveckla ett IKT-‐baserat belysningssystem som är effektivt i sjukhusmiljö. Syftet är att med hjälp av pilotprojektet utveckla samarbetsformer. Installationen har tre former av mål: 1. Personalens behov: Belysningen ska möjliggöra ett fullgott arbete (adekvat bakgrundsbelysning och riktat mot specifika arbetsuppgifter) med optimal inverkan på den cirkadiska rytmen (möjlighet till reglering över tid). 2. Patientens behov: Belysningen ska möjliggöra en hemlik, trivsam och möjligen läkande miljö (rätt miljö har visats vara gynnsam för bot och bättring), som dessutom minskar fallrisken nattetid genom rätt placering av armatur med rätt ljusstyrka och våglängd, t.ex. belysning av dörrposter och längs korridorer etc. 3. Bakteriens förutsättningar: Systemet skall kunna ´desinficera´ avdelningen med dokumenterat bakteriedödande smalspektralt LED-‐ljus givet under en definierad tidsrymd för att minimera förekomsten av bakterier, vilket är extra viktigt idag då antibiotikaresistens är ett stort globalt problem. Pilotprojektet bidrar till att anpassa vårdmiljön för patienterna och personalen genom att anpassa belysningen efter verksamhet och behov. Vidare bidrar projektet till ett grönare samhälle genom optimal belysningsstyrning. Den konkreta realiseringen av detta belysningssystem bygger på ett ljus-‐ styrsystem som kan kontrollera, mäta och registrera ljus över tiden. Systemet hanterar allt ljus som exponeras på individer och genom insamling från distribuerade sensorer, även sådana som placerats individuellt, t ex placerade på kroppen men även många andra sensorer, kan ljuset från ljuskällorna dynamiskt anpassas till varje individs behov. Ljus-‐styrsystemet innehåller en central styrmotor, ljuskällor, ljussensorer, en databas för optimering, olika former av klienter (elektroniska enheter) samt ett nätverk. Ur ett större perspektiv är demonstrationen en start för utvecklingen av en ny Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 31 industrisektor som genom individanpassad belysning som är styrbar i tid och rum förbättrar vår livskvalitet. Sverige har en väl utvecklad infrastruktur inom IKT-‐området med goda befintliga nätverk som utgör en utmärkt grund att bygga vidare på. Förutsättningarna är goda att vi kan bli internationellt ledande inom denna nya sektor, där kunskapen som byggs upp kring vår modell inom sjukvården kan utgöra en god utgångspunkt för vidare utveckling inom andra områden. Projektet betonar dialog med aktörer som har insikt om olika användares behov och hur marknaden fungerar. Det är viktigt att artikulera användarnas behov på sådana sätt att det blir politiskt möjlig att satsa på verkligt bra belysningssystem. Projektet kommer formativt att ta fram en sådan nivå av kravspecifikationer att det öppnar upp för att ta nytta av den nya dynamiska ljussättning som den IKT-‐baserade tekniken möjliggör. För att vinna trovärdighet knyter vi an till ledande forskning inom biologi, medicin och psykologi. Det är också essentiellt att ta nytta av ledande kunskap om dynamisk ljusdesign på ett sådant sätt att de nya lösningarna görs verkligt lockande för de potentiella kunderna. 8. Hur har arbetet med agendan bedrivits och vilka har deltagit? Kärntruppen har bestått av en mångsidig grupp av aktörer med förnyelseinriktade intressen med koppling till potentialen för en ny nivå av belysningsrelaterat värdeskapande. De deltagande personerna har alla erfarenhet av förändringsprocesser och uppbyggnad av gränsöverskridande samarbete. Gruppen kombinerar: • • • • Erfarenhet av affärs-‐ och företagsutveckling Djupa insikter i belysningsrelaterade utvecklingsfrågor Kunskap vid forskningsfronten Erfarenhet av utvecklingsarbete inom bygg och kommun VI har haft omfattande kontakter med representanter från industri, myndigheter, akademi, riskkapitalförsörjare, standardiseringsorgan och NGOs (Tabell 2). Offentliga aktörer/myndigheter Företag Energimyndigheten Lunds Universitet IKEA White Arkitekter Trafikverket KTH EON Fox Design VINNOVA Chalmers Ericsson Co-‐Design Industrifonden Jönköpings TH Volvo Glo Region Skåne Malmö Högskola J M Bygg Digital Connect Lunds Kommun Mobile Heights PEAB aaxsus Malmö Kommun Ideon NCC BrainLit Hammarby Sjöstad Medicon Village Midroc ATC Indu IVA Skånes Universitetssjukh Fagerhult SenseNode Nordic Light Greinon Johnson Lighting Techn Obducat Heliospectra ENI Aura Light ElectroLanz LightAB WSP Swedish ICT SwedNanotech Industriellt UtvecklingsC Sweco Teknikföretagen ÅF SP Viktoriainstitutet Akademiska Hus Fastighetsägarna Sverige Tabell 2. En tabell som ger en översikt över en delmängd av de företag samt offentliga aktörer som har deltagit i agendaarbetet. Den centrala projektledningen har bestått av processledaren (Lars Montelius) i team med projektledaren (Reine Karlsson) samt ledningsstödspersoner. Till viss del har även specialiserad Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 33 kompetens (kommunikation, marknadsföring etc.) hyrts in. Projektledningen har sammanställt material, ordnat seminarier, workshops mm. Ett flertal möten med fokus på en bred inblandning med många aktörer i processen kring Innovationsagendan har genomförts. Dessa kontakter har präglats av öppenhet och varit inbjudande och dynamiska. Projektledningen har deltagit i många andra agendors processer och säkerställt att det digitala ljusets dimensioner har blivit inkluderat i de olika agendorna. Vi har också diskuterat vår ansökan med processledare för andra FoI-‐agendor främst Energieffektiv Elektronik (Acreo) samt Nanoteknik för hållbar samhällsutveckling (Swednanotech), Photonics, Internet-‐of-‐things (IVA), och åldrande befolkning(SP). Under arbetets gång har LLI, The Lund Lighting Initiative formaliserats som en projektenhet vid Lunds Universitet, placerad vid LU Open. I figur 18 nedan sammanfattas de aktörsgrupper som agendan har haft många kontakter med. Projektledningen fungerar som länkar till dialog inom vart och ett av de fyra områdena forskning, affärsutveckling, understödjande och styrande funktioner (Figur 18). The$Governing$Dimension$ The$Facilita2ng$Dimension$ Finansdepartementet! Smart!Ligh1ng!CIRCLE! Mobile!Heights! Socialdepartementet! PhotonicSweden! SIS! Trafikverket! Swedish!ICT! ISO! Näringsdepartementet! Malmö!kommun! Trafikverket! SSLEC! Lunds!Kommun! CIE! nmC@LU! Stockholm! Energimyndigheten! VINNOVA! Göteborg! ELCA! Young!Master!Program!! SP! ceebel! Sustainable!Development! Malmö!Kommun! Energimyndigheten! PremiumLight! Lunds!Kommun! BOBFgruppen! Ligh1ng!Europe! The$Research$Dimension$ LLI!! TNO# Charles!Edqvist! Alto!University! Marie!Lövegren! Bo!Monemar! Chalmers# Lars!Samuelson! Bob!Karlicek! KTH# Dan!Hessman! Per!Johnsson! Tommy!Govén! Reine!Karlsson! Elisabeth!Nilsson! Thorbjörn!Laike! MarieFClaude!Dubois! Sven!Huldt! Nils!Svendenius! Monica!Billger! Jesper!Arfvidsson! Mar1n!Lundmark! Hillevi!Hemphälä! LarsFHenrik!Ståhl! Ivo!Mar1nac! Klas!Sjöberg! Conrad!LuKrop! Thomas!Lindhqvist! Allan!Rasmusson! Arne!Lowden! Susanne!Widell! Raul!Carlson! Torbjörn!