Ósýnilegur eiginleiki ljóss greindur með nýrri gerð ljósskautunarmælis Michael Juhl skrifar 15. maí 2020 08:00 Svokölluð skautun er mikilvægur eiginleiki ljóss sem alla jafna er ekki greinanlegur með berum augum. Skautun ljóss skiptir þó miklu máli í ljósleiðurum, þrívíddarkvikmyndum, sjálfkeyrandi bílum og í efnagreiningum. Býflugur og blekfiskar Sýnilegt ljós samanstendur af rafsegulbylgjum, eins og innrautt ljós, útfjólublátt ljós, röntgengeislar, útvarpsbylgjur og örbylgjur. Hugtakið skautun vísar til þess í hvaða stefnu rafsvið bylgjunnar sveiflast á hverjum tíma. Sumar dýrategundir geta greint þessa sveiflustefnu ljóss, þar á meðal býflugur og blekfiskar. Sveiflustefna ljóssins getur nefnilega gefið mikilvægar upplýsingar um hluti sem ljósið hefur lent á og víxlverkað við. Þannig geta sum dýr nýtt sér skautun ljóss frá himninum til að rata, þrátt fyrir að sólin sé ekki sýnileg. Tvístrun ljóss frá óreglulegu yfirborði myndar flókið víxlmynstur sem geymir uoolýsingar um skautunarástand ljóssins. Stjörnuljós og internetið Stjarneðlisfræðingar mæla skautun ljóss frá fjarlægum stjörnum, t.d. til að fá upplýsingar um segulsvið umhverfis viðkomandi stjörnur eða til að mæla stærð og efnasamsetningu smárra efnisagna í geimnum. Í efnafræði og líftækni má nýta skautun ljóss til að mæla svokallaða hendni sameinda og styrk þeirra í lausn. Samskipti á internetinu eru á formi ljóss og fylgst er nákvæmlega með skautunarstefnu ljósmerkja sem ferðast gegnum ljósleiðaranetið. Tæki sem greina þennan eiginleika ljóss kallast ljósskautunarmælar. Skautunarmælar sem fáanlegir eru á markaði eru þó í flestum tilfellum hægvirkir og dýrir. Víxlmynstur ljóssins eins og það birtist í myndavél. Byltingarkenndur íslenskur mælir Starfsmenn Nýsköpunarmiðstöðvar hafa á undanförnum árum unnið að hönnun og smíði á smásæjum skautunargreini sem gjörbyltir þeirra aðferðafræði sem notuð hefur verið til að greina skautun ljóss. Með því að beita myndgreiningu og gervigreind má í raun breyta hvaða hlut sem er í skautunargreini, svo framarlega sem hluturinn sýni ljósdreifingu sem er háð skautunarstefnunni. Þetta hefur verið sannreynt með því að breyta t.d. þynnu úr ódýru sellófanefni í skautunarmæli með mælinákvæmni sem er sambærileg við dýran og sérhæfðan tækjabúnað. Mælitæknin hentar vel til smækkunar og hafa skautunargreinar verið framleiddir hjá Nýsköpunarmiðstöð sem eru svo smáir að þeim hefur mátt koma fyrir á endanum á ljósleiðara, eða á svæði sem svarar einum tíunda hluta af þvermáli hárs. Með þessari nýju aðferðafræði, sem gerir skautunarmæla einfaldari og lækkar kostnað, eru bundnar vonir við að skautunargreiningu ljóss megi nýta á enn fleiri stöðum en áður hefur verið gert. Rannsóknirnar voru styrktar af Rannsóknasjóði og unnar í samstarfi við Harvard-háskóla. Nánari upplýsingar má finna í janúarhefti vísindatímaritsinsACS Photonics. Höfundur er verkefnastjóri hjá Nýsköpunarmiðstöð Íslands. Þessi grein er hluti af ritröðinni Nýsköpun og rannsóknir sem varpar ljósi á fjölbreyttar vísindarannsóknir og nýsköpunarstarf sem unnið er að hérlendis. Greinarnar eru skrifaðar af starfsmönnum Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands og eru úr ársskýrslu miðstöðvarinnar. Nánari upplýsingar um Nýsköpunarmiðstöð Íslands eru á www.nmi.is. Viltu birta grein á Vísi? Kynntu þér reglur ritstjórnar um skoðanagreinar. Senda grein Nýsköpun og rannsóknir Mest lesið Útlensk skólabörn, íslenska og enska Roza Matijević Ismailovski Skoðun EES-líflínan er tekin að trosna Einar Karl Haraldsson Skoðun Hvers vegna vil ég sem Austurríkismaður hvetja Íslendinga til að segja NEI þann 29. ágúst? Stephan Zanzerl Skoðun „Viltu koma út að leika?