Bachelor's Thesis

Use of Wearable Electronics in Lighting Technology

Final Thesis 2.39 MB

Author of thesis: Petr Šrahulek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D.

Reviewer: Ing. Filip Novák

Abstract:

This bachelor thesis deals with the influence of light on humans and the possibilities of using wearable electronics for measuring personal light exposure. The theoretical part describes the basic properties of light, the biological effects of light radiation, and the relationship between light and human circadian rhythms. It also presents the principles of light measurement in wearable devices and an overview of selected exposimeters. The practical part focuses on experimental measurements using the MSS-SPECCY device in real-world conditions. The measured data were processed and evaluated with respect to the time of day, surrounding environment, and the biologically effective component of light. The thesis also includes proposals for possible hardware and software improvements of wearable devices intended for monitoring light exposure.

Keywords:

Light, light exposure, wearable electronics, circadian rhythm, melanopic equivalent daylight illuminance, biological effects of light, MSS-SPECCY, exposimeter.

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil komisi s výsledky své bakalářské práce. S posudky seznámili komisi vedoucí práce doc. Baxant a oponent Ing. Novák. Vedoucí práce hodnotil stupněm A s 90 b. Oponent hodnotil stupněm B s 85 b. Následnou rozpravu zahájil Ing. Novák položením otázek oponenta. Doplňující dotaz položil Dr. Koudelka ke grafům porovnání hodnot Photopic lux a Melanopic EDI a ohledně času měření. Student odpovídal váhavě. Poslední dotaz položil doc. Baxant ke grafu Spektrální hodnota. Na tento dotaz student odpověděl částečně.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power Electrical and Electronic Engineering (BPC-SEE)

Composition of Committee

prof. Ing. Petr Toman, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Branislav Bátora, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Morávek, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Paar, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Koudelka, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D.