Åkerstedt! DanFE!Nilsson! Johannes!Persson! Pufendorf! Ins1tute! ! The$Business$Dimension$ Trafikverket! Stockholm! Göteborg! IKEA! SP# Malmö!Kommun! Aura!Light! aaxsus!AB! Midroc! LIGHTAB! JM!Bygg! BrainLit!AB! Ericsson! glo#AB! PhotonicSweden! ElektroLanz!AB! Nordic!Light!Fagerhult! Figur 18. Lund Lighting Initiative är en öppen process som stimulerar till öppen dialog och samspel bland forskare, affärsaktörer, understödjande och styrande aktörer. Följande individer har på ett eller annat sätt deltagit i arbetet samt getts möjlighet att lämna synpunkter på den preliminära versionen av Fo I agendan: Pernilla Alfredsson, LightAB Lars Bierlein, EON Morgan Andersson, CTH & Götegorg Monica Billger, CTH, Arkitektur Jesper Arfvidsson, LU, Byggteknik Maria Bocangel, Region Skåne Kenneth Asp, Energimyndigheten Jenny Bramell, IUC Lotta Bångens, Aton Mats Broden, Bioinspired Forum Peter Bennich, Energimyndigheten Raul Carlson, Viktoriainstitutet Henri Bergstrand, ENI Jimmy Collin, ÅF Kyrre Dahl, f.d. Kalmar kommun Paul Davidsson, MAH Marie-‐Claude Dubois, LU, Design Mats Dunmar, Ideon Jan Ejhed, KTH Mats Ekstrand, Mobile Heights Per Eriksson, LU Catharina Flink, Aura Light Magnus Frantzell, Belysningsbranschen Sarah Fredriksson, SwedNanoTech/Genovis Jonas Gallon, Region Skåne Tommy Govén, Fagerhult Petter Hafdell, Trafikverket Mikael Håkansson, IUC/IF Metall Ulrika Hammargren, IKANO Kalle Hasmi, Irena Per Olof Hedekvist, SP Hillevi Hemphälä, LU, Design Katarina Hennig, WSP Dan Hessman, LU, nano Anna Holmberg, MAH Roy Holmberg, Jönköpings Tekniska Högskola Sven Huldt, LU, LTH Kerstin Jacobsson, Medicon Village Thomas Johannesson, RISE Ingemar Johansson, Göteborg, Trafikkontoret Stefan Johansson, Region Skåne Karin Johansson Mex, MAH, Medea Kristoffer Johnson, JLT Per Johnsson, LU, Psykologi Gunilla Jönsson, LU, LU Open Magnus Jörgel, Region Skåne Stefan Kallberg, SP Stefan Källberg, SP Pia Kinhult, Region Skåne Peter Kisch, Lunds Kommun Jonas Kjellander, Sweco Ulf Körner, LU, EIT Gudmundur Kristjansson, Region Skåne Johan Kronholm, Region Skåne Gunilla Kronvall, Akademiska Hus Thorbjörn Laike, LU, Miljöpsykologi Maria Landgren, VINNOVA Allan Larsson, Hammarby Sjöstad etc. Erik Larsson, Landskrona LINC Lars-‐Göran Larsson, Pretium Mats Leifland, Medicon Village Lars Leijonborg, SwedNanoTech Mikael Lennström, SenseNode Anders Liljefors, f.d. KTH Belysningslära Peter Lindqvist, Malmö Stad Thomas Lindqvist, LU, IIIEE Harald Lindström, Region Skåne Leif Ljungqvist, SwedNanoTech/ACREO Helena Ljusberg, LU, LUIS Arne Löwdén, SU, Stressforskning Marie Löwegren, LU, Entreprenörskap Bengt Lundberg, Nordic Light David Lundberg, e-‐step Patrik Lundström, Obducat AB Conrad P Luttropp, KTH, Design Klas Malmquist, LU, Forskningsservice Markus Mauritzon, IKEA Rikard Mosell, Ideon Innovation Björn Nilsson, SwedNanoTech/IVA Dan E. Nilsson, LU, Synvetenskap Elisabeth Nilsson, LU, nano Jane Nilsson, Region Skåne Lars J. Nilsson, LU, LTH Tommy Nilsson, SwedNanoTech/Industrifonden Johan Nordén, SP, f.d. Thorn Peder Nordenback, Ljuskontroll Lena Norder, Teknikföretagen Per Nylén, KTH, Ergonomi Birger Olofsson, Birger Olofsson Konsulter AB Anders Olsson, EON AB Maryam Olsson, LU, LUIS Mats Paulsson, PEAB Johannes Persson, LU, Fil Allan Rasmusson, LU, Biologi Bodil Rosvall-‐Jönsson, Region Skåne Kåre Rumar, f.d. Energimyndigheten Jonas Runberger, White Patrik Rydén, LU, LU Open Lars Samuelson, LU, nano Håkan Sandin, SLU Thomas Sandvall, Energimyndigheten Zary Segall, KTH Christofer Silvenius, Energimyndigheten Richard Silverfur, Fastighetsägarna Klas Sjöberg, LU, Med Fak Rikard Sjöquist, Midroc Engineering AB Jan Sjövall, aaxsus AB Lars-‐Henrik Ståhl, LU, Arkitektur Mikael Stamming, Region Skåne Olle Strandberg, Malmö Stad Maria Strömme, SwedNanoTech/UU Nils Svendenius, f.d. LU, LTH BG Svensson, LU, LUIS Lennart Svensson, Region Skåne Jörgen Thaung, GU, Oftamologi Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 35 Puneet Trehan, IKEA Bogdan Tudosoiu, Mobile Heights Mats Tyrstrup, Handels, Stockholm Lars Vegehall, Högskolan i Jönköping Ulf Wahlberg, Ericsson Jonas Wallberg, Teknikföretagen Hans Wallmark, Regeringen Cecilia Warrolersson, Teknikföretagen Karin Wedin, SP Alexander Weiland, aaxsus AB Susanne Widell, LU, Biologi Linus Wiebe, LU, LUIS Erik Wikström, Nordic Light Tord Wingren, BrainLit Torbjörn Åkerstedt, SU, Stress Center Vi vill härmed tacka alla som på olika sätt har bidragit till utvecklandet av dialogen och med värdefulla kommentarer i samband med utarbetandet av denna Forsknings-‐ och Innovationsagenda kring de nya radikala affärsmöjligheter som följer på det digitala samhällets nya levande ljus. The right light – at the right place – at the right time! Lund 2013-‐12-‐30 Lars Montelius Lund Lighting Initiative Lunds Universitet Reine Karlsson Appendix A1 Grunder för LED-‐teknik Ljus, d.v.s. fotoner, genereras när ett system, t.ex. en atom, en molekyl eller en kristall, övergår från ett exciterat tillstånd till ett lägre energitillstånd. I en atom talar vi om att man exciterat en valenselektron till ett yttre ”skal”, varefter atomen återgår till sitt grundtillstånd genom att elektronen ”hoppar” till lägre energi tillstånd och energiskillnaden övergår i en foton som då tar upp energiskillnaden i elektronövergången. Om man hettar upp en materia uppstår spontant sådana energiövergångar så att de fotoner som skapas återspeglar temperaturen – man talar om den spektrala fördelningen från en svartkroppsstrålare. Glödlampan är ett bra exempel på en sådan svartkroppsstrålare, och det ljus som emitteras från glödlampans glödtråd motsvarar dess temperatur, vilken typiskt är tusentals grader. Den helt dominerande strålningen från en glödlampa ser vi inte utan detta är emission långt ut i den infraröda delen av spektret, vilket vi uppfattar som att lampan strålar ut värme. Det så väsentliga i en lysdiod är att ljuset som skickas ut inte kräver att diodens värms upp och därmed kan man teoretiskt nästan undvika värmerelaterade förluster. Det ”knep” som utnyttjas i en halvledare är att dess energi-‐struktur har ett, för varje halvledare, karakteristiskt energigap, kallat bandgap (Eg), vilket för en ren halvledare betyder att den är elektriskt isolerande. Genom att tillföra dopämnen, kallade donatorer, kan man få halvledaren att leda elektrisk ström med elektroner vilka befinner sig i energitillstånd just ovanför bandgapet och man säger att de befinner sig i halvledarens ledningsband, och vi kallar halvledaren för n-‐ledande. På motsvarande sätt kan man tillföra andra dopämnen vilka resulterar i att positiva laddningar uppstår med energier just nedanför bandgapet, och vi kallar då halvledaren för p-‐ ledande med ”hål” (Schubert, 2006) Figur 1 summerar vad som händer, vilket kan förklaras med ett så kallat banddiagram där bandgapet markerats med Eg, där vi till vänster ritar en p-‐ledande halvledare och till höger en n-‐ledande. Mellan dessa delar uppstår ett elektriskt fält, vilket vi ser som att banden ”böjer sig”, vilket bidrar till att elektroner och hål separeras från varandra. Om man nu kopplar in ett batteri med en lagom stor spänning, och med rätt polaritet (se fig.) lyfter vi upp elektronerna till en högre energi och vi sänker hålens energi till en lägre nivå så som den högra bilden illustrerar. Figur 1 Lysdiodens grundläggande funktion. Konsekvensen blir att elektroner och hål nu av batteriets spänning drivs in mot varandra och elektronerna kan nu sänka sin energi genom att ”hoppa” ner till ett positivt hål, och därigenom Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 37 momentant frigöra en energi motsvarande bandgapet, i form av en foton! Färgen som lysdioden ger ifrån sig motsvarar alltså, i princip, halv-‐ledarens bandgap, och färgen har alltså inget att göra med temperaturen. Medan glödlampan omvandlar ca 4 % av den tillförda elektriska energin till ljus som vi kan se, kan en lysdiod omvandla mer än 50 % av den tillförda elektriska energin till ljus. Ljuset från dagens ”vita” lysdioder består oftast av en Blå LED vars emission blandas med Gult ljus från en s.k. fosfor vilken exciteras av det blå ljuset från lysdioden. Genom att tillverka lysdioder med en blandning av halvledare med olika bandgap blir