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 Sjö algengar ranghugmyndir um hvali og hvalveiðar Eyþór Eðvarðsson Skoðun Ný greining: Hvað myndu húsnæðisvextir lækka með ESB og evru? Dagur B. Eggertsson Skoðun Krónuhagkerfið og kostnaður heimilanna Sigurður Kristinn Pálsson Skoðun Um líf og dauða, fullveldi og ESB Bjarni Már Magnússon Skoðun Aðildarviðræður eru ekki upplýsingaleit heldur undirbúningur að aðild Gunnar Ármannsson Skoðun Hvenær hættir maður að vera útlendingur? Valerio Gargiulo Skoðun Litir, form og staðarandi Þórður Már Sigfússon Skoðun Jörðin er dómkirkjan okkar. Geimurinn er verkstæðið okkar. Árni Sigurðsson Skoðun Stækkun bílaborgarinnar er ekki sjálfgefin - Ný byggð til norðurs kallar á öflugri almenningssamgöngur Stefán Agnar Finnsson Skoðun Hvað er í pakkanum? Hannes Lúðvíksson Skoðun Skoðun Skoðun Krónuhagkerfið og kostnaður heimilanna Sigurður Kristinn Pálsson skrifar Skoðun Litir, form og staðarandi Þórður Már Sigfússon skrifar Skoðun Brexit ekki orsök efnahagsáskorana Breta Kristinn Sv. Helgason skrifar Skoðun Jörðin er dómkirkjan okkar. Geimurinn er verkstæðið okkar. Árni Sigurðsson skrifar Skoðun Stækkun bílaborgarinnar er ekki sjálfgefin - Ný byggð til norðurs kallar á öflugri almenningssamgöngur Stefán Agnar Finnsson skrifar Skoðun Hvenær hættir maður að vera útlendingur? Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Viðvörunarljós um farsæld barna má ekki hunsa Steinunn Bergmann skrifar Skoðun Sjö algengar ranghugmyndir um hvali og hvalveiðar Eyþór Eðvarðsson skrifar Skoðun Aðildarviðræður eru ekki upplýsingaleit heldur undirbúningur að aðild Gunnar Ármannsson skrifar Skoðun Um líf og dauða, fullveldi og ESB Bjarni Már Magnússon skrifar Skoðun Ný greining: Hvað myndu húsnæðisvextir lækka með ESB og evru? Dagur B. Eggertsson skrifar Skoðun Hvað er í pakkanum? Hannes Lúðvíksson skrifar Skoðun Nýsköpunin sem hverfur inn í skýið Bogi Ragnarsson skrifar Skoðun Þegar kaffið rennur upp á við í Undralandi íslenskrar orðræðu Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Þeir seldu áhættuna sem tækifæri — og sendu þjóðinni reikninginn Baldur Pétursson skrifar Skoðun Traust á lögmönnum er ekki einkamál lögmanna Vilbert Gústafsson skrifar Skoðun Upplýsingar eru ekki ógn, þær eru forsenda Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Heimilislæknar og reglugerðardrög Alma D. Möller skrifar Skoðun Einstaklingurinn og fullveldið Signý Sigurðardóttir skrifar Skoðun Skilvirk núna en ekki ef við göngum í ESB Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Sterkari skólar fyrir öll börn Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir skrifar Skoðun Ég hef líka trú á Ögmundi Arnar Sigurðsson skrifar Skoðun „Áður en við segjum já eða nei“ Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Þjóðarmorð? Finnur Th. Eiríksson skrifar Skoðun Breyttar áherslur í borgarskipulagi Þórarinn Hjaltason skrifar Skoðun Hernaðarbrölt Gestur Valgarðsson skrifar Skoðun Það sem við gefum áfram Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Ríkið má ekki skorast undan Þórarinn Ingi Pétursson skrifar Skoðun Gjaldtaka hins opinbera þarf að vera fyrirsjáanleg Stefán Vagn Stefánsson skrifar Skoðun Bandaríkin 250 ára: frelsi, stjórnarskrá og lærdómur fyrir Ísland Júlíus Valsson 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.
Stækkun bílaborgarinnar er ekki sjálfgefin - Ný byggð til norðurs kallar á öflugri almenningssamgöngur Stefán Agnar Finnsson Skoðun
Skoðun Stækkun bílaborgarinnar er ekki sjálfgefin - Ný byggð til norðurs kallar á öflugri almenningssamgöngur Stefán Agnar Finnsson skrifar
Skoðun Aðildarviðræður eru ekki upplýsingaleit heldur undirbúningur að aðild Gunnar Ármannsson skrifar
Stækkun bílaborgarinnar er ekki sjálfgefin - Ný byggð til norðurs kallar á öflugri almenningssamgöngur Stefán Agnar Finnsson Skoðun