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 Að virða niðurstöðu sem manni líkar ekki Erna Bjarnadóttir Skoðun Takk Inga Sæland Jónína Björk Óskarsdóttir Skoðun Þeir vörðu forræðið frá Brussel — og skildu valdið eftir á Alþingi Sigurður Sigurðsson Skoðun Börnin eru ekki þau sem hafa brugðist, það er námsumhverfið sem hefur breyst Inga Henriksen Skoðun Helmingsafsláttur af mennskunni Arndís Þórarinsdóttir Skoðun Ábyrgðin eftir 29. ágúst: Sölumenn efans, fargan ósanninda og ógegnsæir sjóðir Sveinn Atli Gunnarsson Skoðun Hvað borga ferðamenn fyrir nýtingu náttúru og innviða? Jóhannes Þór Skúlason Skoðun Niðurskurður í borginni - mannvirðing? Skúli Helgason Skoðun The EU’s reduced attractiveness for prosperous countries Carl Baudenbacher Skoðun Ferðaþjónustunni hent fyrir rútu hallalausra fjárlaga Njáll Trausti Friðbertsson Skoðun Skoðun Skoðun Gulur september, bylting fíflanna Jóna Hlíf Halldórsdóttir skrifar Skoðun Kerfin verða að tala saman Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Orðaval mótar líðan okkar og upplifun Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Snúum vörn í sókn Bjarni Fritzson,Hafrún Kristjánsdóttir,Magnea Gná Jóhannsdóttir,Þorvaldur Davíð Kristjánsson skrifar Skoðun Takk Inga Sæland Jónína Björk Óskarsdóttir skrifar Skoðun Niðurskurður í borginni - mannvirðing? Skúli Helgason skrifar Skoðun Stjórnvöld þurfa að tala skýrar um ETS Hrafnhildur Bragadóttir skrifar Skoðun Þeir vörðu forræðið frá Brussel — og skildu valdið eftir á Alþingi Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Að virða niðurstöðu sem manni líkar ekki Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Börnin eru ekki þau sem hafa brugðist, það er námsumhverfið sem hefur breyst Inga Henriksen skrifar Skoðun Bætir tækni í kennslustofunni nám? Anna Laufey Stefánsdóttir skrifar Skoðun Gervigreindin alls staðar Gauti Kristmannsson skrifar Skoðun Helmingsafsláttur af mennskunni Arndís Þórarinsdóttir skrifar Skoðun Hvað borga ferðamenn fyrir nýtingu náttúru og innviða? Jóhannes Þór Skúlason skrifar Skoðun Fjölmiðlakreppan: Lýðræðishalli en ekki bara rekstrarvandi Stefán Jón Hafstein skrifar Skoðun The EU’s reduced attractiveness for prosperous countries Carl Baudenbacher skrifar Skoðun Ábyrgðin er okkar allra Valdimar Víðisson skrifar Skoðun Hvar á gervigreind að vinna fyrir hið opinbera? Karl Steinar Óskarsson skrifar Skoðun Ferðaþjónustunni hent fyrir rútu hallalausra fjárlaga Njáll Trausti Friðbertsson skrifar Skoðun Virðismiðuð velferðarþjónusta Finnur Pálmi Magnússon skrifar Skoðun Skuldadagar í Reykjavík Björg Magnúsdóttir skrifar Skoðun Að þora að spyrja og þola svarið Katrín Þrastardóttir skrifar Skoðun Ábyrgðin eftir 29. ágúst: Sölumenn efans, fargan ósanninda og ógegnsæir sjóðir Sveinn Atli Gunnarsson skrifar Skoðun Um fitulag og burðarvirki – atlaga að velferð barna og unglinga í Reykjavík Steinunn Gyðu- og Guðjónsdóttir skrifar Skoðun Stokkið á (barna)vagninn Diljá Mist Einarsdóttir skrifar Skoðun Opnum Skálafell Valdimar Breiðfjörð Birgisson skrifar Skoðun Allir ósáttir við PISA – en hvað er hægt að gera? Fanný Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Örvæntingafullir karlar Ebba Margrét Magnúsdóttir skrifar Skoðun Endurreisa þarf Kennaraháskólann Jón Bjarnason skrifar Skoðun Loksins úr mínus í plús Daði Már Kristófersson 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.
Ábyrgðin eftir 29. ágúst: Sölumenn efans, fargan ósanninda og ógegnsæir sjóðir Sveinn Atli Gunnarsson Skoðun
Skoðun Snúum vörn í sókn Bjarni Fritzson,Hafrún Kristjánsdóttir,Magnea Gná Jóhannsdóttir,Þorvaldur Davíð Kristjánsson skrifar
Skoðun Þeir vörðu forræðið frá Brussel — og skildu valdið eftir á Alþingi Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Börnin eru ekki þau sem hafa brugðist, það er námsumhverfið sem hefur breyst Inga Henriksen skrifar
Skoðun Ábyrgðin eftir 29. ágúst: Sölumenn efans, fargan ósanninda og ógegnsæir sjóðir Sveinn Atli Gunnarsson skrifar
Skoðun Um fitulag og burðarvirki – atlaga að velferð barna og unglinga í Reykjavík Steinunn Gyðu- og Guðjónsdóttir skrifar
Ábyrgðin eftir 29. ágúst: Sölumenn efans, fargan ósanninda og ógegnsæir sjóðir Sveinn Atli Gunnarsson Skoðun