“ Hallgrímur Helgason Skoðun Una 72% evrópubúa sér vel í Evrópusambandinu? Andri Sigurðsson Skoðun Vaxtaþrælarnir og hinir Ingólfur Sverrisson Skoðun Hvað vilja ólígarkarnir að þú kjósir 29. ágúst?" Jón Þór Ólafsson Skoðun Þetta er líka sagt af mikilli virðingu Ólafur Margeirsson Skoðun Lyfjamál og ESB Einar Magnússon Skoðun Hvað ef þú hefur rangt fyrir þér? Eyþór Eðvarðsson Skoðun Skoðun Skoðun Hefur einhver trú á topplistum? Dagbjört Hákonardóttir skrifar Skoðun Seðlabankastjóri og stríðsöxin Halla Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Ísland þarf raunhæfar lausnir — ekki óútskýrðar stærðir og óraunhæfar sviðsmyndir Eggert Guðmundsson skrifar Skoðun „Viltu koma út að leika?“ Hallgrímur Helgason skrifar Skoðun Vaxtaþrælarnir og hinir Ingólfur Sverrisson skrifar Skoðun Una 72% evrópubúa sér vel í Evrópusambandinu? Andri Sigurðsson skrifar Skoðun EES-líflínan er tekin að trosna Einar Karl Haraldsson skrifar Skoðun Útlensk skólabörn, íslenska og enska Roza Matijević Ismailovski skrifar Skoðun Lyfjamál og ESB Einar Magnússon skrifar Skoðun Aðilar vinnumarkaðar munu áfram gera kjarasamninga innan ESB Kristján Þórður Snæbjarnarson skrifar Skoðun Lokum ekki dyrum Þorsteinn Ólafsson skrifar Skoðun Vellystingar á yfirdrætti Elías Pétursson skrifar Skoðun Nýsköpun í Evrópu: Heildarmyndin sem Hilmar sleppur Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Langmæðgur vilja sjá – frá Flatey til den Haag Guðrún Marta Jónsdóttir ,Guðrún Marta Ársælsdóttir skrifar Skoðun Það er ekki bara fólkið sem þarf að spila með Andri Reyr Haraldsson skrifar Skoðun Hvað þýðir já fyrir bændur? Stefán Magnússon skrifar Skoðun Ef gervigreind sparar okkur tíma — hver fær hann? Stefán Atli Rúnarsson skrifar Skoðun Hvers vegna vil ég sem Austurríkismaður hvetja Íslendinga til að segja NEI þann 29. ágúst? Stephan Zanzerl skrifar Skoðun Hverjir óttast Evrópusambandið? Haukur Logi Jóhannsson skrifar Skoðun Við erum á plastbát í ólgusjó Dagur B. Eggertsson skrifar Skoðun Áskorun til samningsaðila vinnumarkaðarins og stjórnvalda um endurskoðunneysluvísitölu og brottfall húsnæðisliðar úr neysluvísitölu skrifar Skoðun ESB, afsal eða útvíkkun á fullveldi? Karl Andersson Claesson skrifar Skoðun Kaupmáttur þjóðanna í Meistaradeild Evrópu Stefán Ólafsson skrifar Skoðun Nei-fólkið mitt, þið eruð svo sæt þegar þið hlýðið Viktor Ólason skrifar Skoðun Fyrirhuguð hækkun á máltíðum fyrir eldra fólk í Reykjavík Steinunn Bergmann skrifar Skoðun Ekkert plan, engin sleggja Illugi Gunnarsson skrifar Skoðun Þetta er líka sagt af mikilli virðingu Ólafur Margeirsson skrifar Skoðun Afhverju ég ætla að segja JÁ Sverrir Páll Einarsson skrifar Skoðun Hvað vilja ólígarkarnir að þú kjósir 29. ágúst?" Jón Þór Ólafsson skrifar Skoðun Hvar er heilbrigðiskerfið mitt? Gunnhildur Erla Davíðsdóttir skrifar Sjá meira
Svokölluð skautun er mikilvægur eiginleiki ljóss sem alla jafna er ekki greinanlegur með berum augum. Skautun ljóss skiptir þó miklu máli í ljósleiðurum, þrívíddarkvikmyndum, sjálfkeyrandi bílum og í efnagreiningum. Býflugur og blekfiskar Sýnilegt ljós samanstendur af rafsegulbylgjum, eins og innrautt ljós, útfjólublátt ljós, röntgengeislar, útvarpsbylgjur og örbylgjur. Hugtakið skautun vísar til þess í hvaða stefnu rafsvið bylgjunnar sveiflast á hverjum tíma. Sumar dýrategundir geta greint þessa sveiflustefnu ljóss, þar á meðal býflugur og blekfiskar. Sveiflustefna ljóssins getur nefnilega gefið mikilvægar upplýsingar um hluti sem ljósið hefur lent á og víxlverkað við. Þannig geta sum dýr nýtt sér skautun ljóss frá himninum til