Student Petr Šrahulek zpracovával bakalářskou práci na téma Využití nositelné elektroniky v oblasti světelné techniky. Dle zadání se měl student zabývat úvodem do problematiky světelného záření a jeho vlivu na lidské zdraví a pohodu, dále přehledem moderních nositelných zařízení pro sledování světelných podmínek a experimentálním testováním nositelného expozimetru v reálných podmínkách. Další část se měla zabývat analýzou dat z měření a jejich propojením s biorytmy člověka, návrhem vylepšení nositelné elektroniky pro personalizované monitorování a možnostmi integrace získaných dat do zdravotních aplikací a chytrých zařízení.
Mohu konstatovat, že všechny body zadání byly v práci vypořádány v dostatečné míře. Teoretická část přehledně shrnuje vlastnosti světla, jeho biologické účinky a vztah k cirkadiánním rytmům včetně přehledu existujících nositelných expozimetrů (výzkumných i komerčních). Hlavní těžiště práce je v praktické části, kde student provedl pilotní měření se zařízením MSS-SPECCY, navazující dlouhodobé měření osobní světelné expozice v různých typech prostředí a cílené měření ve venkovním prostředí za různých světelných podmínek. Vedle samotné fotopické osvětlenosti student vyhodnocoval i melanopickou ekvivalentní denní osvětlenost a spektrální složení dopadajícího světla, což odpovídá současným trendům v hodnocení biologicky účinného světla. Závěrečné body zadání týkající se návrhu vylepšení a integrace dat do chytrých zařízení jsou zpracovány spíše stručněji a s úvahovým charakterem, což však koresponduje s tím, že tato oblast je zatím ve stádiu výzkumu a vývoje.
Student přistupoval k řešení bakalářské práce velmi zodpovědně a po celou dobu jejího zpracování vykazoval vysokou míru aktivity a samostatnosti. Pravidelně docházel na konzultace, na které byl vždy pečlivě připraven, termíny si domlouval s předstihem a efektivně využíval čas určený pro odbornou diskusi. Oceňuji zejména jeho systematický přístup, schopnost reflektovat doporučení vedoucího a ochotu aktivně hledat další možnosti rozšíření řešeného tématu. Reflektoval informace získané během konzultací a vhodně je zapracoval do závěrečné práce.
V průběhu práce student nepostupoval pouze podle základního zadání, ale snažil se problematiku dále rozvíjet a doplňovat o vlastní nápady. Za významný přínos považuji zejména návrh a realizaci jednoduché, avšak plně funkční měřicí sestavy, která propojuje expozimetr MSS-SPECCY s akcelerometrem WitMotion a se systémem pro sledování polohy přes GPS (mobilní telefon). Tato kombinace umožnila propojit naměřené hodnoty světelné expozice s orientací senzoru a konkrétní částí trasy, což výrazně zvyšuje vypovídací hodnotu provedených měření. Student následně provedl praktické ověření navrženého řešení, data vzájemně propojil a vyhodnotil. Tím prokázal schopnost samostatně aplikovat získané znalosti při řešení komplexnějšího technického problému, který kombinuje měřicí techniku, zpracování dat a interpretaci výsledků.
Práce přináší celou řadu nových informací experimentální povahy v oblasti, která zatím není běžnou součástí studia v tomto stupni VŠ a která je ve světě intenzivně rozvíjena. Student prokázal, že se v problematice dobře orientuje a že zvládne práci s prototypovými přípravky a relativně málo zdokumentovanou technikou. Z navržených vylepšení nositelné elektroniky a úvah o integraci dat do zdravotních aplikací je patrné, že se tématem zabýval do hloubky a má jasnou představu o směřování této oblasti.
Celkově hodnotím přístup studenta jako výrazně investigativní, s nadstandardním zájmem o řešenou problematiku. Student pracoval s velkým nasazením a jeho přístup považuji za příkladný. Z mého pohledu představuje typ studenta, který naplňuje představu výborného absolventa technického oboru a má velmi dobré předpoklady se případně zapojit do aktivit světelné skupiny ÚEEN FEKT a získané zkušenosti rozvinout v navazujícím studiu.
Práci doporučuji k obhajobě u státní zkoušky. Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Filip Novák

Student Petr Šrahulek se ve své bakalářské práci „Využití nositelné elektroniky v oblasti světelné techniky“ věnuje použití osobních expozimetrů k analýze světelných podmínek při různých aktivitách a situacích během dne.
V první, teoretické části, jsou popsány vlastnosti světla a jeho dopady na lidské zdraví a také popis existujících osobních expozimetrů. V praktické části se pak student zabývá využitím zařízení MSS-Speccy pro praktická měření světelné expozice během dne při různých aktivitách. Vyhodnocovány jsou především fotopická a melanopická osvětlenost, v omezené míře také spektrum.
Kladně hodnotím použití inerciální jednotky WITT pro analýzu polohy a směru pohybu. Formální stránka bakalářské práce je na dobré úrovni. K práci mám následující připomínky: Uvítal bych více výstupů z naměřených hodnot, například korelaci mezi fotopickou a melanopickou osvětleností pro různá spektra a situace. Také mohlo být naměřeno více možných scénářů a vyzkoušeny různé polohy senzoru na těle. Celkově objem naměřených dat není příliš velký. Symboly veličin nejsou v kapitole 1.1 uvedeny kurzivou. Pro zápis hodnot melanopic EDI bych uvítal jako jednotku použít např. lx (mEDI) nebo mEDI lx, uvádění pouze lx může být nepřehledné.
I přes uvedené nedostatky hodnotím práci kladně a doporučuji k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. V obrázku 4.3 je opravdu naměřené spektrum pro venkovní prostředí správné? Je totiž prakticky shodné se spektrem naměřeným při práci na počítači, kde se jednalo předpokládám o umělé osvětlení.
  2. Máte představu o tom, jaký senzor je v zařízení MSS-SPECCY použit?
Points proposed by reviewer: 85

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová