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 „Ég kýs að kjósa ekki“ Silja Sóley Birgisdóttir,Sigrún E. Unnsteinsdóttir ,Rósa Guðný Arnardóttir,Jökull Sólberg Auðunsson,Júnía Líf M. Sigurjónsdóttir,Jón Ferdínand Estherarson,Hannes Pétursson,Halldór Ólafsson,Geirdís Hanna Kristjánsdóttir,Birna Gunnlaugsdóttir Skoðun Ég hef borgað í áratugi af húsnæðisláni en skulda samt Sigurður H. Einarsson Skoðun Á nú að hafa af manni fullveldið? Eiríkur Hjálmarsson Skoðun Vöknum, foreldrar, afar og ömmur! Jón Pétur Zimsen Skoðun Sundlaugar Reykjavíkurborgar – afturför og sóðaskapur Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson Skoðun Óttinn við nei-ið Gunnar Ármannsson Skoðun Hver er raunmæting íslenskra grunnskólanema? Ragnheiður Stephensen Skoðun Eru grunnskólar Kópavogs að gera börnin okkar að skjáfíklum? Einar Jóhannes Guðnason Skoðun Glæpahundurinn Jónatan Ljónshjarta Heimir Eyvindarson Skoðun Um siðferði og veiði Runólfur Ágústsson Skoðun Skoðun Skoðun Efnahagslegur raunveruleiki: Ísland dregst enn frekar aftur úr smáríkjum innan Evrópusambandsins Kristján Reykjalín Vigfússon skrifar Skoðun Íran og Hormuz-sund Arnór Sigurjónsson skrifar Skoðun Samfélagið treystir á öfluga fráveitu Brynja Ragnarsdóttir skrifar Skoðun Heiðarleiki og raunhæfar lausnir Ragnar Þór Reynisson skrifar Skoðun Sundlaugar Reykjavíkur þurfa málefnalega pólitíska umræðu Brá Guðmundsdóttir,Björn Berg Pálsson,Drífa Magnúsdóttir,Ellen Elísabet Bergsdóttir,Hafliði Páll Guðjónsson,Sigríður Ásdís Þórhallsdóttir,Snorri Örn Arnaldsson,Vala Bjarney Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Að vera rétt tengdur eða bara „íbúi“? Guðrún M. Njálsdóttir skrifar Skoðun Um siðferði og veiði Runólfur Ágústsson skrifar Skoðun Bærinn okkar allra - Af hverju skiptir hann máli? Ester Bíbí Ásgeirsdóttir skrifar Skoðun Samgöngur sem virka fyrir Hafnarfjörð Signý Jóna Tryggvadóttir skrifar Skoðun Þegar lögbundin réttindi skila sér ekki til barna og ungmenna Fjóla María Ágústsdóttir,Þóra Björg Jónsdóttir skrifar Skoðun Að kaupa burt vandann Sigfús Aðalsteinsson skrifar Skoðun Á nú að hafa af manni fullveldið? Eiríkur Hjálmarsson skrifar Skoðun Eru grunnskólar Kópavogs að gera börnin okkar að skjáfíklum? Einar Jóhannes Guðnason skrifar Skoðun ,,En fatlað fólk er svo dýrt!’’ Steinar Bragi Sigurjónsson skrifar Skoðun Óttinn við nei-ið Gunnar Ármannsson skrifar Skoðun Svartfuglavilla í Ráðhúsinu: Þegar flokkssystkinin klappa hvert öðru á bakið á kostnað útsvarsins og hækkaðra gjalda Davíð Bergmann skrifar Skoðun Gervigreind og fullveldi Linda Heimisdóttir,Vilhjálmur Þorsteinsson skrifar Skoðun „Ég kýs að kjósa ekki“ Silja Sóley Birgisdóttir,Sigrún E. Unnsteinsdóttir ,Rósa Guðný Arnardóttir,Jökull Sólberg Auðunsson,Júnía Líf M. Sigurjónsdóttir,Jón Ferdínand Estherarson,Hannes Pétursson,Halldór Ólafsson,Geirdís Hanna Kristjánsdóttir,Birna Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Vöknum, foreldrar, afar og ömmur! Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Glæpahundurinn Jónatan Ljónshjarta Heimir Eyvindarson skrifar Skoðun Ég hef borgað í áratugi af húsnæðisláni en skulda samt Sigurður H. Einarsson skrifar Skoðun Bestum borgina með fólkið í forgrunni Oktavía Hrund Guðrúnar Jóns skrifar Skoðun Velferðin og valkyrjurnar Rósalind Signýjar Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Um stafrænt skólaumhverfi barna í Kópavogi Eydís Inga Valsdóttir skrifar Skoðun Upp úr reyknum rísi Fönix hins nýja Landspítala, fullt af nýjum hjúkrunarheimilum og allt verður frábært...eða hvað? Bryndís Logadóttir skrifar Skoðun Fögnum úrbótum án afslátta Jóna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Samfélagsgróðurhús Árný Fjóla Ásmundsdóttir,Berglind Ósk Guttormsdóttir,Halldór Grétar Einarsson,Þorsteinn Hjartarson skrifar Skoðun Hver er raunmæting íslenskra grunnskólanema? Ragnheiður Stephensen skrifar Skoðun Áhrifum fylgir ábyrgð Ása Valdís Árnadóttir skrifar Skoðun Að kljúfa þjóð í herðar niður Ingólfur Sverrisson 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.
