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 Þegar rafmagn hættir að vera sjálfsagður hlutur Árni B. Möller Skoðun Hvers vegna er RÚV eitt um að sýna í verki andstöðu okkar gegn þjóðarmorðinu á Gaza? Björn B. Björnsson Skoðun Lögmaður á villigötum – eða hvað? Agnar Þór Guðmundsson Skoðun Væri Albert ekki frægur, íslenskur íþróttamaður Drífa Snædal Skoðun Lögmaður á villigötum Magnús M. Norðdahl Skoðun Hvað þarftu að vera mikils virði til að fá skattaafslátt? Þórður Snær Júlíusson Skoðun Falleg herferð - Tómur kross Hilmar Kristinsson Skoðun Ríkisstjórnin bregst fólkinu í landinu Helgi Héðinsson Skoðun Að vera kona Signý Sigurðardóttir Skoðun Það er ekki eitt.. það er allt.. Eiður Ragnarsson Skoðun Skoðun Skoðun Lögmaður á villigötum – eða hvað? Agnar Þór Guðmundsson skrifar Skoðun Falleg herferð - Tómur kross Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Velferðarkerfi eða velferð kerfisins? Jódís Helga Káradóttir skrifar Skoðun Ríkisstjórnin bregst fólkinu í landinu Helgi Héðinsson skrifar Skoðun Gera framtíðarnefnd varanlega! Damien Degeorges skrifar Skoðun Réttur brotinn á fötluðu fólki með fjárhagsáætlun Reykjavíkurborgar Alma Ýr Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Hvað þarftu að vera mikils virði til að fá skattaafslátt? Þórður Snær Júlíusson skrifar Skoðun Lögmaður á villigötum Magnús M. Norðdahl skrifar Skoðun Hvers vegna er RÚV eitt um að sýna í verki andstöðu okkar gegn þjóðarmorðinu á Gaza? Björn B. Björnsson skrifar Skoðun Það er ekki eitt.. það er allt.. Eiður Ragnarsson skrifar Skoðun Öryggi farþega í leigubílum Sigurður Helgi Pálmason skrifar Skoðun Hvað kostar vindorkan? Anna Sofía Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Að vera kona Signý Sigurðardóttir skrifar Skoðun Ekki líta undan Reyn Alpha Magnúsdóttir,Bjarndís Helga Tómasdóttir skrifar Skoðun Get ég látið vista barnið mitt í meðferð gegn vilja þess? Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Eru grænu skattarnir ekki í besta falli gráir? Benedikt S. Benediktsson,Heiðrún Lind Marteinsdóttir,Jóhannes Þór Skúlason skrifar Skoðun Fjárlög snúast um þjónustu við fólk Sigurþóra Bergsdóttir skrifar Skoðun Sundabraut í samhengi norskra skipaganga Magnús Rannver Rafnsson skrifar Skoðun Ísland 2.0 – Mótum framtíðina saman Erla Tinna Stefánsdóttir ,Nanna Elísa Jakobsdóttir skrifar Skoðun Selir eru mikilvægari en börn Elías Blöndal Guðjónsson skrifar Skoðun Fjarðarheiðargöng: Lífshætta, loforð og lokaðar dyr Eygló Björg Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Vitund - hin ósýnilega breytingavél Þórdís Filipsdóttir skrifar Skoðun Málfrelsi Hjörvar Sigurðsson skrifar Skoðun Gleðilega hátíð og baráttukveðjur Alma Ýr Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Fatlað fólk ber ekki ábyrgð á velferð samfélagsins Rúnar Björn Herrera Þorkelsson skrifar Skoðun Er C svona sjö? Ívar Rafn Jónsson skrifar Skoðun Það þarf ekki krísu til að reka borg af ábyrgð Þórdís Lóa Þórhallsdóttir skrifar Skoðun Enginn er „bara fangi“ eða glæpamaður Gylfi Þorkelsson skrifar Skoðun Skuggi Dostójevskís og Vladimir Pútín Sigurður Árni Þórðarson skrifar Skoðun Eiga þakklæti og pólitík samleið? Berglind Guðmundsdóttir 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 er RÚV eitt um að sýna í verki andstöðu okkar gegn þjóðarmorðinu á Gaza? Björn B. Björnsson Skoðun
Skoðun Réttur brotinn á fötluðu fólki með fjárhagsáætlun Reykjavíkurborgar Alma Ýr Ingólfsdóttir skrifar
Skoðun Hvers vegna er RÚV eitt um að sýna í verki andstöðu okkar gegn þjóðarmorðinu á Gaza? Björn B. Björnsson skrifar
Skoðun Get ég látið vista barnið mitt í meðferð gegn vilja þess? Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar
Skoðun Eru grænu skattarnir ekki í besta falli gráir? Benedikt S. Benediktsson,Heiðrún Lind Marteinsdóttir,Jóhannes Þór Skúlason skrifar
Skoðun Ísland 2.0 – Mótum framtíðina saman Erla Tinna Stefánsdóttir ,Nanna Elísa Jakobsdóttir skrifar
Hvers vegna er RÚV eitt um að sýna í verki andstöðu okkar gegn þjóðarmorðinu á Gaza? Björn B. Björnsson Skoðun