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 Lest í stað Borgarlínu? Runólfur Ágústsson,Orri Björnsson,Kjartan Már Kjartansson Skoðun Hvoru megin ætlar þú að sitja? Valdimar Víðisson Skoðun Díhýdrómónóxíð Helgi Hrafn Gunnarsson Skoðun Veist þú hver heldur á skærunum eða litar á þér hárið? Margrét Ósk Brynjólfsdóttir,Sigríður Valdís Bergvinsdóttir Skoðun Ætla þessir öryrkjar að setja samfélagið á hausinn? Alma Ýr Ingólfsdóttir Skoðun Leyfum íslenskum menntaskólanemum að kynnast latínu! Sólveig H. Hilmarsdóttir Skoðun Grásleppufrumvarpið er mikil afturför Jens Guðbjörnsson Skoðun Samfélag sem velur framþróun yfir stöðnun Benóný Valur Jakobsson Skoðun Græna gímaldið: Minnisvarði um glötuð tækifæri Davíð Bergmann Skoðun Fjármögnun framhaldsskóla Róbert Örvar Ferdinandsson Skoðun Skoðun Skoðun Við getum ekki slökkt elda að eilífu Silja Sóley Birgisdóttir skrifar Skoðun Samfélag sem velur framþróun yfir stöðnun Benóný Valur Jakobsson skrifar Skoðun Græna gímaldið: Minnisvarði um glötuð tækifæri Davíð Bergmann skrifar Skoðun Grásleppufrumvarpið er mikil afturför Jens Guðbjörnsson skrifar Skoðun Lest í stað Borgarlínu? Runólfur Ágústsson,Orri Björnsson,Kjartan Már Kjartansson skrifar Skoðun Díhýdrómónóxíð Helgi Hrafn Gunnarsson skrifar Skoðun Fjármögnun framhaldsskóla Róbert Örvar Ferdinandsson skrifar Skoðun Hvoru megin ætlar þú að sitja? Valdimar Víðisson skrifar Skoðun Tæplega 10% fatlaðra barna stunda íþróttir Jóhanna Dýrunn Jónsdóttir skrifar Skoðun Leyfum íslenskum menntaskólanemum að kynnast latínu! Sólveig H. Hilmarsdóttir skrifar Skoðun Ætla þessir öryrkjar að setja samfélagið á hausinn? Alma Ýr Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Lego án leiðbeininga Elva Rakel Jónsdóttir skrifar Skoðun Griðastaður í amstri dagsins Rósa Björg Brynjarsdóttir skrifar Skoðun Háskólamenntun sem undirstaða hagvaxtar Sigrún Ólafsdóttir,Kári Kristinsson skrifar Skoðun Vísitöluafglöp fyrr og nú Helgi Tómasson skrifar Skoðun Spyrja tjattið? Svanhvít Lilja Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Veist þú hver heldur á skærunum eða litar á þér hárið? Margrét Ósk Brynjólfsdóttir,Sigríður Valdís Bergvinsdóttir skrifar Skoðun Aðför að verðmætasköpun Guðveig Lind Eyglóardóttir skrifar Skoðun Til hæstvirts mennta- og barnamálaráðherra, Ingu Sæland skrifar Skoðun Er Reykjavíkurleiðin að fara að breyta landslaginu í leikskólum til betri vegar - eða er hún aðeins skyndilausn? Brynhildur Yrsa Valkyrja skrifar Skoðun Loftslagssvindl eða hrein og klár vankunnátta frambjóðanda Miðflokksins? Sveinn Atli Gunnarsson skrifar Skoðun Þarf ég að bíða eftir að álagið hætti eða get ég haft áhrif? Sigrún Þóra Sveinsdóttir skrifar Skoðun Af hverju frestum við alltaf framtalinu? Tina Paic skrifar Skoðun Grunnskólinn fyrr og nú Ólöf P. Úlfarsdóttir skrifar Skoðun Um samgönguáætlun Þórhallur Borgarsson skrifar Skoðun Menntun sem griðarstaður Ragnhildur Hólmgeirsdóttir skrifar Skoðun Er veggurinn nóg fyrir þig? Óðinn Freyr Baldursson skrifar Skoðun Skjárinn sem stal æskunni Jóhann Ingi Óskarsson skrifar Skoðun Loftslagssvindlið Lárus Bl. Sigurðsson skrifar Skoðun Hvað gerist þegar samfélag verðlaunar eignarhald meira en nýsköpun? Davíð Aron Routley 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.
Veist þú hver heldur á skærunum eða litar á þér hárið? Margrét Ósk Brynjólfsdóttir,Sigríður Valdís Bergvinsdóttir Skoðun
Skoðun Veist þú hver heldur á skærunum eða litar á þér hárið? Margrét Ósk Brynjólfsdóttir,Sigríður Valdís Bergvinsdóttir skrifar
Skoðun Er Reykjavíkurleiðin að fara að breyta landslaginu í leikskólum til betri vegar - eða er hún aðeins skyndilausn? Brynhildur Yrsa Valkyrja skrifar
Skoðun Loftslagssvindl eða hrein og klár vankunnátta frambjóðanda Miðflokksins? Sveinn Atli Gunnarsson skrifar
Skoðun Þarf ég að bíða eftir að álagið hætti eða get ég haft áhrif? Sigrún Þóra Sveinsdóttir skrifar
Skoðun Hvað gerist þegar samfélag verðlaunar eignarhald meira en nýsköpun? Davíð Aron Routley skrifar
Veist þú hver heldur á skærunum eða litar á þér hárið? Margrét Ósk Brynjólfsdóttir,Sigríður Valdís Bergvinsdóttir Skoðun