Autor: Adrià Huguet Ferran
Programa de doctorado: Ingeniería y Ciencias Aplicadas
Universidad / Centro: Universitat de Barcelona
Directores: Sergi Hernández Márquez y Blas Garrido Fernández
Tutor: Sergi Hernández Márquez
Ámbito: Tecnología e iluminación inteligente · Human Centric Lighting · Inteligencia Artificial y algoritmos · Sensórica
La tesis Algorithms for light applications: from theoretical simulations to prototyping investiga cómo los algoritmos, la simulación computacional y la inteligencia artificial pueden ampliar las capacidades de los sistemas de iluminación LED, tanto desde el punto de vista de la emisión y control de la luz como de su medición y caracterización.
Sobre la investigación
La evolución de la tecnología LED ha hecho posible desarrollar luminarias multicanal capaces de combinar diferentes tipos de LED y modificar de forma dinámica su distribución espectral. Esto abre nuevas posibilidades para controlar no solo el color o la temperatura de color de una fuente de luz, sino también parámetros relacionados con la reproducción cromática, la eficiencia energética y los efectos no visuales de la iluminación.
Partiendo de este contexto, la investigación de Adrià Huguet desarrolla nuevas herramientas algorítmicas para avanzar en dos grandes ámbitos: la generación optimizada de espectros de luz y la medición espectral mediante sensores de bajo coste.
En la primera línea, la tesis desarrolla un algoritmo capaz de analizar un gran número de combinaciones posibles entre los diferentes canales LED de una luminaria y seleccionar aquellas que optimizan parámetros colorimétricos, no visuales o energéticos. El sistema permite trabajar, entre otros, con parámetros como CCT, Ra, Rf o la relación melanópica/fotópica (M/P ratio). Parte de estos cálculos se realizaron utilizando el supercomputador MareNostrum del Barcelona Supercomputing Center, alcanzando simulaciones de alta resolución con hasta 9.600 núcleos de procesamiento.
La segunda línea explora el uso de Machine Learning y redes neuronales para la reconstrucción espectral. La investigación estudia cómo mejorar las prestaciones de un sensor colorimétrico multicanal para aproximarlo a determinadas funcionalidades propias de un espectrómetro y poder obtener parámetros como CCT, Ra y Rf. Los desarrollos teóricos se validaron posteriormente mediante prototipos físicos.
¿Por qué es relevante para el sector de la iluminación?
Esta investigación muestra cómo la combinación de LED multicanal, control digital, sensórica, computación avanzada e inteligencia artificial puede permitir una gestión mucho más precisa de las características de la luz.
Su interés para la industria está especialmente relacionado con el desarrollo de nuevas generaciones de iluminación dinámica e inteligente, en las que una luminaria pueda adaptar su espectro en función de objetivos previamente definidos y no únicamente modificar su intensidad o temperatura de color.
La investigación resulta especialmente relevante para LightingPlat porque permite avanzar hacia soluciones capaces de considerar simultáneamente calidad visual, parámetros no visuales y eficiencia energética. Esto abre nuevas posibilidades para el desarrollo de estrategias de Human Centric Lighting e iluminación integrativa en ámbitos como hospitales, espacios de trabajo o entornos donde las condiciones lumínicas deben adaptarse a necesidades específicas. La tesis estudia, entre otros parámetros, métricas vinculadas a la respuesta melanópica y demuestra que la temperatura de color por sí sola no determina necesariamente el impacto melanópico de una fuente de luz.
Además, el trabajo presenta una clara orientación hacia la transferencia tecnológica: los desarrollos iniciales contribuyeron a la creación de la spin-off de la Universitat de Barcelona Enlighting Technologies S.L., que opera bajo la marca Kumux, y parte de las tecnologías estudiadas dieron lugar a una patente con protección europea y norteamericana.
Principales aportaciones
- Desarrollo de un nuevo algoritmo de optimización espectral para luminarias LED multicanal, capaz de trabajar con parámetros colorimétricos, no visuales y de eficiencia energética.
- Utilización de computación de alto rendimiento mediante MareNostrum para realizar simulaciones espectrales de alta resolución.
