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 Þéttingarstefna eða skynsemi? Ögmundur Ísak Ögmundsson Skoðun Forsendur skólakerfis hverfast um samstarf Magnús Þór Jónsson Skoðun Skaðaminnkun Rauða krossins Ósk Sigurðardóttir,Sigríður Ella Jónsdóttir Skoðun Valkvætt minnisleysi ofbeldismanna Guðný S. Bjarnadóttir Skoðun Kynhlutlaust klerkaveldi Haukur Þorgeirsson Skoðun Mönnun íslensks heilbrigðiskerfis til framtíðar í uppnámi Unnur Anna Valdimarsdóttir,Arna Hauksdóttir,Berglind Eva Benediktsdóttir,Bjarni Elvar Pétursson,Heiða María Sigurðardóttir,Helga Bragadóttir,Ólafur Ögmundarson,Sólveg Ása Árnadóttir,Sædís Sævarsdóttir Skoðun Um siðfræðingsvandamálið Steinunn Ólína Þorsteinsdóttir Skoðun Blóraböggull fundinn! Jenný Gunnbjörnsdóttir Skoðun Auglýst eftir heimili á Facebook Steinunn Gyðu- og Guðjónsdóttir Skoðun Hvers vegna þétting byggðar? Birkir Ingibjartsson Skoðun Skoðun Skoðun Um siðfræðingsvandamálið Steinunn Ólína Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Þegar fátt virðist gerast: Hvað er í raun að gerast þegar börn leika sér í leikskóla? Margrét Gígja Þórðardóttir,Ingibjörg Vilbergsdóttir skrifar Skoðun Kynhlutlaust klerkaveldi Haukur Þorgeirsson skrifar Skoðun Hugleiðingar um hitaveitu Eiríkur Hjálmarsson skrifar Skoðun Þéttingarstefna eða skynsemi? Ögmundur Ísak Ögmundsson skrifar Skoðun Hvers virði er starfsumhverfi myndlistarmanna? Jóna Hlíf Halldórsdóttir skrifar Skoðun Ekki gera ekki neitt Guðmundur Ingi Þóroddsson skrifar Skoðun Mönnun íslensks heilbrigðiskerfis til framtíðar í uppnámi Unnur Anna Valdimarsdóttir,Arna Hauksdóttir,Berglind Eva Benediktsdóttir,Bjarni Elvar Pétursson,Heiða María Sigurðardóttir,Helga Bragadóttir,Ólafur Ögmundarson,Sólveg Ása Árnadóttir,Sædís Sævarsdóttir skrifar Skoðun Mjódd framtíðar - hjarta Breiðholts Sara Björg Sigurðardóttir skrifar Skoðun Opið bréf til frambjóðenda í Reykjavík: Hættum frösunum – leysum leikskólavandann með raunverulegum aðgerðum Nichole Leigh Mosty skrifar Skoðun Það þarf ekki fullkomið fólk til að móta gott samfélag. Það þarf fólk sem er tilbúið að vera til staðar Liv Åse Skarstad skrifar Skoðun 32 dagar Magnea Gná Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Blóraböggull fundinn! Jenný Gunnbjörnsdóttir skrifar Skoðun Skaðaminnkun Rauða krossins Ósk Sigurðardóttir,Sigríður Ella Jónsdóttir skrifar Skoðun Áfram, hærra Logi Pedro Stefánsson skrifar Skoðun Reykjavík stígi alla leið Þórdís Lóa Þórhallsdóttir skrifar Skoðun Valkvætt minnisleysi ofbeldismanna Guðný S. Bjarnadóttir skrifar Skoðun Gæði í uppbyggingu frekar en bara hraða og magn Dóra Björt Guðjónsdóttir skrifar Skoðun Hvers vegna þétting byggðar? Birkir Ingibjartsson skrifar Skoðun Forsendur skólakerfis hverfast um samstarf Magnús Þór Jónsson skrifar Skoðun Kirkjan sem talar fallega – og spurningin sem fylgir HIlmar Kristinsson skrifar Skoðun Samstaða í ferðaþjónustu aldrei mikilvægari Halldór Óli Kjartansson skrifar Skoðun Þegar almenningsálit er lesið sem umboð Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Hættið að rukka vangreiðslugjald! Breki Karlsson,Runólfur Ólafsson skrifar Skoðun Heimsmynd byggð á öðrum fætinum Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Hækkum endurgreiðslu virðisaukaskatts af vinnu iðnaðarmanna Jón Sigurðsson,Pétur H. Halldórsson skrifar Skoðun Forgangsröðunarskuld Brynjar Karl Sigurðsson skrifar Skoðun Hvað gerist þegar gervigreind mætir raunveruleikanum? Björn Thor Stefánsson,Kristján Sölvi Örnólfsson,Oliver Sanchez,Viktor Már Guðmundsson skrifar Skoðun Erum við í djúpum skít? Jón Pétur Wilke Gunnarsson skrifar Skoðun Auglýst eftir heimili á Facebook Steinunn Gyðu- og Guðjónsdóttir 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.
Mönnun íslensks heilbrigðiskerfis til framtíðar í uppnámi Unnur Anna Valdimarsdóttir,Arna Hauksdóttir,Berglind Eva Benediktsdóttir,Bjarni Elvar Pétursson,Heiða María Sigurðardóttir,Helga Bragadóttir,Ólafur Ögmundarson,Sólveg Ása Árnadóttir,Sædís Sævarsdóttir Skoðun
Skoðun Þegar fátt virðist gerast: Hvað er í raun að gerast þegar börn leika sér í leikskóla? Margrét Gígja Þórðardóttir,Ingibjörg Vilbergsdóttir skrifar
Skoðun Mönnun íslensks heilbrigðiskerfis til framtíðar í uppnámi Unnur Anna Valdimarsdóttir,Arna Hauksdóttir,Berglind Eva Benediktsdóttir,Bjarni Elvar Pétursson,Heiða María Sigurðardóttir,Helga Bragadóttir,Ólafur Ögmundarson,Sólveg Ása Árnadóttir,Sædís Sævarsdóttir skrifar
Skoðun Opið bréf til frambjóðenda í Reykjavík: Hættum frösunum – leysum leikskólavandann með raunverulegum aðgerðum Nichole Leigh Mosty skrifar
Skoðun Það þarf ekki fullkomið fólk til að móta gott samfélag. Það þarf fólk sem er tilbúið að vera til staðar Liv Åse Skarstad skrifar
Skoðun Hækkum endurgreiðslu virðisaukaskatts af vinnu iðnaðarmanna Jón Sigurðsson,Pétur H. Halldórsson skrifar
Skoðun Hvað gerist þegar gervigreind mætir raunveruleikanum? Björn Thor Stefánsson,Kristján Sölvi Örnólfsson,Oliver Sanchez,Viktor Már Guðmundsson skrifar
Mönnun íslensks heilbrigðiskerfis til framtíðar í uppnámi Unnur Anna Valdimarsdóttir,Arna Hauksdóttir,Berglind Eva Benediktsdóttir,Bjarni Elvar Pétursson,Heiða María Sigurðardóttir,Helga Bragadóttir,Ólafur Ögmundarson,Sólveg Ása Árnadóttir,Sædís Sævarsdóttir Skoðun