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? Sendu okkur póst. Senda grein Nýsköpun og rannsóknir Mest lesið Frá Sjálfstæðisflokki til Samfylkingar og óháðra – af hverju? Bjarni Torfi Álfþórsson Skoðun Þegar viðvaranir eru hunsaðar Þórdís Lóa Þórhallsdóttir Skoðun Þetta snýst um Hafnarfjörð Valdimar Víðisson Skoðun Nei forsætisráðherra, þessi ríkisstjórn eins og allar hinar, ætluðu að skila auðu í málefnum fósturbarna Guðlaugur Kristmundsson Skoðun ETS er ekki bilað, það er loksins farið að virka Eyþór Eðvarðsson Skoðun Vökudeild Landspítala í 50 ár Alma Möller Skoðun Hreistur, silki og samfélagsábyrgð: Af hverju framandi dýr eiga skilið vernd – ekki bann Nicolai Gissur Ingvarsson Skoðun Hvað verður um hugmyndafræði leikskólans? Sara Margrét Ólafsdóttir,Bryndís Gunnarsdóttir Skoðun Opið bréf til stjórnar Háskólans á Bifröst Hrafnhildur Theodórsdóttir Skoðun Það er gott að... í Kópavogi Halldór Benjamín Þorbergsson Skoðun Skoðun Skoðun Tillaga að lausn á húsnæðismarkaði Marinó G. Njálsson skrifar Skoðun ETS er ekki bilað, það er loksins farið að virka Eyþór Eðvarðsson skrifar Skoðun Nei forsætisráðherra, þessi ríkisstjórn eins og allar hinar, ætluðu að skila auðu í málefnum fósturbarna Guðlaugur Kristmundsson skrifar Skoðun Vökudeild Landspítala í 50 ár Alma Möller skrifar Skoðun Þetta snýst um Hafnarfjörð Valdimar Víðisson skrifar Skoðun Þegar viðvaranir eru hunsaðar Þórdís Lóa Þórhallsdóttir skrifar Skoðun Frá Sjálfstæðisflokki til Samfylkingar og óháðra – af hverju? Bjarni Torfi Álfþórsson skrifar Skoðun Hreistur, silki og samfélagsábyrgð: Af hverju framandi dýr eiga skilið vernd – ekki bann Nicolai Gissur Ingvarsson skrifar Skoðun Að stíga eitt skref til baka Ingibjörg Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Eyðimerkurganga Félags fósturforeldra Guðlaugur Kristmundsson skrifar Skoðun Birtan af Myrkum músíkdögum Ásmundur Jónsson,Björg Brjánsdóttir,Gunnhildur Einarsdóttir,Þráinn Hjálmarsson skrifar Skoðun Hvergi meiri ánægja með þjónustu við börn og barnafólk Grétar Ingi Erlendsson skrifar Skoðun Oddviti í úrvalsdeild Svavar Halldórsson skrifar Skoðun Umhverfisráðherra gleymir lýðheilsu Pétur Halldórsson skrifar Skoðun Verðbólgan kemur aftur og aftur eins og illskeytt krabbamein – stjórnvöld ráðþrota Vilhelm Jónsson skrifar Skoðun Það er gott að... í Kópavogi Halldór Benjamín Þorbergsson skrifar Skoðun Hvað verður um hugmyndafræði leikskólans? Sara Margrét Ólafsdóttir,Bryndís Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Báknið minnkað, Miðflokkur á móti Sverrir Páll Einarsson skrifar Skoðun Opið bréf til stjórnar Háskólans á Bifröst Hrafnhildur Theodórsdóttir skrifar Skoðun Barnavernd á Íslandi fyrr og nú Ása Berglind Hjálmarsdóttir skrifar Skoðun Banaslys á sjúkrahúsum: reynsla sem þarf að læra af Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Heilbrigðisþjónusta fyrir sum Telma Sigtryggsdóttir,Alma Ýr Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Offita er ekki tilviljun – hún er kerfisvandi Elísabet Reynisdóttir skrifar Skoðun Er Borgarlínan metnaðarfull framtíðarsýn eða tálsýn? Kristín Thoroddsen skrifar Skoðun Toyotan, sviðasultan & kötturinn Árni Stefán Árnason skrifar Skoðun Ég veit hvern ég styð Elliði Vignisson skrifar Skoðun Hvað getur frístundaheimili gert fyrir barnið þitt? Gísli Ólafsson skrifar Skoðun Aðgerðarleysi er ákvörðun, hún bitnar á börnunum Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir skrifar Skoðun Af hverju endurbætt Suðurlandsbraut? Atli Björn Levy skrifar Skoðun Frelsið til að skipta um skoðun Ásgeir Jónsson 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.
Nei forsætisráðherra, þessi ríkisstjórn eins og allar hinar, ætluðu að skila auðu í málefnum fósturbarna Guðlaugur Kristmundsson Skoðun
Hreistur, silki og samfélagsábyrgð: Af hverju framandi dýr eiga skilið vernd – ekki bann Nicolai Gissur Ingvarsson Skoðun
Skoðun Nei forsætisráðherra, þessi ríkisstjórn eins og allar hinar, ætluðu að skila auðu í málefnum fósturbarna Guðlaugur Kristmundsson skrifar
Skoðun Frá Sjálfstæðisflokki til Samfylkingar og óháðra – af hverju? Bjarni Torfi Álfþórsson skrifar
Skoðun Hreistur, silki og samfélagsábyrgð: Af hverju framandi dýr eiga skilið vernd – ekki bann Nicolai Gissur Ingvarsson skrifar
Skoðun Birtan af Myrkum músíkdögum Ásmundur Jónsson,Björg Brjánsdóttir,Gunnhildur Einarsdóttir,Þráinn Hjálmarsson skrifar
Skoðun Verðbólgan kemur aftur og aftur eins og illskeytt krabbamein – stjórnvöld ráðþrota Vilhelm Jónsson skrifar
Skoðun Hvað verður um hugmyndafræði leikskólans? Sara Margrét Ólafsdóttir,Bryndís Gunnarsdóttir skrifar
Skoðun Aðgerðarleysi er ákvörðun, hún bitnar á börnunum Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir skrifar
Nei forsætisráðherra, þessi ríkisstjórn eins og allar hinar, ætluðu að skila auðu í málefnum fósturbarna Guðlaugur Kristmundsson Skoðun
Hreistur, silki og samfélagsábyrgð: Af hverju framandi dýr eiga skilið vernd – ekki bann Nicolai Gissur Ingvarsson Skoðun