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 Verður Hvalfjörður gerður að einni stærstu rotþró landsins? Haraldur Eiríksson Skoðun Alvarlegar rangfærslur í Hitamálum Eyþór Eðvarðsson Skoðun Fleiri ásælast Grænland en Trump Hjörtur J. Guðmundsson Skoðun Bandaríkin léku lykilhlutverk í samruna Evrópu sem leiddi til friðar og efnahagslegrar velsældar Kristján Vigfússon Skoðun Er tímabili friðar að ljúka árið 2026? Jun Þór Morikawa Skoðun Þegar þeir sem segjast þjóna þjóðinni ráðast á hana Ágústa Árnadóttir Skoðun Þetta varð í alvöru að lögum! Snorri Másson Skoðun Hinn falski raunveruleiki Kristján Fr. Friðbertsson Skoðun Mótmæli frá grasrótinni eru orðin saga í Evrópu Erna Bjarnadóttir Skoðun Djöfulsins, helvítis, andskotans pakk Vilhjálmur H. Vilhjálmsson Skoðun Skoðun Skoðun Hinn falski raunveruleiki Kristján Fr. Friðbertsson skrifar Skoðun Bandaríkin léku lykilhlutverk í samruna Evrópu sem leiddi til friðar og efnahagslegrar velsældar Kristján Vigfússon skrifar Skoðun Alvarlegar rangfærslur í Hitamálum Eyþór Eðvarðsson skrifar Skoðun Verður Hvalfjörður gerður að einni stærstu rotþró landsins? Haraldur Eiríksson skrifar Skoðun Fleiri ásælast Grænland en Trump Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Mótmæli frá grasrótinni eru orðin saga í Evrópu Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Er tímabili friðar að ljúka árið 2026? Jun Þór Morikawa skrifar Skoðun Reykvískir lýðræðisjafnaðarmenn – kjósum oddvita Freyr Snorrason skrifar Skoðun Ástandið, jólavókaflóðið og druslur nútímans Sæunn I. Marinósdóttir skrifar Skoðun Gerið Ásthildi Lóu aftur að ráðherra – taka tvö Eyjólfur Pétur Hafstein skrifar Skoðun Mikilvægi björgunarsveitanna Kristján Þórður Snæbjarnarson skrifar Skoðun Andi hins ókomna á stjórnarheimilinu? Jean-Rémi Chareyre skrifar Skoðun Var ég ekki nógu mikils virði? Kristján Friðbertsson skrifar Skoðun Jólin eru rökfræðilega yfirnáttúruleg – og sagan sem menn dóu fyrir lifir enn Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Þegar jólasveinninn kemur ekki á hverri nóttu Guðlaugur Kristmundsson skrifar Skoðun 100 lítrar á mínútu Sigurður Friðleifsson skrifar Skoðun Stöðugleiki sem viðmið Arnar Laxdal skrifar Skoðun Taktu af skarið – listin að breyta til áður en þú ert tilbúin Þuríður Santos Stefánsdóttir skrifar Skoðun Loftslagsmál: tölur segja sögur en hvaða sögu viljum við? Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Hvaðan koma jólin okkar – og hvað kenna þau okkur um menningu? Margrét Reynisdóttir skrifar Skoðun Náungakærleikur á tímum hátíða Hanna Birna Valdimarsdóttir,Harpa Fönn Sigurjónsdóttir,Helga Edwardsdóttir,Sigríður Elín Ásgeirsdóttir skrifar Skoðun Hver borgar fyrir heimsendinguna? Karen Ósk Nielsen Björnsdóttir skrifar Skoðun Innviðir og öryggi í hættu í höndum ráðherra Magnús Guðmundsson skrifar Skoðun „Steraleikarnir“ Birgir Sverrisson skrifar Skoðun Fínpússuð mannvonska Armando Garcia skrifar Skoðun Fólkið sem hverfur... Kristján Fr. Friðbertsson skrifar Skoðun Gengið til friðar Ingibjörg Haraldsdóttir,Elín Oddný Sigurðardóttir skrifar Skoðun Gerið Ásthildi Lóu aftur að ráðherra Einar Steingrímsson skrifar Skoðun Mótmæli bænda í Brussel eru ekki sjónarspil – þau eru viðvörun Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Þegar gigtin stjórnar jólunum Hrönn Stefánsdóttir 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.
Bandaríkin léku lykilhlutverk í samruna Evrópu sem leiddi til friðar og efnahagslegrar velsældar Kristján Vigfússon Skoðun
Skoðun Bandaríkin léku lykilhlutverk í samruna Evrópu sem leiddi til friðar og efnahagslegrar velsældar Kristján Vigfússon skrifar
Skoðun Jólin eru rökfræðilega yfirnáttúruleg – og sagan sem menn dóu fyrir lifir enn Hilmar Kristinsson skrifar
Skoðun Taktu af skarið – listin að breyta til áður en þú ert tilbúin Þuríður Santos Stefánsdóttir skrifar
Skoðun Náungakærleikur á tímum hátíða Hanna Birna Valdimarsdóttir,Harpa Fönn Sigurjónsdóttir,Helga Edwardsdóttir,Sigríður Elín Ásgeirsdóttir skrifar
Bandaríkin léku lykilhlutverk í samruna Evrópu sem leiddi til friðar og efnahagslegrar velsældar Kristján Vigfússon Skoðun