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 Hvað kostar 100 milljarða á ári? Sigrún Unnsteinsdóttir Skoðun Sjálfbær vöxtur og samheldni Halla Hrund Logadóttir Skoðun Íslenska bótakerfið er orðið aðdráttarafl Lárus Guðmundsson Skoðun Ísland er að tapa hundruðum milljarða – eitrað framkvæmdakerfi lamar allt samfélagið Sigurður Sigurðsson Skoðun Hvar getur þú skorið niður 200.000 krónur? Heiða Ingimarsdóttir Skoðun Þjóðarmorðingjar á meðal vor? Guðjón Idir Skoðun Hættum þessu hálfkáki Margrét Kristmannsdóttir Skoðun Með allt undir í rauðri viðvörun Einar Bárðarson Skoðun Ég kýs Ingibjörgu Isaksen Sigurður Eyjólfur Sigurjónsson Skoðun Af hverju rekum við mörg smáríki í 250 þúsund manna samfélagi? Gunnar Salvarsson Skoðun Skoðun Skoðun Kúba og sviftingar í heimsmálunum Gylfi Páll Hersir skrifar Skoðun Ekki ég! Vilborg Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Þjóðarmorðingjar á meðal vor? Guðjón Idir skrifar Skoðun Náttúrustofur: lykilstofnanir skornar niður Hulda Birna Albertsdóttir skrifar Skoðun Með allt undir í rauðri viðvörun Einar Bárðarson skrifar Skoðun Mannfjandsamleg stefna á bráðamóttökunni Rósa Guðbjartsdóttir skrifar Skoðun Hættum þessu hálfkáki Margrét Kristmannsdóttir skrifar Skoðun Íslenska bótakerfið er orðið aðdráttarafl Lárus Guðmundsson skrifar Skoðun Að vera með lausa skrúfu Inga Bryndís Árnadóttir skrifar Skoðun Ég kýs Ingibjörgu Isaksen Sigurður Eyjólfur Sigurjónsson skrifar Skoðun Er skynsamlegt að fækka þeim sem læra íslensku? Haraldur Bernharðsson,Guðrún Lárusdóttir,Hafsteinn Einarsson,Heimir Freyr Viðarsson,Ingólfur Vilhjálmur Gíslason,Kolbrún Friðriksdóttir,Piergiorgio Consagra,Þóra Másdóttir skrifar Skoðun Ánægja íbúa í Hveragerði: Ekki er allt sem sýnist Sigmar Karlsson skrifar Skoðun Hvar getur þú skorið niður 200.000 krónur? Heiða Ingimarsdóttir skrifar Skoðun Hver ber ábyrgð þegar milljarðar hækka og verklok dragast? Vilhelm Jónsson skrifar Skoðun Hvað kostar 100 milljarða á ári? Sigrún Unnsteinsdóttir skrifar Skoðun Hvað þýðir það að vera leiðtogi? Hnikarr Bjarmi Franklínsson skrifar Skoðun Um 300 börn ,,rænd“ á ári hverju Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Af hverju rekum við mörg smáríki í 250 þúsund manna samfélagi? Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Ein eða tvær akreinar, þar liggur efinn Samúel Torfi Pétursson skrifar Skoðun Nú þarf Framsókn sterka forystu Anton K. Guðmundsson skrifar Skoðun Verður Reykjavík grænasta borg Evrópu? Finnur Ricart Andrason skrifar Skoðun Sjálfbær vöxtur og samheldni Halla Hrund Logadóttir skrifar Skoðun Lilja Dögg leiðtogi með tíma, fókus og tengsl við landið allt Jónína Brynjólfsdóttir,Hjálmar Bogi Hafliðason skrifar Skoðun Lærum nú einu sinni af reynslu annarra Guðmundur Ingi Þóroddsson skrifar Skoðun Orðræðu Viðskiptaráðs um loftslagsskatta snúið upp á loftslagsmál og raunveruleikann Bergur Einarsson skrifar Skoðun Svar við “Bréf til Láru” Lára G. Sigurðardóttir skrifar Skoðun Strætó fyrir sum börn, ekki öll Karólína Helga Símonardóttir skrifar Skoðun Sjálfshólið, afsláttardagar og skuldasúpa! Svavar Guðmundsson skrifar Skoðun Aumingja sölumaðurinn og vonda vísindafólkið Jónas Sen skrifar Skoðun Ekkert um að semja? Pawel Bartoszek 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.
Ísland er að tapa hundruðum milljarða – eitrað framkvæmdakerfi lamar allt samfélagið Sigurður Sigurðsson Skoðun
Skoðun Er skynsamlegt að fækka þeim sem læra íslensku? Haraldur Bernharðsson,Guðrún Lárusdóttir,Hafsteinn Einarsson,Heimir Freyr Viðarsson,Ingólfur Vilhjálmur Gíslason,Kolbrún Friðriksdóttir,Piergiorgio Consagra,Þóra Másdóttir skrifar
Skoðun Lilja Dögg leiðtogi með tíma, fókus og tengsl við landið allt Jónína Brynjólfsdóttir,Hjálmar Bogi Hafliðason skrifar
Skoðun Orðræðu Viðskiptaráðs um loftslagsskatta snúið upp á loftslagsmál og raunveruleikann Bergur Einarsson skrifar
Ísland er að tapa hundruðum milljarða – eitrað framkvæmdakerfi lamar allt samfélagið Sigurður Sigurðsson Skoðun