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 Reykjavík sem gerir okkur stolt Pétur Marteinsson Skoðun Óvenju mikið í húfi Skúli Helgason Skoðun Veljum samfélag þar sem enginn er skilinn eftir Sindri S. Kristjánsson Skoðun Hvernig samfélag er Kópavogur? Jónas Már Torfason Skoðun Ekki kjósa Björgu, konuna mína Tryggvi Hilmarsson Skoðun Reykjavík þarf Regínu Alma D. Möller Skoðun Borgarlínan er háskaleg tilraun Karólína Jónsdóttir Skoðun Af svifryki, strætó og sjálfstæðum krökkum Kristín Helga Schiöth Skoðun Umferðinni beint inn í Laugardal og Háaleiti Friðjón R. Friðjónsson Skoðun Má bjóða þér nokkra milljarða? Róbert Ragnarsson Skoðun Skoðun Skoðun Reykjavík - Menningarborg á heimsmælikvarða Rúnar Freyr Gíslason skrifar Skoðun Á kjördag er líka kosið um frelsi fatlaðs fólks Rúnar Björn Herrera Þorkelsson skrifar Skoðun Óraunhæft endurkaupaverð ógnar framtíð Grindavíkur Telma Sif Reynisdóttir skrifar Skoðun Vaxtarmörk Samfylkingarinnar Orri Björnsson skrifar Skoðun Tölurnar tala sínu máli Guðmundur Claxton skrifar Skoðun Var orðalag spurningarinnar mótað í Brussel? Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Um menningarstefnur og borgarpólitík Anna Hildur Hildibrandsdóttir skrifar Skoðun Veljum samfélag þar sem enginn er skilinn eftir Sindri S. Kristjánsson skrifar Skoðun Á bak við heimilisleysi eru einstaklingar með sögu Viðar Gunnarsson skrifar Skoðun Við erum lið Bjarni Fritzson skrifar Skoðun Er Borgarlínan óþörf og illa hugsuð framkvæmd á tíma tækni og breytinga? Sigfús Aðalsteinsson skrifar Skoðun Bónda í Húsdýragarðinn Herdís Magna Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Það þarf heilt þorp til að ala upp barn, en þorpið er vanfjármagnað Björn Rúnar Guðmundsson skrifar Skoðun Botnvarpan, kórallarnir og þögn Hafró Þórólfur Júlían Dagsson skrifar Skoðun Pissandi kýr og hörmungar – Nakba í 78 ár Viðar Hreinsson skrifar Skoðun Til varnar Gísla Marteini og Borgarlínu Ingólfur Harri Hermannsson skrifar Skoðun Fæði, klæði, húsnæði Guðmundur Ingi Þóroddsson skrifar Skoðun Umferðinni beint inn í Laugardal og Háaleiti Friðjón R. Friðjónsson skrifar Skoðun Ekki kjósa Björgu, konuna mína Tryggvi Hilmarsson skrifar Skoðun Kynslóðaskipti í Kópavogi María Ellen Steingrímsdóttir skrifar Skoðun Garðabær má ekki staðna Viðar Kristinsson skrifar Skoðun Takk Reykvíkingar – stolt af því sem við áorkuðum saman Ellen Calmon skrifar Skoðun Fólkið í Hveragerði skiptir öllu máli Þorsteinn Hjartarson skrifar Skoðun Af hverju ætti ungt fólk að kjósa 16. maí? Gunnar Pétur Haraldsson skrifar Skoðun Má bjóða þér nokkra milljarða? Róbert Ragnarsson skrifar Skoðun Sem tveggja barna móðir Sigríður Þóra Ásgeirsdóttir skrifar Skoðun Hvernig samfélag er Kópavogur? Jónas Már Torfason skrifar Skoðun Þegar kerfið ver kerfið en ekki borgarana. Reynslusaga Intuens af íslensku stjórnkerfi síðustu þrjú ár Steinunn Erla Thorlacius skrifar Skoðun Óvenju mikið í húfi Skúli Helgason skrifar Skoðun Þakklátur fyrir traustið 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 Er Borgarlínan óþörf og illa hugsuð framkvæmd á tíma tækni og breytinga? Sigfús Aðalsteinsson skrifar
Skoðun Það þarf heilt þorp til að ala upp barn, en þorpið er vanfjármagnað Björn Rúnar Guðmundsson skrifar
Skoðun Þegar kerfið ver kerfið en ekki borgarana. Reynslusaga Intuens af íslensku stjórnkerfi síðustu þrjú ár Steinunn Erla Thorlacius skrifar