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 Frelsi kvenna er ekki vandamálið Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir Skoðun Hvert fóru þessir tíu milljarðar? Þorvaldur Daníelsson Skoðun Takk hjúkrunarfræðingar! Siv Friðleifsdóttir Skoðun Íþróttamannvirki Hveragerðisbæjar Einar Alexander Haraldsson Skoðun Sjávarútvegur, fæðuöryggi og þróun heimsmála Þollý Rósmundsdóttir Skoðun Dýrkeypt vanþekking og loftslagsblinda Ingu Sæland Sveinn Atli Gunnarsson Skoðun Rýtingur frá RÚV Björn B. Björnsson Skoðun Lýðræðislegur fasisti í Evrópu Hermann Stefánsson Skoðun Mikilvæg uppbygging nýs golfvallar í landi Hafnarfjarðar Kolbrún Magnúsdóttir Skoðun Gegn regnboganum: Hugmyndafræði, umburðarlyndi og frjálslyndi Hjörvar Sigurðsson Skoðun Skoðun Skoðun Takk hjúkrunarfræðingar! Siv Friðleifsdóttir skrifar Skoðun Hvert fóru þessir tíu milljarðar? Þorvaldur Daníelsson skrifar Skoðun Frelsi kvenna er ekki vandamálið Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Íþróttamannvirki Hveragerðisbæjar Einar Alexander Haraldsson skrifar Skoðun Ráðabrugg Örn Sigurðsson skrifar Skoðun Viðsnúningur í rekstri og ábyrg uppbygging innviða í Hveragerði Dagný Sif Sigurbjörnsdóttir,Njörður Sigurðsson,Sandra Sigurðardóttir skrifar Skoðun Elskar Sjálfstæðisflokkurinn Hafnarfjörð með upplýsingaóreiðu? Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Tími undanbragða er liðinn – Mætir ráðherra með svör? Hjálmar Hallgrímsson skrifar Skoðun Rýtingur frá RÚV Björn B. Björnsson skrifar Skoðun Dýrkeypt vanþekking og loftslagsblinda Ingu Sæland Sveinn Atli Gunnarsson skrifar Skoðun Þurfa börn kynfræðslu? Indíana Rós Ægisdóttir,Steinn Jóhannsson skrifar Skoðun Við verðum til í tengslum – og þar byrjar líka heilunin Kristín Magdalena Ágústsdóttir skrifar Skoðun Meðvituð blekking um og upplýsingaóreiða um fullveldið Kristinn Karl Brynjarsson skrifar Skoðun Að tala í mótsögn við sjálfan sig eða sitja hjá? Eva Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Fjölbreytt ferðaþjónusta á víðsjárverðum tímum Inga Hlín Pálsdóttir skrifar Skoðun Hvar á láglaunafólk að búa? Finnbjörn A Hermannsson,Sonja Ýr Þorbergsdóttir skrifar Skoðun Skapandi greinar: lykill að nýsköpun Anna Hildur Hildibrandsdóttir skrifar Skoðun Mataræði og hjartaheilsa Ellen Alma Tryggvadóttir skrifar Skoðun Hrein torg, fögur borg Hildur Björnsdóttir skrifar Skoðun Gegn regnboganum: Hugmyndafræði, umburðarlyndi og frjálslyndi Hjörvar Sigurðsson skrifar Skoðun Fyrsta stefna Reykjavíkurborgar um gönguvæna borg Dóra Björt Guðjónsdóttir skrifar Skoðun Rangárþing eystra í atvinnusóknarsvæði höfuðborgarsvæðisins Inger Erla Thomsen skrifar Skoðun Hverskonar borg viljum við? Bolli Héðinsson skrifar Skoðun Röskun hafstrauma er þjóðaröryggismál Jóna Þórey Pétursdóttir skrifar Skoðun Öryggi og gæði í leikskólum – ábyrgð okkar Gunnþórunn Valsdóttir skrifar Skoðun Fagmennska og valddreifing í þágu íbúa Hveragerðis Lárus Jónsson skrifar Skoðun Lýðræðislegur fasisti í Evrópu Hermann Stefánsson skrifar Skoðun Hvar er næsti háskóli? Sjúkrahús? Alþjóðaflugvöllur? Unnur Pétursdóttir skrifar Skoðun Frelsi foreldra eða forsjárhyggja ríkisins? Bergþór Ólason skrifar Skoðun Kynferðisofbeldi gegn börnum – við þurfum að gera betur Sigurþóra Bergsdóttir 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.
Skoðun Viðsnúningur í rekstri og ábyrg uppbygging innviða í Hveragerði Dagný Sif Sigurbjörnsdóttir,Njörður Sigurðsson,Sandra Sigurðardóttir skrifar
Skoðun Elskar Sjálfstæðisflokkurinn Hafnarfjörð með upplýsingaóreiðu? Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar
Skoðun Við verðum til í tengslum – og þar byrjar líka heilunin Kristín Magdalena Ágústsdóttir skrifar
Skoðun Gegn regnboganum: Hugmyndafræði, umburðarlyndi og frjálslyndi Hjörvar Sigurðsson skrifar