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 Úr neðsta helvíti Dantes Móheiður Hlíf Geirlaugsdóttir Skoðun Í gamla daga voru allir læsir Eydís Hörn Hermannsdóttir Skoðun Sjávarútvegur framtíðarinnar – friðun, vistvænni veiðar og réttlátara kvótakerfi Arnar Helgi Lárusson Skoðun Er betra að fólk sé sett á sakamannabekk en að stjórnmálamenn vinni vinnuna sína? Ólafur Stephensen Skoðun Harkaleg viðbrögð við friðsamlegum mótmælum Kristín Vala Ragnarsdóttir Skoðun Ung til athafna Hildur Rós Guðbjargardóttir,Eyrún Fríða Árnadóttir Skoðun Hvað með Thorvaldsen börnin á árunum 1967 til 1974? Sölvi Breiðfjörð Skoðun 764 – landamæralaus tala skelfilegs ofbeldis Jón Pétur Zimsen Skoðun Steinunni í 2. sæti Bjarki Bragason Skoðun Við getum ekki breytt sólinni - en við getum breytt klukkunni! Erla Björnsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Tilraunastarfsemi stjórnvalda á kostnað matvælaöryggis og lýðheilsu Þorsteinn Narfason skrifar Skoðun Viðkvæmni fyrir gríni? Halldór Auðar Svansson skrifar Skoðun Tímabær endurskoðun jafnlaunavottunar Hákon Skúlason skrifar Skoðun Ertu að kjósa gegn þínum hagsmunum? Guðni Freyr Öfjörð skrifar Skoðun Úr neðsta helvíti Dantes Móheiður Hlíf Geirlaugsdóttir skrifar Skoðun Íbúar í Reykjavík skipta máli ‒ endurreisum íbúaráðin Sigfús Ómar Höskuldsson skrifar Skoðun Breytt heimsmynd kallar á endurmat á öryggi raforkuinnviða Halldór Halldórsson skrifar Skoðun Í gamla daga voru allir læsir Eydís Hörn Hermannsdóttir skrifar Skoðun Kvartanir eru ekki vandamál – viðbrögðin eru það Margrét Reynisdóttir skrifar Skoðun Vatnsmýrin rís Birkir Ingibjartsson skrifar Skoðun Er betra að fólk sé sett á sakamannabekk en að stjórnmálamenn vinni vinnuna sína? Ólafur Stephensen skrifar Skoðun Ung til athafna Hildur Rós Guðbjargardóttir,Eyrún Fríða Árnadóttir skrifar Skoðun Hvað með Thorvaldsen börnin á árunum 1967 til 1974? Sölvi Breiðfjörð skrifar Skoðun Tjáningarfrelsi: Hvers vegna skiptir það máli? Ásgeir Jónsson skrifar Skoðun Sjávarútvegur framtíðarinnar – friðun, vistvænni veiðar og réttlátara kvótakerfi Arnar Helgi Lárusson skrifar Skoðun Loftslagsmál: að lifa vel innan marka jarðar Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Við getum ekki breytt sólinni - en við getum breytt klukkunni! Erla Björnsdóttir skrifar Skoðun Steinunni í 2. sæti Bjarki Bragason skrifar Skoðun 764 – landamæralaus tala skelfilegs ofbeldis Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Harkaleg viðbrögð við friðsamlegum mótmælum Kristín Vala Ragnarsdóttir skrifar Skoðun Hraðbraut við fjöruna í Kópavogi - Kársnesstígur Ómar Stefánsson skrifar Skoðun Er ákveðin stétt sérfræðinga ekki lengur mikilvæg? Sædís Ósk Harðardóttir,Helga Þórey Júlíudóttir skrifar Skoðun Ekki eina ríkisleið í skólamálum, takk! Rósa Guðbjartsdóttir skrifar Skoðun Kynþáttahyggja forseta Bandaríkjanna og Grænland Þorsteinn Gunnarsson skrifar Skoðun Kynslóðaskipti í landbúnaði – áskorun framtíðarinnar Jódís Helga Káradóttir skrifar Skoðun Orðin innantóm um rekstur Hveragerðisbæjar Friðrik Sigurbjörnsson,Alda Pálsdóttir skrifar Skoðun Reykjavík er okkar Viðar Gunnarsson skrifar Skoðun Lýðheilsa og lífsgæði í Reykjavík Heiða Björg Hilmisdóttir skrifar Skoðun Eru bara slæmar fréttir af loftslagsmálum? Þorgerður María Þorbjarnardóttir skrifar Skoðun Nýtt byggingarland á Blikastöðum Regína Ásvaldsdóttir 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.
Sjávarútvegur framtíðarinnar – friðun, vistvænni veiðar og réttlátara kvótakerfi Arnar Helgi Lárusson Skoðun
Er betra að fólk sé sett á sakamannabekk en að stjórnmálamenn vinni vinnuna sína? Ólafur Stephensen Skoðun
Skoðun Tilraunastarfsemi stjórnvalda á kostnað matvælaöryggis og lýðheilsu Þorsteinn Narfason skrifar
Skoðun Er betra að fólk sé sett á sakamannabekk en að stjórnmálamenn vinni vinnuna sína? Ólafur Stephensen skrifar
Skoðun Sjávarútvegur framtíðarinnar – friðun, vistvænni veiðar og réttlátara kvótakerfi Arnar Helgi Lárusson skrifar
Skoðun Er ákveðin stétt sérfræðinga ekki lengur mikilvæg? Sædís Ósk Harðardóttir,Helga Þórey Júlíudóttir skrifar
Sjávarútvegur framtíðarinnar – friðun, vistvænni veiðar og réttlátara kvótakerfi Arnar Helgi Lárusson Skoðun
Er betra að fólk sé sett á sakamannabekk en að stjórnmálamenn vinni vinnuna sína? Ólafur Stephensen Skoðun