det möjligt att sätta samman ett emissionsspektrum vilket kan designas till den spektrala karaktär, eller den färgtemperatur, som man önskar för olika användningar, t.ex. vitt ljus som liknar solljuset eller kanske ett varmare ljus som innehåller mer av rött. Det finns en för lysdiodsbelysning mycket attraktiv egenskap, nämligen att en lysdiod är robust och att de tekniskt sett kan ge en ”brinntid” på mer än 50 000 timmar, medan en glödlampas ”brinntid” typiskt är 1000 timmar. Ägaren av ett LED-‐baserat belysningssystem kan också styra belysningen på ett allt mer avancerat sätt och kan även vinna mycket på lägre drifts-‐ och underhållskostnader. A1.1 Framtid Det finns möjlighet till stora vinster om man lyckas mobilisera ett systematiskt samarbete för mer värdeskapande förnyelse av belysningssektorns arbetsmetoder. Dagens arbetsformer för installation av belysning karakteriseras av mer hantverksmässiga tankesätt och upprepad användning av standardlösningar för hur systemen utformas. Om man kan öka användningen av mer avancerade systematiska samarbetsformer förbättrar man förutsättningarna för att ta nytta av kunskap om ljusplanering på ett sådant sätt att de faktiska installationerna blir väsentligt bättre. Man förbättrar också förutsättningarna för gemensamt lärande kring hur de faktiska tekniska valen kan förbättras och hur systemlösningarna kan förnyas, bl.a. genom att skapa en tydligare grund för att ta nytta av olika former av återkoppling. För att höja nivån av värdeskapande är det viktigt att ta kombinerad nytta av ledande kompetens från flera olika ämnesområden. Figur 2 ger en överblick av ett antal tekniska kunskapsfält som är intressanta för belysningssektorns utveckling. I en väl utvecklad framtida arbetsform bör dessa olika former av kunskaper integreras på ett sådant sätt att man kan göra mer högvärdiga belysningssystem. Samtidigt bör arbetet med utvecklingen av allt bättre belysningssystem bedrivas på ett sådant sätt att man öppnar upp för ledande utveckling inom de medverkande och potentiellt värdefulla delområdena. Figur 2 Belysningsteknikens värdeskapande är beroende av att ta samlad nytta av ledande kompetens inom flera tekniska områden. För att förbättra belysningen och samtidigt spara en stor mängd elenergi behövs det forskning för utveckling av optiska metoder för distribution av ljuset från LEDs och avbländning av ljuskällan. Det är viktigt att förbättra förståelsen för hur bländningsfenomenet uppkommer och medvetandegörs i människans öga och hjärna. Hitintills har endast experimentella modeller etablerats för att uppskatta den bländning som olika ljuskällor och armaturer åstadkommer. Inom de närmaste åren förväntar vi oss att den pågående forskningen kring ”Solid State Lighting” skall resultera i smidiga möjligheter att styra bl.a. den spektrala färgsammansättningen (Schubert, 2005) och att användningen av nanoteknikens landvinningar skall sänka priserna på lysdioderna med minst en faktor 5 (Crawford, 2009), en nivå där LED blir ekonomiskt attraktivt för generell belysning. Ett exempel på utvecklingspotentialen är att direkt elektriskt drivna multi-‐färg-‐LEDs (med tre eller flera LEDs med antingen Blått, Grönt och Rött, eller Blått, Grönt, Gult och Rött) har ett antal viktiga fördelar: • de ger möjlighet att avstämma färgtemperaturen hos ljuskällan, • man undviker fosforer, vilka är en helt central teknikdel i dagens vita lysdioder, vilka bygger på en blå LED plus fosfor som pumpas av det blå ljuset och ger gult ljus, dvs. tillsammans vitt (men dåligt) ljus. Fosforanvändning är såväl energiineffektivt som hälsovådligt. • effektiviteten, t.ex. mätt i lm/W, blir mycket högre eftersom man med multipla LEDs för de olika färgerna, undviker relaxationsförlusterna i fosforer som pumpas med blått (eller UV) ljus och emitterar i gult/rött, eftersom varje LED exciteras elektriskt med en spänning som direkt motsvarar färgen på det emitterade ljuset. Förutsättningarna för att Sverige och svensk forskning skall kunna komma att spela en viktig roll för utvecklingen av Solid State Lighting måste betraktas som mycket goda. Speciellt har vi inom optisk halvledarfysik en mycket stark tradition, både vad gäller de traditionella III-‐V halvledarna och III-‐ nitrider som GaN. Denna forskning, som är mycket nära kopplad till utveckling av materialvetenskap kring dessa LED-‐material och deras tillverkningsmetoder, har under 3 -‐ 4 decennier bedrivits vid, främst, LTH och vid Linköpings universitet. Dessutom finns mycket kompetens kring växt (tillverkning) av och optoelektroniska tillämpningar för dessa material vid såväl CTH som KTH. Detta innebär att Sverige tillhör de ledande nationerna i världen inom grundforskning av relevans för lysdioder. Ur den Lundensiska forskningen har dessutom uppstått en av de mest lovande industriella Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 39 teknikerna för framställning av såväl vita som färgtemperaturkontrollerade lysdioder inom Glo AB, vilket utvecklats vid Ideon i Lund. Avancerad förmåga att ta nytta av ledande LED-‐teknik är en viktig del i att möjliggöra att Sverige kan ta en ledande roll i utveckling av hållbar belysning. Ledande arbete med att utveckla belysnings-‐ lösningar ger samtidigt tillämpningar som ger möjlighet till ett lärande som ger vägledning för utveckling av attraktiva LED-‐lösningar och som stimulerar till värdeskapande LED-‐forskning. Internationellt görs det mycket stora satsningar på materialvetenskaplig forskning och utveckling av ljusrelaterad halvledarteknik. Sverige har en stark tradition inom optisk halvledarfysik och satsningarna kring MAX IV och European Spallation Source, ESS stärker förutsättningarna för att Sverige skall kunna ta en ledande roll i forskningen och teknikutvecklingen inom materialforskning för LED och kommande optoelektronisk teknik. Synkrotronljuset och andra hjälpmedel för att se in i materiens nanoprocesser stärker också möjligheten se in i biologiska och medicinska förlopp. Detta stärker möjligheten att bygga mer välgrundad förståelse kring det verkliga användarvärdet av olika former av avancerad belysning. Kopplingen till forskningsfronten inom materialvetenskap och nanoteknik stärker Sveriges möjlighet att ta en ledande roll i utvecklingen av hållbar belysning. A.2 Forskningsöversikt i biologi, medicin och psykologi I det följande presenterar vi forskningsfronten och den nationella kompetensen inom området ljus och liv, för de tre områdena biologi, medicin och psykologi. En tidigare översikt av kunskapen om belysning och hälsa finns i (Sandström m.fl.), 2002). A.2.1 Biologi Växternas behov av ljus-‐ fotosyntesen Växter, alger och cyanobakterier utgör huvuddelen av biomassan på jorden. I växternas fotosyntes omvandlas ljusenergi till kemisk energi. Denna kemiska energi gör det möjligt att binda in och omvandla luftens koldioxid till kolhydrater. Fotosyntesen är en förutsättning för allt liv, eftersom kolhydrater bildas i överskott och därför kan nyttjas som energikälla av organismer som inte fotosyntetiserar. Ljusenergin flyttas till kolföreningarna genom elektroner som tas från vatten, och då bildas syrgas . Förmågan att fotosyntetisera med syrgas som ”biprodukt” finns hos växter, alger och cyanobakterier. Fotosynteskapaciteten har varit en drivande faktor under evolutionen. Vissa enheter i fotosyntes-‐ apparaten är förvånansvärt lika mellan en högre växt och en cyanobakterie. Fotosyntesapparaten är intrimmad för att ge största möjliga utbyte och flexibilitet. Klorofyller och andra pigment ser till att ljusenergi optimalt kan uppfångas och omvandlas till kemisk energi även när