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 „Viltu koma út að leika?“ Hallgrímur Helgason Skoðun Útlensk skólabörn, íslenska og enska Roza Matijević Ismailovski Skoðun Hvers vegna vil ég sem Austurríkismaður hvetja Íslendinga til að segja NEI þann 29. ágúst? Stephan Zanzerl Skoðun Hefur einhver trú á topplistum? Dagbjört Hákonardóttir Skoðun EES-líflínan er tekin að trosna Einar Karl Haraldsson Skoðun Hversdagsleg menning og majónes Logi Einarsson Skoðun Una 72% evrópubúa sér vel í Evrópusambandinu? Andri Sigurðsson Skoðun Vaxtaþrælarnir og hinir Ingólfur Sverrisson Skoðun Veikar konur, hið hæga þjóðarmorð og Reykjavíkurmaraþon Viðar Hreinsson Skoðun Hvað vilja ólígarkarnir að þú kjósir 29. ágúst?" Jón Þór Ólafsson Skoðun Skoðun Skoðun Amma getur ekki eldað. Borgarfulltrúinn getur það. Bæði borga 1.900. Kristín Ólafsdóttir skrifar Skoðun Þegar Ísland verður 600 þúsund manna borgríki – hver á þá að framleiða matinn? Eyjólfur Ingvi Bjarnason skrifar Skoðun Gylliboðin sem ekki standast Ólafur Hannesson skrifar Skoðun Þegar mótrökin verða meðmæli Rögnvaldur Guðmundsson skrifar Skoðun Er ekki alltaf brjálað að gera? Sigríður Indriðadóttir skrifar Skoðun Spliff, Donk & Gengja á Alþingi Benedikt V Warén skrifar Skoðun Bannmenn og bruggarar Arnar Sigurðsson skrifar Skoðun Íslensk mjólkurframleiðsla er ekki skiptimynt í Brussel Sigurbjörg Ottesen skrifar Skoðun Hversdagsleg menning og majónes Logi Einarsson skrifar Skoðun Lærum lýðræði Ingibjörg Rósa Björnsdóttir skrifar Skoðun Referendum: What Is Path Dependence? Carl Baudenbacher skrifar Skoðun Veikar konur, hið hæga þjóðarmorð og Reykjavíkurmaraþon Viðar Hreinsson skrifar Skoðun ESB-aðild eykur áhrif smáríkja. Reynsla Íra er mjög jákvæð Dominic Scott skrifar Skoðun Hvaða Evrópusamband erum við að kjósa um? Gunnar Ármannsson skrifar Skoðun Hefur einhver trú á topplistum? Dagbjört Hákonardóttir skrifar Skoðun Seðlabankastjóri og stríðsöxin Halla Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Ísland þarf raunhæfar lausnir — ekki óútskýrðar stærðir og óraunhæfar sviðsmyndir Eggert Guðmundsson skrifar Skoðun „Viltu koma út að leika?“ Hallgrímur Helgason skrifar Skoðun Vaxtaþrælarnir og hinir Ingólfur Sverrisson skrifar Skoðun Una 72% evrópubúa sér vel í Evrópusambandinu? Andri Sigurðsson skrifar Skoðun EES-líflínan er tekin að trosna Einar Karl Haraldsson skrifar Skoðun Útlensk skólabörn, íslenska og enska Roza Matijević Ismailovski skrifar Skoðun Lyfjamál og ESB Einar Magnússon skrifar Skoðun Aðilar vinnumarkaðar munu áfram gera kjarasamninga innan ESB Kristján Þórður Snæbjarnarson skrifar Skoðun Lokum ekki dyrum Þorsteinn Ólafsson skrifar Skoðun Vellystingar á yfirdrætti Elías Pétursson skrifar Skoðun Nýsköpun í Evrópu: Heildarmyndin sem Hilmar sleppur Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Langmæðgur vilja sjá – frá Flatey til den Haag Guðrún Marta Jónsdóttir ,Guðrún Marta Ársælsdóttir skrifar Skoðun Það er ekki bara fólkið sem þarf að spila með Andri Reyr Haraldsson skrifar Skoðun Hvað þýðir já fyrir bændur? Stefán Magnússon 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.
Hvers vegna vil ég sem Austurríkismaður hvetja Íslendinga til að segja NEI þann 29. ágúst? Stephan Zanzerl Skoðun
Skoðun Amma getur ekki eldað. Borgarfulltrúinn getur það. Bæði borga 1.900. Kristín Ólafsdóttir skrifar
Skoðun Þegar Ísland verður 600 þúsund manna borgríki – hver á þá að framleiða matinn? Eyjólfur Ingvi Bjarnason skrifar
Skoðun Ísland þarf raunhæfar lausnir — ekki óútskýrðar stærðir og óraunhæfar sviðsmyndir Eggert Guðmundsson skrifar
Skoðun Aðilar vinnumarkaðar munu áfram gera kjarasamninga innan ESB Kristján Þórður Snæbjarnarson skrifar
Skoðun Langmæðgur vilja sjá – frá Flatey til den Haag Guðrún Marta Jónsdóttir ,Guðrún Marta Ársælsdóttir skrifar
Hvers vegna vil ég sem Austurríkismaður hvetja Íslendinga til að segja NEI þann 29. ágúst? Stephan Zanzerl Skoðun