að rata, þrátt fyrir að sólin sé ekki sýnileg. Tvístrun ljóss frá óreglulegu yfirborði myndar flókið víxlmynstur sem geymir uoolýsingar um skautunarástand ljóssins. Stjörnuljós og internetið Stjarneðlisfræðingar mæla skautun ljóss frá fjarlægum stjörnum, t.d. til að fá upplýsingar um segulsvið umhverfis viðkomandi stjörnur eða til að mæla stærð og efnasamsetningu smárra efnisagna í geimnum. Í efnafræði og líftækni má nýta skautun ljóss til að mæla svokallaða hendni sameinda og styrk þeirra í lausn. Samskipti á internetinu eru á formi ljóss og fylgst er nákvæmlega með skautunarstefnu ljósmerkja sem ferðast gegnum ljósleiðaranetið. Tæki sem greina þennan eiginleika ljóss kallast ljósskautunarmælar. Skautunarmælar sem fáanlegir eru á markaði eru þó í flestum tilfellum hægvirkir og dýrir. Víxlmynstur ljóssins eins og það birtist í myndavél. Byltingarkenndur íslenskur mælir Starfsmenn Nýsköpunarmiðstöðvar hafa á undanförnum árum unnið að hönnun og smíði á smásæjum skautunargreini sem gjörbyltir þeirra aðferðafræði sem notuð hefur verið til að greina skautun ljóss. Með því að beita myndgreiningu og gervigreind má í raun breyta hvaða hlut sem er í skautunargreini, svo framarlega sem hluturinn sýni ljósdreifingu sem er háð skautunarstefnunni. Þetta hefur verið sannreynt með því að breyta t.d. þynnu úr ódýru sellófanefni í skautunarmæli með mælinákvæmni sem er sambærileg við dýran og sérhæfðan tækjabúnað. Mælitæknin hentar vel til smækkunar og hafa skautunargreinar verið framleiddir hjá Nýsköpunarmiðstöð sem eru svo smáir að þeim hefur mátt koma fyrir á endanum á ljósleiðara, eða á svæði sem svarar einum tíunda hluta af þvermáli hárs. Með þessari nýju aðferðafræði, sem gerir skautunarmæla einfaldari og lækkar kostnað, eru bundnar vonir við að skautunargreiningu ljóss megi nýta á enn fleiri stöðum en áður hefur verið gert. Rannsóknirnar voru styrktar af Rannsóknasjóði og unnar í samstarfi við Harvard-háskóla. Nánari upplýsingar má finna í janúarhefti vísindatímaritsinsACS Photonics. Höfundur er verkefnastjóri hjá Nýsköpunarmiðstöð Íslands. Þessi grein er hluti af ritröðinni Nýsköpun og rannsóknir sem varpar ljósi á fjölbreyttar vísindarannsóknir og nýsköpunarstarf sem unnið er að hérlendis. Greinarnar eru skrifaðar af starfsmönnum Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands og eru úr ársskýrslu miðstöðvarinnar. Nánari upplýsingar um Nýsköpunarmiðstöð Íslands eru á www.nmi.is.
Þessi grein er hluti af ritröðinni Nýsköpun og rannsóknir sem varpar ljósi á fjölbreyttar vísindarannsóknir og nýsköpunarstarf sem unnið er að hérlendis. Greinarnar eru skrifaðar af starfsmönnum Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands og eru úr ársskýrslu miðstöðvarinnar. Nánari upplýsingar um Nýsköpunarmiðstöð Íslands eru á www.nmi.is.
Hvers vegna vil ég sem Austurríkismaður hvetja Íslendinga til að segja NEI þann 29. ágúst? Stephan Zanzerl Skoðun
Skoðun Ísland þarf raunhæfar lausnir — ekki óútskýrðar stærðir og óraunhæfar sviðsmyndir Eggert Guðmundsson skrifar
Skoðun Aðilar vinnumarkaðar munu áfram gera kjarasamninga innan ESB Kristján Þórður Snæbjarnarson skrifar
Skoðun Langmæðgur vilja sjá – frá Flatey til den Haag Guðrún Marta Jónsdóttir ,Guðrún Marta Ársælsdóttir skrifar
Skoðun Hvers vegna vil ég sem Austurríkismaður hvetja Íslendinga til að segja NEI þann 29. ágúst? Stephan Zanzerl skrifar
Skoðun Áskorun til samningsaðila vinnumarkaðarins og stjórnvalda um endurskoðunneysluvísitölu og brottfall húsnæðisliðar úr neysluvísitölu skrifar
Hvers vegna vil ég sem Austurríkismaður hvetja Íslendinga til að segja NEI þann 29. ágúst? Stephan Zanzerl Skoðun