det är skuggigt eller när ljuset inte är helt vitt, som för växter under ett bladverk, eller för alger som i havet. Klorofyller har två absorptionstoppar, en i blått och en i rött ljus, medan de knappast absorberar något grönt ljus. Breddning av det verksamma spektrumet möjliggörs av karotenoider (samt olika fykobiliner i rödalger och cyanobakterier). Det är energin motsvarande absorptionen av rött ljus av klorofyllet som omvandlas till kemisk energi. I eukaryota organismer sker fotosyntesen i kloroplasterna. Fotosyntesapparaten är lokaliserad till platta membranblåsor, tylakoider, i kloroplasternas inre. Två fotosystem och mellanliggande proteinkomplex av elektronbärare arbetar i serie. Centralt i varje fotosystem sitter ett reaktionscentrum som är relativt likt mellan organismer. Större variation finns i omkringliggande pigmenten vilka med resonans ser till att föra energin till det centrala klorofyllet. Storleken på dessa komplex av hjälppigment varierar för att optimera kanaliseringen av ljus in till reaktionscentrumet, så att även svagt ljus kan leda till excitation av det centrala klorofyllet. Slutprodukten i elektrontransportkedjan på tylakoidmembranet är NADPH, en molekyl som sedan används i själva reduktionsprocessen i Calvincykeln. Detta är dock inte den enda produkten. Flödet av elektroner ger ett flöde av protoner in i tylakoidmembranblåsornas inre. En proton-‐assymmetri uppstår vilket ger en drivkraft för bildning av ATP, en molekyl som fungerar som "energivaluta" för att driva många biokemiska processer exempelvis i Calvincykeln. När ljus träffar växten på morgonen aktiveras flera av de enzym som ingår i processerna där koldioxid reduceras till kolhydrat (den så kallade Calvincykeln). De primära reducerade produkterna av ljusreaktionen verkar signalerande, framförallt genom att anpassa kloroplastens metaboliska enzymer till olika aktivitet i ljus och mörker. Regleringen av fotosyntesen sker även på mer makroskopiska nivåer; kloroplasterna kan orienteras, bladen kan ställa in sig och hela växten kan växa i relation till infallande ljus. Dessa senare processer styrs inte av fotosyntespigmenten utan av en rad signalerande fotoreceptorer (se nedan). Sådana fotoreceptorer styr också öppningsgraden hos klyvöppningarna som reglerar gasutbytet mellan blad och luft. Sammanfattningsvis, så känner växten av ljuset på flera olika nivåer för att ge så effektiv fotosyntes som möjligt (Ort, 2009, Taiz & Zeiger 2010). Växternas behov av ljus-‐fotoreceptorer som signalförmedlare Växter behöver ljus för att fullfölja sin livscykel, inte bara för att driva fotosyntesen, utan också för en lång rad av processer som frögroning, orientering i relation till ljuset, öppning av klyvöppningar, längdtillväxt, blomning mm. Här har en rad signalerande fotoreceptorer utvecklats, de flesta aktiverade antingen av långvågigt ultraviolett till blått ljus eller av rött/mörkrött ljus. Fotoreceptorerna behöver oftast mycket svagare ljus för att aktiveras än vad som behövs för fotosyntesen. Fototropinerna är proteinbundna blåljusabsorberande pigment (kromoforen är FMN; flavinmono-‐ nukleotid, med absorptionsmax vid 450 nm) inblandade i ganska snabba processer som vanligtvis inbegriper rörelser, exempelvis att styra växtens tillväxt mot ljuskällan, kloroplaströrelser, bladrörelser, öppning av klyvöppningar, mm. Till denna grupp hör också pigment inblandande i långsammare processer, som kan ställa om den biologiska klockan. Kryptokromerna vilka finns i såväl växter som djur är också blåljusabsorberande proteinbundna pigment med ungefär samma absorptionsmaxima som fototropinerna. De liknar i sin struktur fotolyaser, d.v.s. DNA-‐ reparationsenzym samt pterin, men kan inte reparera DNA. Kryptokromer är viktiga i inställningen av den biologiska klockan samt ett flertal andra processer som enzymsyntes, hämning av längdtillväxt mm. Den tredje stora gruppen av pigment i växten är fytokromerna. Dessa är inblandande i många olika processer som frögroning, blomning, stamsträckning, mm. Fytokromerna är fotoreversibla; när den rödabsorberande formen absorberar rött ljus omvandlas den till den mörkrödabsorberande, och Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 41 omvänt. Det är den mörkrödabsorberande formen som är aktiv. Balansen mellan de två formerna styrs av färgen på ljuset. Ljus som tränger ner till växter som står under ett bladverk blir anrikat på de våglängder som klorofyller inte kan absorbera, d.v.s. grönt och mörkrött. Det mörkröda ljuset ser till att skjuta över fytokromet i den inaktiva formen. Växten uppfattar detta som skugga och beroende på vad det är för växt, så ökar den tillväxttakten eller inte. Detta är bara några av de processer där ljus har en roll utöver att vara energikälla till fotosyntesen. Pigmenten ger växten större möjlighet att anpassa sig efter rådande ljusomständigheter och utveckla liv i nya nischer. Optimeringen görs för att inte slösa på resurser, exempelvis gäller att blomma vid rätt tid så att fröna hinner bli klara, liksom att ha klyvöppningarna öppna så fort som möjligt på morgonen för att släppa in koldioxid innan det blir för varmt och för att begränsa vattenförlusten (Taiz & Zieger, 2010). Människans behov av växter -‐ odling med artificiellt ljus Människan har sedan yngre stenåldern odlat växter för att föda sig. Man har förlitat sig på naturligt ljus från solen och odlat utomhus. Odling i glashus tog först fart och fick en större kommersiell betydelse när man också kompletterade med extra ljus, för att utsträcka odlingssäsongen. Detta ställer krav på belysningen och lampornas spektrala avgivande, speciellt om solljuset inte är så starkt. De behov som växten har av ljus stämmer dåligt med vad en del ofta använda lampor ger. Dessutom har man kommersiellt olika sorters behov, det handlar inte alltid om högsta produktion i form av biomassa, utan kanske ibland snarare om produktens färg, form och smak. Man har ganska länge använt sig av reglerbara skuggande dukar, t.ex. som en form av rullgardinger under växthusglaset, för att korta dagen. Man använder också kombinationer av dukar och tilläggsbelysning på kvällen för att variera dagsljusprofilen, t.ex. för att få höstväxter som krysantemum att blomma tidigare). Färgsammansättningen på dagens växthusbelysning stämmer dåligt med växternas behov för effektiv fotosyntes, vilket dels ger stora energiförluster. I dag används i huvudsak högtrycksnatriumlampor som ger ett gult sken eller metallhalogenlampor som ger ett vitt ljus. Dessa ljuskällor ger knappast någon möjlighet att dynamiskt anpassa spektralfördelningen för att möta specifika behov hos olika växter. Belysning med LED är ett attraktivt alternativ till metallhalogen-‐ och högtrycksnatriumlampor. Genom att balansera röda och blå LED kan man hitta en ljusblandning som är optimerad för tillväxt och fotosyntes på ett mera energisnålt sätt. Produktutveckling och försäljning hos tillverkare och importörer kring växternas behov styrs generellt av de mest grundläggande behoven hos växterna i allmänhet, i kombination med att minska energikostnaderna. I handeln finns ett flertal tillverkare av LED av olika färg, vilket ger många kombinationsmöjligheter. Forskningen kring vad som händer i växterna med LED-‐belysning i växthus är dock fortfarande ganska begränsad, även om den på senare tid börjat ta fart i Nederländerna (ex Hogevoning 2010) och i USA (Massa, 2008). Ett stort intresse finns också kring hur skadegörare påverkas av typen av belysning i växthus exempelvis i Finland (Vänninen et al. 2010). För många odlare känns det ofta säkrare att belysa med konventionell utrustning