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 Akranes hefur vaxið hratt – nú er tími til að hlúa að fólkinu Liv Åse Skarstad Skoðun Tala aldrei um annað en vextina Hjörtur J. Guðmundsson Skoðun Er íslenskan sjálfsagt mál? Logi Einarsson Skoðun Stefán Einar og helfarirnar Hjálmtýr Heiðdal Skoðun Þegar ráðin eru einföld – en raunveruleikinn ekki Karen Einarsdóttir Skoðun Er kominn skrekkur í fullorðna fólkið? Steinar Bragi Sigurjónsson Skoðun 109 milljarða kostnaður sem fyrirtækin greiða ekki Sigurpáll Ingibergsson Skoðun 96,7 prósent spila án vandkvæða Sigurður G. Guðjónsson Skoðun Hver ákveður hver tilheyrir – og hvenær? Jasmina Vajzović Skoðun Þeytivinda í sundlaugina og börnin að heiman Guðmundur Ari Sigurjónsson Skoðun Skoðun Skoðun Sameining Almenna og Lífsverks Jón Ævar Pálmason skrifar Skoðun Hvenær verður aðgerðaleysi að refsiverðu broti? Elías Blöndal Guðjónsson skrifar Skoðun Leikskólagjöld áfram lægst í Mosfellsbæ Halla Karen Kristjánsdóttir,Anna Sigríður Guðnadóttir,Lovísa Jónsdóttir skrifar Skoðun Nýja vaxtaviðmiðið: Lausn eða gildra fyrir heimilin? Bogi Ragnarsson skrifar Skoðun Snorri, þú færð ekki að segja „Great Replacement“ og þykjast saklaus Ian McDonald skrifar Skoðun Frelsi til að taka góðar skipulagsákvarðanir Róbert Ragnarsson skrifar Skoðun Með eða á móti neyðarkalli? Helga Birgisdóttir skrifar Skoðun Þegar ráðin eru einföld – en raunveruleikinn ekki Karen Einarsdóttir skrifar Skoðun Er kominn skrekkur í fullorðna fólkið? Steinar Bragi Sigurjónsson skrifar Skoðun Húsnæði fyrir fólk en ekki fjárfesta Hilmar Harðarson skrifar Skoðun Manstu eftir Nagorno-Karabakh? Birgir Þórarinsson skrifar Skoðun 96,7 prósent spila án vandkvæða Sigurður G. Guðjónsson skrifar Skoðun Smiðurinn, spegillinn og brunarústirnar Davíð Bergmann skrifar Skoðun 109 milljarða kostnaður sem fyrirtækin greiða ekki Sigurpáll Ingibergsson skrifar Skoðun Hver ákveður hver tilheyrir – og hvenær? Jasmina Vajzović skrifar Skoðun Er íslenskan sjálfsagt mál? Logi Einarsson skrifar Skoðun Stafræn sjálfstæðisbarátta Íslands á 21. öldinni. Tungan, sagan og menningin undir Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar Skoðun Tala aldrei um annað en vextina Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Akranes hefur vaxið hratt – nú er tími til að hlúa að fólkinu Liv Åse Skarstad skrifar Skoðun Þeytivinda í sundlaugina og börnin að heiman Guðmundur Ari Sigurjónsson skrifar Skoðun Enga skammsýni í skammdeginu Ágúst Mogensen skrifar Skoðun Þegar barn verður fyrir kynferðisofbeldi Indíana Rós Ægisdóttir skrifar Skoðun Skattfrjáls ráðstöfun séreignarsparnaðar – fyrir alla! Anna María Jónsdóttir skrifar Skoðun Stefán Einar og helfarirnar Hjálmtýr Heiðdal skrifar Skoðun Bréf til varnar Hamlet eftir Kolfinnu Nikulásdóttur Björg Steinunn Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Skaðabótalög – tímabærar breytingar Styrmir Gunnarsson,Sveinbjörn Claessen skrifar Skoðun Hvers vegna? Ingólfur Sverrisson skrifar Skoðun Fúsk við mannvirkjagerð þarf ekki að viðgangast Helga Sigrún Harðardóttir skrifar Skoðun Reykjalundur á tímamótum Sveinn Guðmundsson skrifar Skoðun Bættar samgöngur og betra samfélag í Hafnarfirði Valdimar Víðisson 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 Leikskólagjöld áfram lægst í Mosfellsbæ Halla Karen Kristjánsdóttir,Anna Sigríður Guðnadóttir,Lovísa Jónsdóttir skrifar
Skoðun Stafræn sjálfstæðisbarátta Íslands á 21. öldinni. Tungan, sagan og menningin undir Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar