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 Hvernig er þetta með erfðafjárskattinn? Jóhann Óli Eiðsson Skoðun Meira fjármagn til Rússlands en Úkraínu Hjörtur J. Guðmundsson Skoðun Opið bréf til Kristrúnar Frostadóttur, forsætisráðherra Íslands Daði Rafnsson,Haukur Magnússon,Kristján Vigfússon,Margrét Manda Jónsdóttir,Martin Swift Skoðun Á milli heima: blætisvæðing erlendra kvenna, klámdrifin viðhorf og stafrænt ofbeldi á Íslandi Mahdya Malik Skoðun Hættuleg hegðun Jón Pétur Zimsen Skoðun Tómstundamenntun sem meðferðarúrræði Brynja Dögg Árnadóttir Skoðun Hvers vegna er RÚV eitt um að sýna í verki andstöðu okkar gegn þjóðarmorðinu á Gaza? Björn B. Björnsson Skoðun Væri Albert ekki frægur, íslenskur íþróttamaður Drífa Snædal Skoðun Fráflæðisvandi Landspítala kostar samfélagið yfir 3 milljarða á hverju ári Heiða Lind Baldvinsdóttir, Steinn Thoroddsen Halldórsson og Eva Hrund Hlynsdóttir Skoðun Börnin okkar þurfa meira en dýrt parket og snaga úr epal Jóhann Ingi Óskarsson Skoðun Skoðun Skoðun Tómstundamenntun sem meðferðarúrræði Brynja Dögg Árnadóttir skrifar Skoðun Partíið er búið – allir þurfa að fóta sig í breyttum heimi Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun „Stuttflutt“ Auður Kjartansdóttir skrifar Skoðun Landssamband smábátaeigenda 40 ára – hverju hefur baráttan skilað? Kjartan Páll Sveinsson,Örn Pálsson skrifar Skoðun Frá séreignarstefnu til fjárfestingarmarkaðar: hvað fór úrskeiðis? Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar Skoðun Íslenska til sýnis – Icelandic for display Matthías Aron Ólafsson skrifar Skoðun Opið bréf til Kristrúnar Frostadóttur, forsætisráðherra Íslands Daði Rafnsson,Haukur Magnússon,Kristján Vigfússon,Margrét Manda Jónsdóttir,Martin Swift skrifar Skoðun Skekkjan á fjölmiðlamarkaði: Ríkisrisinn og raunveruleikinn Herdís Dröfn Fjeldsted skrifar Skoðun Hvernig er þetta með erfðafjárskattinn? Jóhann Óli Eiðsson skrifar Skoðun Hverjir hagnast á húsnæðisvandanum? – Ungt fólk er blekkt og tíminn að renna út Arnar Helgi Lárusson skrifar Skoðun Hafnarfjörður í blóma: Sókn og stöðugleiki Guðbjörg Oddný Jónasdóttir skrifar Skoðun Hugmynd um að loka glufu - tilgangurinn helgar sennilega meðalið skrifar Skoðun Börnin okkar þurfa meira en dýrt parket og snaga úr epal Jóhann Ingi Óskarsson skrifar Skoðun Vegið að eigin veski Steinþór Ólafur Guðrúnarson skrifar Skoðun Könnun sýnir að almenningur er fylgjandi stjórnvaldsaðgerðum gegn ofþyngd og offitu barna Sigrún Elva Einarsdóttir skrifar Skoðun „Það er kalt á toppnum“ – félagsleg einangrun og afreksíþróttafólk Líney Úlfarsdóttir,Svavar Knútur skrifar Skoðun Á milli heima: blætisvæðing erlendra kvenna, klámdrifin viðhorf og stafrænt ofbeldi á Íslandi Mahdya Malik skrifar Skoðun Hættuleg hegðun Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Þú eykur ekki tekjurnar þínar með því að taka lán Jón Ingi Hákonarson skrifar Skoðun Sjálfboðaliðar - Til hamingju með daginn! Sigurður Eyjólfur Sigurjónsson skrifar Skoðun Meira fjármagn til Rússlands en Úkraínu Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Lögmaður á villigötum – eða hvað? Agnar Þór Guðmundsson skrifar Skoðun Falleg herferð - Tómur kross Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Velferðarkerfi eða velferð kerfisins? Jódís Helga Káradóttir skrifar Skoðun Ríkisstjórnin bregst fólkinu í landinu Helgi Héðinsson skrifar Skoðun Gera framtíðarnefnd varanlega! Damien Degeorges skrifar Skoðun Réttur brotinn á fötluðu fólki með fjárhagsáætlun Reykjavíkurborgar Alma Ýr Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Hvað þarftu að vera mikils virði til að fá skattaafslátt? Þórður Snær Júlíusson skrifar Skoðun Lögmaður á villigötum Magnús M. Norðdahl skrifar Skoðun Hvers vegna er RÚV eitt um að sýna í verki andstöðu okkar gegn þjóðarmorðinu á Gaza? Björn B. Björnsson 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.