eftersom det där finns lång erfarenhet. Man vågar knappast satsa på att nya ljuskällor kan möjliggöra högre kvalitet på växterna. Dessutom är investeringskostnaderna initialt för LED fortfarande höga. Utvecklingspotentialen i Sverige är stor. Det finns en omfattande grundvetenskaplig forskning vid landets universitet om växters behov för effektiv fotosyntes. Kunskapen om ljusets effekt på olika växters utveckling är också gedigen. Den växtbiologiska forskningen i södra Sverige är fokuserad på trädgård, inklusive växthusodling och jordbruk (medan man i norr är fokuserad på skog). Denna kunskap utnyttjas en hel del inom produktionen i växthusen exempelvis för att växterna ska få en jämn blomning eller en optimal tillväxt, men hittills utnyttjar man ganska få variabler i ljussättningen (dagslängd, kombinationer av fasta LED, eventuellt med tillägg av koldioxid). En framväxande distributions-‐ och anpassningsverksamhet rör hittills i huvudsak import av blå och röda lysdioder från Kina och Japan. Det finns avancerade odlingsanläggningar vid Biologi i Lund och vid SLU i Alnarp där man kan styra flera tillväxtfaktorer (gödning, temperatur, koldioxid, vatten/fukt), såväl som ljusintensitet. Det senare sker dock mest med klassiska ljuskällor. Den samlade kunskapen om ljus i Lund/Alnarp är bred och kan ge landvinningar med betydelse för livsmedelsproduktion och hälsa. Centrum för Sydsvensk Växtforskning, bildades nyligen för att stärka samarbete mellan växtforskningen vid Lunds Universitet och SLU i regionen. I Lund/Alnarp finns allt från utveckling av nya typer av ljuskällor till forskning på effekter av ljus på växter och djur, däribland människan, samt en stark livsmedelsforskning. Dessutom finns många odlingsföretag i regionen med livsmedelsprodukter som tomat, gurka, krukodlad sallat, kryddor mm., såväl som prydnadsväxter. Cirka hälften av Sveriges växthusyta för kommersiell odling finns i Skåne. Med styrbara nya energisnåla ljuskällor finns potential att ta fram odlingssystem för konkurrenskraftiga, närproducerade livsmedel med hög kvalité. Teknik för starkare LED vars spektrum ännu bättre passar med fotosyntesen, lämpliga för odling är ännu i utvecklingsfas. Anpassning av ljussammansättning kommer att krävas för olika växthusgrödor. Småskaliga, forskningsbaserade försöksodlingar i denna riktning är igång på flera ställen i Sverige. Exempelvis har företaget Heliospektra fått stöd av Västra Götalandsregionen för att utveckla variabel LED-‐belysning i växthus. I samarbete med forskare vid Biologiska institutionen i Lund (Funktionell zoologi), studeras beteendet hos pollinatörer som humlor i LED-‐ljus. Sammanfattningsvis är förutsättningarna mycket goda i södra Sverige kring forskning och utveckling av LED-‐belysning för växter i växthus, i synnerhet om man tar tillvara den starka forskningen och framtagningen av nya nanoLED som sker vid fasta tillståndets fysik i Lund. A.2.2 Medicin Forskning kring ljus och hälsa En medicinskt viktig faktor inom området ljus och hälsa handlar om hur olika former av ljus, vid olika tidpunkter, inverkar på den cirkadiska rytmen och därtill relaterade sjukdomstillstånd. Tidigare förknippade man störningar i detta reglersystem främst med sjukdomstillstånd i samband med skiftarbete där ökad olycksrisk och stressrelaterade hjärtkärlsjukdomar stod i fokus. Med tiden har även andra tillstånd kunnat förknippas med störningar i detta rytmiska system såsom sömnstörningar, vilket är logiskt, men även övervikt, bröstcancer med flera. Lighting Research Center i NY USA www.lrc.rpi.edu har på ett framgångsrikt sätt byggt upp forskning och utbildning med anknytning till dessa frågor och betraktas som ledande organisation inom tvärvetenskaplig ljusforskning. Rubbningar i dygnsrytmen kan leda till ohälsa. En adekvat ljusmiljö kan också befordra hälsa och välbefinnande. LRC rapporterar t.ex. att svag belysning nattetid ger ökad vakenhet, för rött ljus och i ännu högre grad för blått ljus som hämmar melatonin. Tidskriften ”Journal of biological rhythms” relaterar huvudsakligen icke-‐human forskning kring biologiska rytmer. Dock finns en del spännande artiklar även om rytmer och sjukdomstillstånd hos människan och tidskriften relaterar dessutom till ”Society for Research on Biological Rhythms” som Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 43 har möten vartannat år sedan 20 år tillbaka kring dessa frågeställningar. Mötena hålls i USA och Canada. Vid mötet 2008 framkommer att mötena till mindre del även relaterar humanforskning. I USA men även t.ex. i Frankrike och Asien finns ljusrelaterade forskargrupper. De tillhör ofta enheter för ögonsjukdomar, men även ibland enheter som är inriktade mot Chronobiology, Sleep disorder etc., d.v.s. inte Ljusforskningsgrupper. Någon svensk konferensdeltagare kunde inte identifieras för 2008 trots att det var ett möte med ett flertal publikationer (17-‐21 maj, 15 symposier, 300 posters, planeringsmöten mm). Ett möte med ”National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases” om ”Circadian Rhythms and Metabolic Diseases” genomfördes 12-‐13 april 2010 i USA med deltagare huvudsakligen från USA, vilket innebär att medvetandet om dessa frågeställningar börjar vakna internationellt. Forskning kring sjukdomstillstånd som är D-‐vitaminberoende är för närvarande på stark frammarsch, både vad gäller hjärtkärlsjukdomar och cancerformer, se nulägesavsnittet för vidare information. Det är skenbart logiskt att anta att både denna rytmreglering och D-‐vitaminomsättningen påverkas av dagsljus i allmänhet. Man ska dock vara medveten om att melatoninhämningen medieras av blått ljus och D-‐vitamin aktiveras av UV-‐B-‐strålning. M.a.o. är det rimligt att anta att framtida internationell ljusforskning mer och mer kommer att inriktas på dels monokromatiskt ljus och specifika effekter och därefter polykromatiskt ljus med avseende på vilket mervärde detta kan ge i förhållande till det monokromatiska. Ursprungligen var människan aktiv under den ljusa delen av dygnet. Därefter kom elden som utsträckte den aktiva tiden något. Under den allra senaste tidsperioden, ca 100 år, har vi haft möjlighet att ändra vårt sätt att leva radikalt genom tillkomsten av elektriskt ljus. Detta innebär att vi måste ta hänsyn till multipla aspekter vid en bedömning av ljusets effekter på hälsan. Tillgången på elektriskt ljus oavsett källa påverkar också vårt sätt att leva. Uppkomsten av det ständigt öppna servicesamhället är en konsekvens av detta. Detta leder till andra arbetstider där skiftarbete har en dokumenterat hälsoskadlig effekt: Bland annat ökar risken för hjärtkärlsjukdomar (Haupt, 2008) och cancer (Moser, 2006). Samtidigt som utsträckta arbetstider och arbete på andra tider än bara dagtid kan påverka vår hälsa negativt kan tillgången till ljus både ge ett öppnare samhälle och möjliggöra ljusbaserade både förebyggande och behandlingsinsatser där flera organsystem kan påverkas i en gynnsam riktning. Solen ger värme och ljus, både synligt och UV-‐strålning. Detta leder till direkta och indirekta effekter som bör beaktas då en del av dessa effekter också kan uppnås respektive förhindras genom artificiell belysning respektive skyddsåtgärder. Genom påverkan via ögats tredje receptor och åtföljande neurologiska, endokrina och immunologiska effekter påverkas hela organismen på flera olika sätt. Tidigare har solen ansvarat för denna effekt men kunskapen om ljusets effekter via ögat medför att vi också kan påverka dessa system. Ett exempel är ljusbehandling vid årstidsberoende depression (SAD – seasonal affective disorder, se vidare nedan). Direkta ljuseffekter