- Desarrollo y validación de diferentes prototipos de luminarias multicanal, incluyendo bombillas y downlights.
- Demostración de que el control espectral puede mejorar significativamente determinados parámetros de calidad de luz frente al funcionamiento aislado de los LED blancos.
- Desarrollo de modelos de redes neuronales para reconstrucción espectral a partir de sensores multicanal.
- Creación y validación de un prototipo de sensor capaz de estimar parámetros como CCT, Ra y Rf, comparándolo experimentalmente con un espectrómetro profesional. En las pruebas realizadas sobre 31 distribuciones espectrales, el 90 % de los valores de Ra y el 94 % de los valores de Rf se situaron dentro de los márgenes de error considerados en la investigación.
Principales líneas de investigación
Iluminación inteligenteLED multicanalControl espectralHuman Centric LightingIluminación integrativaMachine LearningInteligencia ArtificialSensóricaColorimetríaRitmos circadianosComputación de alto rendimiento
Aplicaciones potenciales
Salud y Healthcare
Optimización de escenarios lumínicos considerando simultáneamente parámetros visuales y no visuales. La investigación incluye trabajos de cálculo espectral vinculados a un proyecto de iluminación hospitalaria.
Oficinas y espacios interiores
Desarrollo de sistemas de iluminación dinámica capaces de modificar sus características espectrales a lo largo del tiempo.
Desarrollo de producto
Diseño de nuevas luminarias multicanal con mayor control sobre reproducción cromática, espectro, temperatura de color y eficiencia.
Medición y caracterización de iluminación
Aplicación de inteligencia artificial para mejorar las capacidades de sensores colorimétricos y desarrollar sistemas de medida más accesibles.
Museos y espacios expositivos
Optimización de la reproducción cromática en aplicaciones donde la percepción precisa de los colores constituye un requisito crítico. La propia tesis identifica este ámbito como una posible aplicación de las técnicas desarrolladas.
De la investigación al mercado
Uno de los elementos especialmente interesantes de esta tesis es su carácter aplicado. El trabajo se desarrolla en el marco de un doctorado industrial, combinando investigación teórica, simulación y validación experimental.
Los algoritmos desarrollados se incorporaron a prototipos reales y algunos de ellos fueron instalados durante tres años en un showroom de Kumux en el Parc Científic de Barcelona, donde pudieron ser mostrados a empresas y profesionales del sector.
La investigación constituye así un ejemplo de transferencia desde el conocimiento científico hacia el desarrollo de nuevas soluciones, propiedad intelectual y actividad empresarial en iluminación.
Publicaciones y reconocimientos relacionados
La investigación ha generado diferentes resultados de difusión científica y tecnológica. Entre ellos destaca:
High resolution calculation for the optimisation of commercial LED spectra in health applications
Adrià Huguet-Ferran y C. M. Pérez · 2021. La publicación recoge parte del trabajo desarrollado mediante computación de alto rendimiento para la optimización de espectros LED.
Parte de los resultados sobre la relación entre parámetros colorimétricos y no visuales se presentó asimismo en LED Professional Symposium 2020 y en LED Professional Review. Este trabajo recibió el Best Scientific Lecture/Paper – Technology Award 2020.
El trabajo también fue presentado en encuentros como Light Symposium 2022 y Light Professional Symposium.
Sobre el investigador
Adrià Huguet Ferran
Su investigación se sitúa en la intersección entre tecnología de iluminación, algoritmos, electrónica, control espectral, sensórica e inteligencia artificial.
Los desarrollos realizados durante esta línea de investigación contribuyeron a la creación de Enlighting Technologies S.L. (Kumux), spin-off vinculada a la Universitat de Barcelona orientada al desarrollo de tecnología y software aplicado a iluminación.
Acceso a la investigación
Título: Algorithms for light applications: from theoretical simulations to prototyping
Autor: Adrià Huguet Ferran
Programa: Doctorado en Ingeniería y Ciencias Aplicadas
Licencia: Creative Commons Attribution 4.0 España.
[Consultar tesis doctoral https://hdl.handle.net/10803/687565 ]