Opið bréf til Kristrúnar Frostadóttur, forsætisráðherra Íslands Daði Rafnsson,Haukur Magnússon,Kristján Vigfússon,Margrét Manda Jónsdóttir,Martin Swift Skoðun
Á milli heima: blætisvæðing erlendra kvenna, klámdrifin viðhorf og stafrænt ofbeldi á Íslandi Mahdya Malik Skoðun
Hvers vegna er RÚV eitt um að sýna í verki andstöðu okkar gegn þjóðarmorðinu á Gaza? Björn B. Björnsson Skoðun
Fráflæðisvandi Landspítala kostar samfélagið yfir 3 milljarða á hverju ári Heiða Lind Baldvinsdóttir, Steinn Thoroddsen Halldórsson og Eva Hrund Hlynsdóttir Skoðun
Skoðun Landssamband smábátaeigenda 40 ára – hverju hefur baráttan skilað? Kjartan Páll Sveinsson,Örn Pálsson skrifar
Skoðun Frá séreignarstefnu til fjárfestingarmarkaðar: hvað fór úrskeiðis? Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar
Skoðun Opið bréf til Kristrúnar Frostadóttur, forsætisráðherra Íslands Daði Rafnsson,Haukur Magnússon,Kristján Vigfússon,Margrét Manda Jónsdóttir,Martin Swift skrifar
Skoðun Skekkjan á fjölmiðlamarkaði: Ríkisrisinn og raunveruleikinn Herdís Dröfn Fjeldsted skrifar
Skoðun Hverjir hagnast á húsnæðisvandanum? – Ungt fólk er blekkt og tíminn að renna út Arnar Helgi Lárusson skrifar
Skoðun Könnun sýnir að almenningur er fylgjandi stjórnvaldsaðgerðum gegn ofþyngd og offitu barna Sigrún Elva Einarsdóttir skrifar
Skoðun „Það er kalt á toppnum“ – félagsleg einangrun og afreksíþróttafólk Líney Úlfarsdóttir,Svavar Knútur skrifar
Skoðun Á milli heima: blætisvæðing erlendra kvenna, klámdrifin viðhorf og stafrænt ofbeldi á Íslandi Mahdya Malik skrifar
Skoðun Réttur brotinn á fötluðu fólki með fjárhagsáætlun Reykjavíkurborgar Alma Ýr Ingólfsdóttir skrifar
Skoðun Hvers vegna er RÚV eitt um að sýna í verki andstöðu okkar gegn þjóðarmorðinu á Gaza? Björn B. Björnsson skrifar
Opið bréf til Kristrúnar Frostadóttur, forsætisráðherra Íslands Daði Rafnsson,Haukur Magnússon,Kristján Vigfússon,Margrét Manda Jónsdóttir,Martin Swift Skoðun
Á milli heima: blætisvæðing erlendra kvenna, klámdrifin viðhorf og stafrænt ofbeldi á Íslandi Mahdya Malik Skoðun
Hvers vegna er RÚV eitt um að sýna í verki andstöðu okkar gegn þjóðarmorðinu á Gaza? Björn B. Björnsson Skoðun
Fráflæðisvandi Landspítala kostar samfélagið yfir 3 milljarða á hverju ári Heiða Lind Baldvinsdóttir, Steinn Thoroddsen Halldórsson og Eva Hrund Hlynsdóttir Skoðun