Med direkta ljuseffekter avses den verkan elektromagnetisk strålning i våglängdsområdet 380-‐770 nm utövar på vår organism och delvis även på vår miljö. D-vitamin För en adekvat nivå av D-‐vitamin behövs ett tillräckligt intag i kosten men även exponering för solljus, d.v.s. egentligen UV-‐B-‐strålning, som aktiverar inaktivt D-‐vitamin. Brist bedöms kunna bidra till benskörhet, vilket är välkänt. Förekomsten av benskörhet är högst i vår del av världen, där vi har otillräckligt med solljus under den mörka delen av året. Även risken för cancer tycks öka av brist på D-‐vitamin, speciellt bröst-‐, tjocktarms-‐, prostata-‐cancer och lymfom. Det metabola syndromet (diabetes eller förstadier och två av högt blodtryck, höga blodfetter och övervikt) är vanligt i Västvärlden och drabbar i dag ca 10 % av den svenska befolkningen. Både sockerreglering och blodtrycksnivå påverkas av D-‐vitaminstatus och en rubbning av dessa parametrar ökar i sin tur risken för hjärtinfarkt och slaganfall. Autoimmuna tillstånd som multipel skleros, reumatoid artrit, psoriasis med flera verkar kunna påverkas gynnsamt av D-‐vitamin och sannolikt påverkas även immunsystemet i allmänhet. Depression verkar också korrelera med lägre D-‐vitaminnivåer (Humble, 2007, review i Läkartidningen). Hud-‐ och ögonsjukdomar Huden är en av våra kontaktytor mot omvärlden och den påverkas både gynnsamt och ogynnsamt av solljuset. Förekomsten av hudcancer som maligna melanom har ökat pga. ökad solning på fel sätt (Abbasi, 2004), medan t.ex. psoriasis förbättras av solbehandling (Menter, 2010). Ögonen exponeras också för solljuset. Snöblindhet är ett exempel en känd akut effekt medan katarakt, grå starr utgör exempel på en sjukdom som kan uppstå pga. lång tids exponering för UV-‐ ljus (Asbell, 2005). Indirekta ljuseffekter via 3e receptorn Berson beskrev förekomsten av en tredje receptor i ögat utöver stavar och tappar som reagerar på ljus och som påverkar vår cirkadiska rytm (Berson, 2002). Denna kunskap bidrar till förståelsen av hur vår biologiska klocka regleras och hur andra hormonella system kan påverkas i sin tur, som t.ex. kortisol som stiger och melatonin som inaktiveras när vi utsätts för solljus på morgonen. Denna rytm ger i sin tur konsekvenser för organismen som helhet både vad beträffar fysiologiska rytmer som sömn – vakenhet och vad beträffar sjukdomsförlopp som t.ex. risken för hjärtkärlsjukdom mm. Endokrina och immunologiska reglersystem/autoimmunitet Trots att typ 1 diabetes är en autoimmun sjukdom där den immunberoende destruktionen av de insulinframställande betacellerna i bukspottskörteln är en process som sträcker sig över längre tid Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 45 verkar ändå den symtomgivande debuten av sjukdomen vara säsongsberoende. I en global studie på barn verkar insjuknandet i högre grad inträffa vår och höst vilket tyder på ett mönster där omställningen från vinter till sommar och vice versa har en stressande och immunaktiverande effekt (Moltchanova, 2009). Utöver en säsongsberoende effekt finns också en dygnsberoende variation där den låga kortisol-‐ och höga melatonin-‐nivån under efternatten korrelerar med höga nivåer inom den så kallade Th1-‐ beroende delen av immunförsvaret. T-‐hjälparceller typ 1 (d.v.s. Th1) aktiverar det cellförmedlade immunsvaret. Det är det cellförmedlade immunförsvaret som är aktiverat vid autoimmuna sjukdomar, något som också förklarar varför patienter med reumatism har mer ledvärk och stelhet på morgonen (Cutolo, 2006). Vid inflammatorisk tarmsjukdom är bilden något mer komplicerad – visserligen föreligger ökad sjukdomsaktivitet under december, men även under sommaren är aktiviteten högre (Hisamatsu, 2007). Teoretiskt skulle man kunna tänka sig stresseffekter både av mycket och lite ljus, men sambandet med lediga perioder och den inverkan dessa kan ha ur stressynpunkt bör nog inte heller underskattas. Antingen kan då sjukdomsaktiveringen bero på andra stressmoment under de skenbart lediga perioderna eller immunmodulation där sänkt stressnivå med åtföljande sänkning av kortisolnivåer skulle kunna inverka genom minskad immunsuppression. Hjärtkärlsjukdomar – dygn o årstid Insjuknande i hjärtinfarkt påverkas av tiden på dygnet såtillvida att flesta insjuknar mellan kl 6 och 12 på förmiddagen. En viss ökning kan också noteras mellan kl 6 och 12 på kvällen. Medicinering med betablockad, som minskar sympaticuspådraget kan minska denna dygnsberoende effekt (Hansen, 1992). Kortisolnivån är högre på morgonen och möjligen kan den stresseffekt som uppstår både av uppstigandet på morgonen och av den neurohormonella omställningen bidra till att öka risken. Förekomsten av hjärtsvikt men även risken för dödsfall i hjärtsvikt är högre på vintern och som lägst på sommaren (Stewart, 2002). Till detta kan naturligtvis förutom ljuset även temperaturen bidra, då kall väderlek kan påfresta hjärtat. Denna undersökning genomfördes i Skottland. Centrala nervsystemet Centrala nervsystemet är utomordentligt påverkbart av ljusfaktorer. Ljusberoende depression, Seasonal Affective Disorder, SAD, är ett välkänt fenomen som drabbar 1-‐10% av befolkningen där nedstämdheten med framgång kan behandlas med vitt ljus även om andra behandlingar också kan ges. Förutom sedvanliga antidepressiva har bl.a. även blått ljus föreslagits kunna ha effekt (Howland, 2009). Just användandet av specifikt ljus vid sjukdomstillstånd är ett nytt och spännande område. Vid stavgång hos Parkinsonpatienter förbättrades gångförmågan om staven spred ut grönt ljus jämfört med rött eller inget ljus (Bryant, 2010). Synergonomi -‐ Ögonbesvär och muskuloskeletala besvär När ögonen får anstränga sig för att se kommer ögonbesvär, såsom ögontorrhet, ögonirritation och ont i ögonen. Huvudvärk är också en vanlig följd av att ögonen får anstränga sig. För att vi ska kunna se bra måste vår visuella miljö vara väl utformad. Synergonomi handlar om hur vi utformar vår visuella arbetsmiljö med avseende på dagsljus, artificiellt ljus, arbetsuppgifter och individens förutsättningar. I Sverige idag är det ungefär 50 % av alla datoranvändare som har ögonbesvär, i USA ungefär 75-‐90 %. När en individ har ögonbesvär, påverkar detta också prestationsförmågan. En förbättrad visuell miljö bidrar till mindre ögon-‐ och muskuloskeletala besvär (Aarås et al., 2001). En studie med brevbärare visar att om den visuella miljön förbättras med bättre belysning, så förhöjs prestationsförmågan för de med ögonbesvär, så att den tidigare skillnaden mellan de med och utan ögonbesvär försvinner (Hemphälä et al., 2012). De med ögonbesvär har också en högre andel med muskuloskeletala besvär. Det finns direkta kopplingar mellan ögonen och musklerna i axlar och nacke. Några studier visar nu att om ögat anstränger sig så ökar muskelaktiviteten i m.trapezius (Richter et al, 2011). När vi utsätts för bländning på arbetsplatsen, av t ex. en felplacerad armatur, så ansträngs ögonen; bländning är en av orsakerna till huvudvärk och ögonbesvär. Ögat styr kroppen och för att vi ska kunna se bra så anpassar vi arbetsställningen efter ögonens förutsättningar, vilket kan leda till felaktiga arbetsställningar och belastningsbesvär. Slutsatser Ljus reglerar vår biologiska rytm och det gäller inte bara vakenhet och sömn utan även hormonella, immunologiska och centralnervösa rytmer. Följaktligen har ljus en avgörande inverkan på vår allmänna hälsa. Även om de ovan relaterade undersökningarna talar för mångfaldiga effekter av ljus på vår hälsa utgör de ändå bara ett axplock av vad som är känt och även möjligt. Både den årstidsberoende och den dygnsberoende variationen