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 Sleppum Borgarlínu - Frítt í strætó – Spörum milljarða Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson,Baldur Borgþórsson Skoðun Ef þetta er ekki þrælahald – hvað er það þá? Ágústa Árnadóttir Skoðun Daði Már og mannauðsmálin Kári Sigurðsson Skoðun Ung hjón á Íslandi eru að kafna – kerfið er að drepa framtíð þeirra Sigurður Sigurðsson Skoðun „Groundhog Day“ í boði réttarkerfisins Davíð Bergmann Skoðun Skerjafjarðargöng – spörum tíma í umferðinni Hilmar Ingimundarson Skoðun Að loka á foreldri er ekki einfaldasta leiðin Sahara Rós Blandon Skoðun Hvað ertu að gera við sparnaðinn? Jóhann Óskar Jóhannsson Skoðun Við látum stjórnast af sértrú í peningamálum Örn Karlsson Skoðun Félagshagfræðileg greining Sundabrautar er byggð á sandi Hans Guttormur Þormar Skoðun Skoðun Skoðun Sleppum Borgarlínu - Frítt í strætó – Spörum milljarða Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson,Baldur Borgþórsson skrifar Skoðun Félagshagfræðileg greining Sundabrautar er byggð á sandi Hans Guttormur Þormar skrifar Skoðun Opið bréf til kjörinna fulltrúa: Íslensk náttúra, villtir laxastofnar og sameiginlegar auðlindir þjóðarinnar eru ekki tilraunaverkefni Agnar Már Másson skrifar Skoðun Innanbúðarátök á stjórnarheimilinu Sigurður Páll Jónsson skrifar Skoðun Sameining sýslumanna samþykkt – stofnunum fækkað um 5% Þorbjörg Sigríður Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Við látum stjórnast af sértrú í peningamálum Örn Karlsson skrifar Skoðun „Groundhog Day“ í boði réttarkerfisins Davíð Bergmann skrifar Skoðun Skattar hér, skattar þar, skattar alls staðar Rósa Guðbjartsdóttir skrifar Skoðun Flækjur í fjölskyldum Matthildur Björnsdóttir skrifar Skoðun Frístundastarf mikilvæg stoð í menntakerfi Reykjavíkurborgar Steinn Jóhannsso,Soffía Pálsdóttir skrifar Skoðun Skerjafjarðargöng – spörum tíma í umferðinni Hilmar Ingimundarson skrifar Skoðun Hvað ertu að gera við sparnaðinn? Jóhann Óskar Jóhannsson skrifar Skoðun Valdboð í stað samtals – hættulegur tíðarandi Finnbjörn A. Hermannsson skrifar Skoðun Tvær milljónir barna deyja í þögn Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Stóra sleggjan Gunnar Einarsson skrifar Skoðun Daði Már og mannauðsmálin Kári Sigurðsson skrifar Skoðun Orðaleppar og annað óþolandi Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Eru tæknilegar forsendur orkuskipta til staðar? Eyþór Eðvarðsson skrifar Skoðun Mýrar skipta máli - Alþjóðlegur dagur votlendis Álfur Birkir Bjarnason skrifar Skoðun Varnarstefna uppgjafar – hvað ef íslenska handboltalandsliðið hugsaði svona Arnór Sigurjónsson skrifar Skoðun Myndir þú vilja losna við áhyggjur? Sóley Dröfn Davíðsdóttir skrifar Skoðun Börn í brennidepli – samfélagsleg ábyrgð okkar allra Hákon Skúlason,Jóhanna Pálsdóttir skrifar Skoðun Getur hver sem er boðið sig fram til sveitarstjórna? Lovísa Oktovía Eyvindsdóttir skrifar Skoðun Sleggjunni beitt – gegn almenningi Þorsteinn Sæmundsson skrifar Skoðun Borgarlínan verður kosningamálið í vor Þórir Garðarsson skrifar Skoðun Framboð sem byggir á trú á Akureyri Berglind Ósk Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Fjölskyldueinelti, skömmin og Beckham-fjölskyldan Sigríður Svanborgardóttir skrifar Skoðun Ung hjón á Íslandi eru að kafna – kerfið er að drepa framtíð þeirra Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Sterk heilsugæsla um allt land Alma D. Möller,Jón Magnús Kristinsson skrifar Skoðun Vissulega miklu meira en tollabandalag Hjörtur J. Guðmundsson 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.
Sleppum Borgarlínu - Frítt í strætó – Spörum milljarða Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson,Baldur Borgþórsson Skoðun
Skoðun Sleppum Borgarlínu - Frítt í strætó – Spörum milljarða Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson,Baldur Borgþórsson skrifar
Skoðun Opið bréf til kjörinna fulltrúa: Íslensk náttúra, villtir laxastofnar og sameiginlegar auðlindir þjóðarinnar eru ekki tilraunaverkefni Agnar Már Másson skrifar
Skoðun Sameining sýslumanna samþykkt – stofnunum fækkað um 5% Þorbjörg Sigríður Gunnlaugsdóttir skrifar
Skoðun Frístundastarf mikilvæg stoð í menntakerfi Reykjavíkurborgar Steinn Jóhannsso,Soffía Pálsdóttir skrifar
Skoðun Varnarstefna uppgjafar – hvað ef íslenska handboltalandsliðið hugsaði svona Arnór Sigurjónsson skrifar
Skoðun Börn í brennidepli – samfélagsleg ábyrgð okkar allra Hákon Skúlason,Jóhanna Pálsdóttir skrifar
Skoðun Ung hjón á Íslandi eru að kafna – kerfið er að drepa framtíð þeirra Sigurður Sigurðsson skrifar
Sleppum Borgarlínu - Frítt í strætó – Spörum milljarða Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson,Baldur Borgþórsson Skoðun