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 Hvers virði er innbúið? Hrefna Kristín Jónsdóttir Skoðun Þagnarbindindi: Er það lausn ríkisstjórnarinnar gagnvart þjóð sem hafnar hvalveiðum? Anahita Sahar Babaei Skoðun Er gott að sjávarútvegur skjálfi á beinunum? Heiðrún Lind Marteinsdóttir Skoðun Virðing fyrir kennurum eykur árangur nemenda Íris E. Gísladóttir Skoðun Af hverju endurhæfing fyrir krabbameinsgreinda? Erna Magnúsdóttir Skoðun Ég er foreldri, ég er kennari Hulda María Magnúsdóttir Skoðun Afleysing fyrir kennara í Hafnarfirði - tvítug með hreint sakavottorð Kristín Björnsdóttir Skoðun Viljum við semja frið við náttúruna? Harpa Fönn Sigurjónsdóttir Skoðun Kirkjusókn ungra drengja Ása Lind Finnbogadóttir Skoðun Rafbílar eru ódýrari Sigurður Friðleifsson Skoðun Skoðun Skoðun Rafbílar eru ódýrari Sigurður Friðleifsson skrifar Skoðun Ég er foreldri, ég er kennari Hulda María Magnúsdóttir skrifar Skoðun Þagnarbindindi: Er það lausn ríkisstjórnarinnar gagnvart þjóð sem hafnar hvalveiðum? Anahita Sahar Babaei skrifar Skoðun Er gott að sjávarútvegur skjálfi á beinunum? Heiðrún Lind Marteinsdóttir skrifar Skoðun Af hverju endurhæfing fyrir krabbameinsgreinda? Erna Magnúsdóttir skrifar Skoðun Hvers virði er innbúið? Hrefna Kristín Jónsdóttir skrifar Skoðun Viljum við semja frið við náttúruna? Harpa Fönn Sigurjónsdóttir skrifar Skoðun Virðing fyrir kennurum eykur árangur nemenda Íris E. Gísladóttir skrifar Skoðun Hinn dökki fíll í rými jafnréttis Matthildur Björnsdóttir skrifar Skoðun Í tilefni af kjaradeilu FÍL og LR vegna listamanna í Borgarleikhúsinu Hrafnhildur Theodórsdóttir skrifar Skoðun Keyrt í gagnstæðar áttir við Vonarstræti Ólafur Stephensen skrifar Skoðun Rannsóknir í Hvalfirði skapa enga hættu Salome Hallfreðsdóttir skrifar Skoðun Hagsmunasamtök ESB gegn togveiðum: Hvað er í húfi fyrir Ísland? Svanur Guðmundsson skrifar Skoðun Litla flugan Rebekka Hlín Rúnarsdóttir skrifar Skoðun Um jarðgöng, ráðherra og blaðamenn Jónína Brynjólfsdóttir skrifar Skoðun Elskar þú að taka til? Þóra Geirlaug Bjartmarsdóttir skrifar Skoðun Gervigreind, fordómar og siðferði – nýir tímar, ný viðmið Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun Kirkjusókn ungra drengja Ása Lind Finnbogadóttir skrifar Skoðun Vigdís og Súðavík Ásta F. Flosadóttir skrifar Skoðun Heimskan í Hvíta húsinu – forðumst smit Halldór Reynisson skrifar Skoðun Ég á lítinn skrítinn skugga – langtímaáhrif krabbameina Hulda Hjálmarsdóttir skrifar Skoðun Traustur leiðtogi með fjölbreytta reynslu Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Sameiginleg markmið en ólíkar þarfir Halla Þorvaldsdóttir skrifar Skoðun Hver verður flottust við þingsetningu? Diljá Mist Einarsdóttir skrifar Skoðun Vítisfjörður Guðni Ársæll Indriðason skrifar Skoðun Haukur Arnþórsson og misskilningur hans um hæfi Sigurjóns Þórðarsonar Þórólfur Júlían Dagsson skrifar Skoðun Tíminn er núna Ugla Stefanía Kristjönudóttir Jónsdóttir skrifar Skoðun Slæmt hjónaband Rakel Linda Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Hinir heimsku Ólympíuleikar Rajan Parrikar skrifar Skoðun Að eitra Hvalfjörð Haraldur Eiríksson 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.
Þagnarbindindi: Er það lausn ríkisstjórnarinnar gagnvart þjóð sem hafnar hvalveiðum? Anahita Sahar Babaei Skoðun
Afleysing fyrir kennara í Hafnarfirði - tvítug með hreint sakavottorð Kristín Björnsdóttir Skoðun
Skoðun Þagnarbindindi: Er það lausn ríkisstjórnarinnar gagnvart þjóð sem hafnar hvalveiðum? Anahita Sahar Babaei skrifar
Skoðun Í tilefni af kjaradeilu FÍL og LR vegna listamanna í Borgarleikhúsinu Hrafnhildur Theodórsdóttir skrifar
Skoðun Hagsmunasamtök ESB gegn togveiðum: Hvað er í húfi fyrir Ísland? Svanur Guðmundsson skrifar
Skoðun Haukur Arnþórsson og misskilningur hans um hæfi Sigurjóns Þórðarsonar Þórólfur Júlían Dagsson skrifar
Þagnarbindindi: Er það lausn ríkisstjórnarinnar gagnvart þjóð sem hafnar hvalveiðum? Anahita Sahar Babaei Skoðun
Afleysing fyrir kennara í Hafnarfirði - tvítug með hreint sakavottorð Kristín Björnsdóttir Skoðun