påverkas av olika former av ljusintervention. Årstidsvariation för sjukdomar och ökad sjuklighet av skiftarbete utgör centrala exempel. Vi har generellt sett en ökad sjuklighet under vintern, vilket märks på belastningen på landets akutmottagningar vintertid. Det handlar både om ljus-‐ och temperatureffekter. Depression kan t.ex. vara direkt ljusberoende medan influensavirus sprids bättre i kall och torr luft. Vissa sjukdomstillstånd är vanligare vår och höst. Förutom insjuknandet i diabetes enligt ovan är t.ex. magkatarr vanligare under dessa brytningsperioder. Slutligen har vi tillstånd som är vanligare sommartid, där vi återigen måste beakta både ljus och väderlek som bidragande faktorer; vissa hudsjukdomar påverkas t.ex. av ljuset. En övergripande tvärvetenskaplig organisation kan bidra med en övergripande genomgång och systematisering av vilka tillstånd som ska hänföras till vilken årstid/ljusgruppsnivå. Det finns behov av kompletterande forskning kring ännu ej kartlagda tillstånd som skulle kunna vara ljusberoende och möjliga att påverka/behandla med olika former av ljusterapi. Viktigt i sammanhanget är därutöver också möjligheten av modifierad ljusmiljö på arbetsplatser, i hemmet etc. som profylax mot vissa tillstånd. Vi har således först nu börjat bli medvetna om dessa samband men samtidigt är mycket fortfarande outrett, som t.ex. effekten av ljus med viss våglängd eller effekten av olika ljus över dygnet som behandlingsmetoder vid olika specificerade sjukdomstillstånd. Behovet av forskning kring dessa frågeställningar är stort och ett övergripande samarbete mellan olika grupper är nödvändigt. Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 47 A.2.3 Psykologi Vi vet idag att ljus har en stor påverkan på människan. Visuellt har vi länge varit medvetna om detta och forskningen har också i huvudsak riktat sig mot frågeställningar rörande visuella aspekter av ljus. När det gäller ljusets icke-‐visuella inverkan är vår kunskap av yngre datum, även om bl. a Linné noterade att människor som lever långt från ekvatorn ofta är melankoliska. Under senare år har forskningen intensifierats och ny kunskap har kunnat läggas fram (Küller, 2004). Vi ser också att praktiker inom såväl medicin som arkitektur tar till sig den nyvunna kunskapen och börjar tillämpa rönen. Emellertid är det fortfarande ett stort gap mellan den experimentella forskningen och praktikernas värld. Fysiologisk grund Människan styrs av en dygnsrytm som inkluderar vakenhet och sömn, kroppstemperatur, metabolism och hormonproduktion (Arendt & Prevet, 1991; Hollwich, 1979 ). Ljuset spelar en viktig roll för att reglera denna process som medieras via retina-‐hypothalmus-‐banan som startar i retina och avslutas vid suprachiasmatiska nuclei (SCN5). Idag vet vi att ljus påverkar såväl tallkottskörteln som hypofysen och hypotalamus som reglerar balansen mellan sömnhormon (melatonin) och stress hormon (kortisol). Fram till för c:a tio år sedan ansågs tappar och stavar vara de enda ljuskänsliga receptorerna i ögat. Emellertid antog Ebihara och Tsuji (1980) redan 1980 att varken tappar eller stavar som används för seendet medverkade vid den cirkadiska regleringen. Under 1990-‐talet genomfördes studier med såväl djur som blinda människor som pekade mot att dygnsrytmen reglerades åtminstone delvis av en annorlunda typ av ljuskänslig receptor (Czeisler et al, 1995; Lockely et al, 1997; Ruberg et al, 1996 ). Ett stort steg togs när Berson et al (2002) i en studie på råtta visade att varken tappar eller stavar behövdes för att förändra den cirkadiska rytmen, det var istället en speciell typ av retinala ganglieceller s.k. intrinsic photo-‐sensitive retinal ganglion-‐cells (ipRGC) med ett ljuskänsligt pigment kallat melanopsin som innerverade SCN. Under de senaste åren har detta genombrott följts av flera övertygande studier som har visat att människans dygnsrytm påverkas av dessa fotoreceptorer som ibland kallas ”den tredje receptorn”. Parallellt med den ovan beskrivna forskningen har det pågått forskning rörande betydelsen av ljusets spektrala sammansättning för styrandet av dygnsrytmen. Inledningsvis studerades inverkan av polykromatiskt ljus i relation till biologiska responser. Emellertid studerade Takahashi et al (1984) redan 1984 effekter av monokromatiskt ljus. Emellertid ledde denna forskning inte vidare då. Först när ipRGC påvisades ökade mängden studier radikalt och idag vet vi att melatoninblockering har en pik i det kortvågiga området. Brainard et al (2001) fann en pik-‐sensitivitet mellan 446-‐477 nm 5 Den nervbana som går från ögonbotten till hypothalamus som är en del av hjärnan som reglerar utsläppet av hormoner från hypofysen som i sin tur mha dessa hormoner styr kroppens olika reglerfunktioner. Hypothalamus och hypofys sitter nära varandra centralt i hjärnan. Suprachiasmatiska nuclei är den nervknut i hjärnan som styr vår inre klocka och som gör att vi vet vad klockan är och när det känns som om vi ska vakna eller t.o.m. kan ha försovit oss. Tallkottkörteln eller epifysen är en liten struktur längre bak i hjärnan som framställer melatonin, vårt sömnhormon. Nivåerna är högst på natten i motsats till det aktiverande hormonet kortisol som utsöndras från binjurarna efter signalering från hypofysen. Kortisolnivåerna är högst på morgonen och sjunker sedan långsamt under dagens lopp. (λmax=464 nm), Thapan et al. (2001) mellan 457-‐462 nm (λmax=459 nm) och Hankins & Lucas (2002) (λmax= 483 nm). Denna kunskap är viktig för förståelsen av hur det cirkadiska systemet fungerar. Emellertid använder vi aldrig monokromatiskt ljus i verkliga livet. Som Brainard och Hanifin (2005) pekade på är det av stor betydelse att öka förståelsen för vilken påverkan polykromatiskt ljus har på människan i verkliga applikationer. Några studier har undersökt människor som utsatts för olika färgtemperaturer från lysrörsljus (polykromatiskt ljus). Brainard och Hanifin (2004) jämförde tre typer av lysrör med olika strålning inom det kortvågiga området. Ljuskällan var i denna studie placerad en meter framför ögat med en belysningsstyrka av 2500 lux vinkelrät mot ögat. Resultaten visade att ökad irradians inom det kortvågiga området påverkade melatoninblockeringen. Sammanfattningsvis kan sägas att det finns övertygande bevis för att ljuset har en icke-‐visuell påverkan på människan och att hormonblockering kan kontrolleras med ljusstimulering via retinala ganglieceller som är känsliga för viss kortvågig strålning. Emellertid är det svårt att finna belägg för vilken inverkan polykromatiskt ljus har utom under mycket speciella förhållanden som de ovan beskrivna. Upplevelsen av ljus Att ta upp rent biologiska aspekter under psykologi kan tyckas märkligt men det finns en koppling till människors känslomässiga tillstånd. Küller et al (2006) visade i en jämförande studie mellan länder långt från och nära ekvatorn att människor som upplevde att man vistades i en ljusare miljö också kände sig mer aktiverade än de som inte upplevde att man vistades i en ljus miljö. Rörande prestation i relation till färgtemperatur pekar forskningsresultaten åt olika håll. I en studie av Kok (2006) jämfördes traditionella kall-‐vita lysrör 4000 K med 17000 K i relation till prestation. Man fann att prestationen ökade med 10 % med de ultra-‐kalla lysrören. Sansal (2007) använde samma typ av lysrör i en laboratoriestudie men fann ingen skillnad i prestation mellan de två färgtemperaturerna. Ingen av dessa studier lämnade någon information om omfältsljuset eller belysningsstyrkan vinkelrätt mot ögat. I syfte att undersöka visuell komfort och för att erhålla förutsättningar för