„Ég kýs að kjósa ekki“ Silja Sóley Birgisdóttir,Sigrún E. Unnsteinsdóttir ,Rósa Guðný Arnardóttir,Jökull Sólberg Auðunsson,Júnía Líf M. Sigurjónsdóttir,Jón Ferdínand Estherarson,Hannes Pétursson,Halldór Ólafsson,Geirdís Hanna Kristjánsdóttir,Birna Gunnlaugsdóttir Skoðun
Sundlaugar Reykjavíkurborgar – afturför og sóðaskapur Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson Skoðun
Skoðun Efnahagslegur raunveruleiki: Ísland dregst enn frekar aftur úr smáríkjum innan Evrópusambandsins Kristján Reykjalín Vigfússon skrifar
Skoðun Sundlaugar Reykjavíkur þurfa málefnalega pólitíska umræðu Brá Guðmundsdóttir,Björn Berg Pálsson,Drífa Magnúsdóttir,Ellen Elísabet Bergsdóttir,Hafliði Páll Guðjónsson,Sigríður Ásdís Þórhallsdóttir,Snorri Örn Arnaldsson,Vala Bjarney Gunnarsdóttir skrifar
Skoðun Þegar lögbundin réttindi skila sér ekki til barna og ungmenna Fjóla María Ágústsdóttir,Þóra Björg Jónsdóttir skrifar
Skoðun Eru grunnskólar Kópavogs að gera börnin okkar að skjáfíklum? Einar Jóhannes Guðnason skrifar
Skoðun Svartfuglavilla í Ráðhúsinu: Þegar flokkssystkinin klappa hvert öðru á bakið á kostnað útsvarsins og hækkaðra gjalda Davíð Bergmann skrifar
Skoðun „Ég kýs að kjósa ekki“ Silja Sóley Birgisdóttir,Sigrún E. Unnsteinsdóttir ,Rósa Guðný Arnardóttir,Jökull Sólberg Auðunsson,Júnía Líf M. Sigurjónsdóttir,Jón Ferdínand Estherarson,Hannes Pétursson,Halldór Ólafsson,Geirdís Hanna Kristjánsdóttir,Birna Gunnlaugsdóttir skrifar
Skoðun Upp úr reyknum rísi Fönix hins nýja Landspítala, fullt af nýjum hjúkrunarheimilum og allt verður frábært...eða hvað? Bryndís Logadóttir skrifar
Skoðun Samfélagsgróðurhús Árný Fjóla Ásmundsdóttir,Berglind Ósk Guttormsdóttir,Halldór Grétar Einarsson,Þorsteinn Hjartarson skrifar
„Ég kýs að kjósa ekki“ Silja Sóley Birgisdóttir,Sigrún E. Unnsteinsdóttir ,Rósa Guðný Arnardóttir,Jökull Sólberg Auðunsson,Júnía Líf M. Sigurjónsdóttir,Jón Ferdínand Estherarson,Hannes Pétursson,Halldór Ólafsson,Geirdís Hanna Kristjánsdóttir,Birna Gunnlaugsdóttir Skoðun
Sundlaugar Reykjavíkurborgar – afturför og sóðaskapur Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson Skoðun