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 Eineltið endaði með örkumlun Davíð Bergmann Skoðun Akademísk kurteisi á tímum þjóðarmorðs Finnur Ulf Dellsén Skoðun Rangfærslur ESB-sinna leiðréttar Diljá Mist Einarsdóttir Skoðun Þú ert búin að eyðileggja líf mitt!!! Sandra Ósk Jóhannsdóttir Skoðun Gleði eða ógleði? Haraldur Hrafn Guðmundsson Skoðun Gagnslausa fólkið Þröstur Friðfinnsson Skoðun Við megum ekki tapa leiknum utan vallar Eysteinn Pétur Lárusson Skoðun Við lifum á tíma fasisma Una Margrét Jónsdóttir Skoðun Allt mun fara vel Bjarni Karlsson Skoðun Það eru allir að greinast með þetta POTS – hvað er það? Hanna Birna Valdimarsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Rangfærslur ESB-sinna leiðréttar Diljá Mist Einarsdóttir skrifar Skoðun Eineltið endaði með örkumlun Davíð Bergmann skrifar Skoðun Akademísk kurteisi á tímum þjóðarmorðs Finnur Ulf Dellsén skrifar Skoðun Við megum ekki tapa leiknum utan vallar Eysteinn Pétur Lárusson skrifar Skoðun Börnin heyra bara sprengjugnýinn Hjálmtýr Heiðdal skrifar Skoðun Gagnslausa fólkið Þröstur Friðfinnsson skrifar Skoðun Tjáningarfrelsi Laufey Brá Jónsdóttir,Sigríður Kristín Helgadóttir,Þorvaldur Víðisson skrifar Skoðun Allt mun fara vel Bjarni Karlsson skrifar Skoðun Normið á ekki síðasta orðið Katrín Íris Sigurðardóttir skrifar Skoðun Ég er eins og ég er, hvernig á ég að vera eitthvað annað? Sigrún Ólöf Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Við lifum á tíma fasisma Una Margrét Jónsdóttir skrifar Skoðun Örvæntingarfullir bíleigendur í frumskógi bílastæðagjalda Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Hinir miklu lýðræðissinnar Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Kolefnishlutleysi eftir 15 ár? Hrafnhildur Bragadóttir,Birna Sigrún Hallsdóttir skrifar Skoðun Gleði eða ógleði? Haraldur Hrafn Guðmundsson skrifar Skoðun Tískuorð eða sjálfsögð réttindi? Vigdís Ásgeirsdóttir skrifar Skoðun Ráðherrann og illkvittnu einkaaðilarnir Freyr Ólafsson skrifar Skoðun Áttatíu ár frá Hírósíma og Nagasakí Snæbjörn Guðmundsson skrifar Skoðun Er einhver hissa á fúskinu? Magnús Guðmundsson skrifar Skoðun Þegar hæstaréttarlögmenn kynda undir mismunun og kerfisbundnu ofbeldi Sigríður Svanborgardóttir skrifar Skoðun Réttmætar áhyggjur eða ósanngjarnar alhæfingar? Friðþjófur Helgi Karlsson skrifar Skoðun „Þótt náttúran sé lamin með lurk!“ Sigurjón Þórðarson skrifar Skoðun Ekkert ævintýri fyrir mongólsku hestana María Lilja Tryggvadóttir skrifar Skoðun Nám í skugga óöryggis Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Tæknin á ekki að nota okkur Anna Laufey Stefánsdóttir skrifar Skoðun Ytra mat í skólum og hvað svo? Rakel Linda Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Stjórnun, hönnun og framkvæmd öryggisráðstafana í Reynisfjöru Magnús Rannver Rafnsson skrifar Skoðun Sorglegur uppgjafar doði varðandi áframhaldandi stríðin í dag Matthildur Björnsdóttir skrifar Skoðun Tóbakslaust Ísland! - Með hjálp stefnu um skaðaminnkun Bjarni Freyr Guðmundsson skrifar Skoðun Meðsek um þjóðarmorð vegna aðgerðaleysis? Pétur Heimisson 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.
Skoðun Tjáningarfrelsi Laufey Brá Jónsdóttir,Sigríður Kristín Helgadóttir,Þorvaldur Víðisson skrifar
Skoðun Örvæntingarfullir bíleigendur í frumskógi bílastæðagjalda Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar
Skoðun Þegar hæstaréttarlögmenn kynda undir mismunun og kerfisbundnu ofbeldi Sigríður Svanborgardóttir skrifar
Skoðun Stjórnun, hönnun og framkvæmd öryggisráðstafana í Reynisfjöru Magnús Rannver Rafnsson skrifar
Skoðun Sorglegur uppgjafar doði varðandi áframhaldandi stríðin í dag Matthildur Björnsdóttir skrifar