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 neita að leita Kristrún Ágústsdóttir Skoðun Hvar eru góðu mennirnir? Olga Björt Þórðardóttir Skoðun Slagorð í stað gagna: Grein Snorra Mássonar um ESB-aðild Halldór Jörgen Olesen Skoðun Hver ber raunverulega ábyrgð á minkaslysinu? Anahita Sahar Babaei Skoðun Stór orð, lítil rök og ekkert dæmi um ranga tölu – Svar til Konráðs S. Guðjónssonar Gauti B. Eggertsson Skoðun Vinnslustöðin rýrir afkomu sjómanna og landverkafólks – en til hvers? Gunnar Sigurðsson Skoðun Kristrún skýrði loksins hvað verður kosið um Gunnar Ármannsson Skoðun Ég hélt að þetta væri bara lítið hrúður Valerio Gargiulo Skoðun Af hverju já? Reynir Böðvarsson Skoðun Óreiða á samviskunni Páll Rafnar Þorsteinsson Skoðun Skoðun Skoðun Hvar eru góðu mennirnir? Olga Björt Þórðardóttir skrifar Skoðun Slagorð í stað gagna: Grein Snorra Mássonar um ESB-aðild Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Stór orð, lítil rök og ekkert dæmi um ranga tölu – Svar til Konráðs S. Guðjónssonar Gauti B. Eggertsson skrifar Skoðun Hættulegasti tími ársins í umferðinni Ágúst Mogensen skrifar Skoðun Að neita að leita Kristrún Ágústsdóttir skrifar Skoðun ESB umræðan og gervigreindin Ólafur Hannesson skrifar Skoðun Vinnslustöðin rýrir afkomu sjómanna og landverkafólks – en til hvers? Gunnar Sigurðsson skrifar Skoðun Hver ber raunverulega ábyrgð á minkaslysinu? Anahita Sahar Babaei skrifar Skoðun Spænska knattspyrnuliðið sem héraðsmetafór fyrir Spán Jordi Oriola Folch skrifar Skoðun Gæði bygginga ráðast ekki ef reglugerðum einum saman Bergþóra Góa Kvaran skrifar Skoðun Ég hélt að þetta væri bara lítið hrúður Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Af hverju já? Reynir Böðvarsson skrifar Skoðun Ef lausnirnar eru til, af hverju eru þær ekki notaðar? Birgir Hrafn Birgisson skrifar Skoðun Óreiða á samviskunni Páll Rafnar Þorsteinsson skrifar Skoðun Fullveldi fyrir hvern? Hjálmar Vilhjálmsson skrifar Skoðun Viðræðurnar snúast um aðlögun Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Kristrún skýrði loksins hvað verður kosið um Gunnar Ármannsson skrifar Skoðun Ég þekki ekki lengur minn gamla Sjálfstæðisflokk Dagur Jónsson skrifar Skoðun Leggjum þá Náttúruverndarstofnun niður Svanur Guðmundsson skrifar Skoðun Meðferð ríkisvaldsins á máli lífslokalæknisins Eva Hauksdóttir skrifar Skoðun Hættum að pissa í skóinn í frostinu til að hlýja okkur – klæðum okkur í ullarsokka Grímur Atlason skrifar Skoðun Með óttann einan að vopni Benedikt Jóhannesson skrifar Skoðun Merkilegur tvískinnungur Ingólfur Sverrisson skrifar Skoðun Þjóðin á að njóta vafans Snorri Másson skrifar Skoðun Tosca skýst upp úr turninum í Brussel Jónas Sen skrifar Skoðun ESB og skoðanabræður þínir Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar Skoðun Hjá LESA skrifum við sögurnar sjálf og höfundar eiga alltaf að fá greitt Birgir Hrafn Birgisson skrifar Skoðun Litblindur á fótboltavellinum Ingunn Eir Andrésdóttir skrifar Skoðun Á hugmyndafræðilegt ofbeldi heima í kosningabaráttu? Hnikarr Bjarmi Franklínsson skrifar Skoðun Hvað er dýrmætara en rétturinn og valdið til að ráða okkar málum sjálf? Diljá Mist Einarsdóttir 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.
Stór orð, lítil rök og ekkert dæmi um ranga tölu – Svar til Konráðs S. Guðjónssonar Gauti B. Eggertsson Skoðun
Skoðun Stór orð, lítil rök og ekkert dæmi um ranga tölu – Svar til Konráðs S. Guðjónssonar Gauti B. Eggertsson skrifar
Skoðun Vinnslustöðin rýrir afkomu sjómanna og landverkafólks – en til hvers? Gunnar Sigurðsson skrifar
Skoðun Hættum að pissa í skóinn í frostinu til að hlýja okkur – klæðum okkur í ullarsokka Grímur Atlason skrifar
Skoðun Hjá LESA skrifum við sögurnar sjálf og höfundar eiga alltaf að fá greitt Birgir Hrafn Birgisson skrifar
Skoðun Á hugmyndafræðilegt ofbeldi heima í kosningabaráttu? Hnikarr Bjarmi Franklínsson skrifar
Skoðun Hvað er dýrmætara en rétturinn og valdið til að ráða okkar málum sjálf? Diljá Mist Einarsdóttir skrifar
Stór orð, lítil rök og ekkert dæmi um ranga tölu – Svar til Konráðs S. Guðjónssonar Gauti B. Eggertsson Skoðun