hög visuell prestation har många studier genomförts genom åren. För en grundlig litteraturöversikt, se Boyce (2003). Forskningen har koncentrerats kring visuella uppgifter. Den viktigaste faktorn har varit belysningsstyrkan på arbetsytan följd av bländningsstudier och färgåtergivning. Boyce, (2003) och Veitch et al (2008) fann att en väl upplyst miljö påverkar prestation via känsloläge och motivation. Emellertid har man inte kunnat visa att förprogrammerad dynamisk belysning i en dagsljusmiljö påverkar kontorsarbetares hälsa välbefinnande eller prestation (2010). Möjligheten att själv styra belysningen kan också påverka människor. ( Boyce et al, 2000) fann att i kontor med ljusstyrningsmöjligheter skattade brukarna sin ljusmiljö mer positivt och man skattade arbetsuppgifterna mer positivt. Newsham och Veitch (2001) rapporterade att möjlighet till ljusstyrning leder till ett bättre känsloläge och tillfredställelse genom att brukarna själva kan påverka sin belysningssituation. Andra studier visar att prestationen förbättras avseende uppmärksamhet och vakenhet när brukarna har möjlighet att påverka belysningssituationen (Newsham et al, 2004). Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 49 Boyce et al (2006b) fann att kontorsarbetare som hade möjlighet att dimma konstljuset uppvisade högre bestående motivation över arbetsdagen. Newsham et al (2008) rapporterade åter att de kontorsarbetare som hade möjlighet att själva påverka sin belysningssituation var mer tillfredställda. Belysningsstyrning kan också användas för att uppnå energibesparing. Studier visar att alla typer av styrning sparar energi men individuell styrning leder till lägst besparing medan näravorsensorer och dagsljusutnyttjande sparar mest (Newham, 2007). Omfattningen av hur stor besparingen är varierar mellan olika studier, från över 50 % (Moore et al, 2003a) till 25 % (Veitch & Newsham, 2000). Omfältsljuset har oftast studerats i relation till att minska bländning. För låg omfältsluminans påverkar adaptionen negativt och risken för bländning ökar (Küller, 2004). I en annan studie ombads försökspersoner att justera nivåerna av direkt och indirekt ljus från armaturerna i ett klassrum. Resultaten visade att den föredragna proportionen var 55 % indirekt och 45 % direkt ljus. Med detta förhållande var den prefererade medelluminansen i taket och på väggen 128 cd/m2 respektive 78 cd/m2 vid en konstant horisontell belysningsstyrka av 500 lux6 (Govén et al, 2002). Govén et al (2007) har undersökt betydelsen av omfältsluminansen i en laboratoriestudie där försökspersonerna vistades en hel dag i ett rum med 500 lux på arbetsytan men med tre olika nivåer av omfältsljus 20, 100 respektive 350 cd/m2. Resultaten visade att omfältsljuset påverkade såväl visuell upplevelse, kortisolnivåer som upplevd aktiveringsnivå. Försöken har upprepats och det bestående resultatet är att omfältsljuset påverkar såväl visuellt som biologiskt som emotionellt . Dagsljusets betydelse för såväl beteende som circadisk rytm är också väletablerad kunskap idag. Küller och Lindsten (1992) visade redan 1992 att skolbarn som vistades i fönsterlösa klassrum reagerade annorlunda både biologiskt och beteendemässigt i förhållande till skolbarn som hade tillgång till dagsljus. Dessa fynd har kunnat visas i andra studier. Bland annat har skolbarn i klassrum med olika tillgång på dagsljus studerats och resultat i linje med Küller och Lindsten har erhållits (Govén et al, 2010). Ljussättningen i ett rum påverkar upplevelsen av rummet (Newsham et al, 2008). Ett rums färgsättning spelar också roll för hur människorna i rummet aktiveras. Bland annat har man studerat effekten av varma färger i förhållande till kalla. I rummet med den varma färgställningen aktiverades försökspersonerna mer, mätt genom EEG (mer alfarytm), än i det blå rummet (Küller et al, 2008). Dessa effekter har också visats i en studie av Dubois som med ljusfärg varierade ett rums färgställning. Aktiveringsnivån ökade i rummet med den varmare färgställningen mätt som försökspersonernas egen skattning av aktivering. Dessa resultat pekar på en problematik avseende strålningskvalitet och perception. Vi har tidigare konstaterat att melatonin blockeras av kortvågigt ”blått” ljus, vilket skulle innebära aktivering, men samtidigt kan vi konstatera att ett rum med kall färgställning ”blått rum” ger en lägre aktiveringsgrad både med neurofysiologisk mätning och med subjektiv skattning av försökspersoner. 6 En ideal isotropt strålande ljuskälla med ljusstyrkan 1 candela ger upphov till ljusflödet 1 lumen/steradian. För en sfär med radien 1 m betyder detta att ljusstyrkan blir 1 candela/m2 vilket betyder att 1 lumen/ steradian motsvarar 1 lumen/ m2 = 1 lux. Detta betyder för just detta fall (och teoretiskt sett för en punktformig ljuskälla) att ljusstyrkan 1 cd/ m2 ger belysningsstyrkan 1 lux. I många praktiska fall har mätetalen i lux och cd/ m2 ungefär samma storleksordning. Det är viktigt att notera att mängden återutstrålad ljusstyrka varierar kraftigt med den aktuella ytans reflektans. Det är också väsentligt att komma ihåg att samtliga dessa mätetal är baserade på viktning enligt den standardiserade V(λ)-kurvan för fotopiskt seende. Flimmer En ofta förbisedd faktor är tidsmodulationen hos ljus. Flimmer, eller ljusmodulation (en periodisk tidsvariation i ljusstyrka på sekundnivå), är en av de belysningsfaktorer i vår omgivning som kan påverka oss påtagligt. En viktig fråga är dock om vi även påverkas av ljusmodulation som vi inte visuellt uppfattar, t.ex. när den har en tillräckligt hög frekvens för att tolkas av oss som ett kontinuum, icke visuellt flimmer (ibland uttryckt subliminalt flimmer). Gränsen mellan visuellt och icke visuellt flimmer beror på en rad olika faktorer. Den kritiska flimmerfrekvensen (på engelska Critical Flicker Fusion eller Critical Flicker Frequency, CFF) är ett sätt att beskriva denna gräns (Sandström et al., 2002). Vid en låg CFF är individen mer påverkbar av det icke visuella flimret än annars. Skillnad i respons studerades i en studie mellan personer med hög respektive låg CFF vid olika belysningsförhållanden. Det visade sig att de med låg CFF presterade sämre och utgjorde ca 40 % av deltagarna (Küller & Laike, 1998). En studie gjord vid Linköpings Universitet 2001, som ännu ej sammanställts (på grund av dödsfall), hittade skillnader i alfaaktiviteten i EEG när försökspersonerna tittade på CRT i jämförelse med platt skärm och text på papper. Där noterades inga skillnader mellan att titta på platt skärm och att läsa på papper medan ca 50 % av deltagarna hade en mindre förändring av alfaaktiviteten i EEG vid CRT skärmen, något som inte fanns vid de andra alternativen. Ungefär 10 % av deltagarna hade vid CRT skärmen en kraftig förändring av alfaaktiviteten (Wibom, 2004). Enligt en studie av Sandström et al. (1997) visar det sig att patienter med elöverkänslighet har ett något aktivare nervsystem och därför reagerar starkare på ett antal externa faktorer där ljusmodulation är en av dessa faktorer. Sammanfattningsvis visar forskningsresultat att det finns samband mellan visuella, biologiska och emotionella aspekter av ljus. För att för att skapa en bra ljusmiljö måste samtliga aspekter beaktas. Emellertid väger olika parametrar olika tungt i olika situationer. I miljöer där människor utövar sin dagliga gärning är kraven betydligt högre för samtliga aspekter än i miljöer där man endast vistas temporärt. Fo I agenda: Det digitala samhällets nya levande ljus – en radikal affärsmöjlighet Lars Montelius/Reine Karlsson: Lund Lighting Initiative, Lunds Universitet 51
© Copyright 2024