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 Sigurjón Þórðarson og sannleikurinn Sigurgeir B. Kristgeirsson Skoðun Barnamorðingjar eru velkomnir til Íslands Björn B. Björnsson Skoðun Stjórnsýsla Íslands er ekki „allt of lítil“, hún er „lítil og skilvirk“ Halldór Jörgen Olesen Skoðun Er ekki kominn tími til að endurskoða áfengisgjaldið? Einar Bárðarson Skoðun Dómar sem eru ekkert annað en „one way ticket“ á Litla-Hrauni Davíð Bergmann Skoðun Hver vill borða brauðið? Jón Óskar Hinriksson Skoðun Obb obb obb Bogi minn 698.500 kr. fyrir að breyta einum litlum flugmiða Kristján Logason Skoðun Hvernig lesum við skoðanagreinar? Hilmar Kristinsson Skoðun Þegar dýravelferð víkur fyrir hagnaði Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir Skoðun Af hverju hunsa Samfylkingin og Vinstrið umboðsmann barna? Þórður Halldórsson Skoðun Skoðun Skoðun Bruninn á Stuðlum, skýrsla HMS Ingibjörg Einarsdóttir skrifar Skoðun Réttur barna til tvítyngis: íslenskt táknmál og íslenska Júlía Guðný Hreinsdóttir skrifar Skoðun Öruggt ferðasumar hefst með góðum brunavörnum Methúsalem Hilmarsson skrifar Skoðun Hvernig lesum við skoðanagreinar? Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Stjórnsýsla Íslands er ekki „allt of lítil“, hún er „lítil og skilvirk“ Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Vatnaskil í markaðssetningu Íslands Pétur Þ. Óskarsson skrifar Skoðun Af hverju hunsa Samfylkingin og Vinstrið umboðsmann barna? Þórður Halldórsson skrifar Skoðun Dómar sem eru ekkert annað en „one way ticket“ á Litla-Hrauni Davíð Bergmann skrifar Skoðun Spyrjum við áfram nýrra spurninga? Þorsteinn Siglaugsson skrifar Skoðun Sigurjón Þórðarson og sannleikurinn Sigurgeir B. Kristgeirsson skrifar Skoðun Er ekki kominn tími til að endurskoða áfengisgjaldið? Einar Bárðarson skrifar Skoðun Þegar dýravelferð víkur fyrir hagnaði Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Hver vill borða brauðið? Jón Óskar Hinriksson skrifar Skoðun Hvað varð um planið? Pétur Óskarsson skrifar Skoðun Íslensk stjórnvöld eiga að virða Árósasamninginn Árni Finnsson,Björg Eva Erlendsdóttir skrifar Skoðun Sami hræðsluáróðurinn: EES á Íslandi 1993 og ESB í Svíþjóð 1994 Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar Skoðun Mannréttindi þarf ekki að endurhugsa — þau þarf að virða Alma Ýr Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Hvalveiðar sem vopn til að berjast gegn aðild að ESB Micah Garen skrifar Skoðun Beðið eftir aðgerð þar sem kvóti er búinn Dóra Lind Pálmarsdóttir skrifar Skoðun Vandinn talaður burt Kristján Hreinsson skrifar Skoðun Stór-Ísrael Hjálmtýr Heiðdal skrifar Skoðun Barnamorðingjar eru velkomnir til Íslands Björn B. Björnsson skrifar Skoðun Hvenær verða sjóðir mikilvægari en félagsmenn? Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Obb obb obb Bogi minn 698.500 kr. fyrir að breyta einum litlum flugmiða Kristján Logason skrifar Skoðun Viljum við kvótavæða sjókvíaeldið? Gunnlaugur Stefánsson skrifar Skoðun ESB eða efnahagsmálin, hvað á að vera forgangsverkefni ríkisstjórnarinnar? Þórir Garðarsson skrifar Skoðun Sveitarfélög sem nýta gervigreind vel gætu umbreytt þjónustu sinni Gísli Rafn Ólafsson skrifar Skoðun Vertu velkomin, Eydís! Elís Hlynur Grétarsson,Ólöf Helga Jónsdóttir,Jón Kristinn Sverrisson skrifar Skoðun Verkin tala Þorbjörg S. Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Brexit og Ísland - Hvað getum við lært – og hvert eigum við að stefna? Sigurður Sigurðsson 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.
Stjórnsýsla Íslands er ekki „allt of lítil“, hún er „lítil og skilvirk“ Halldór Jörgen Olesen Skoðun
Skoðun Stjórnsýsla Íslands er ekki „allt of lítil“, hún er „lítil og skilvirk“ Halldór Jörgen Olesen skrifar
Skoðun Íslensk stjórnvöld eiga að virða Árósasamninginn Árni Finnsson,Björg Eva Erlendsdóttir skrifar
Skoðun Sami hræðsluáróðurinn: EES á Íslandi 1993 og ESB í Svíþjóð 1994 Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar
Skoðun Obb obb obb Bogi minn 698.500 kr. fyrir að breyta einum litlum flugmiða Kristján Logason skrifar
Skoðun ESB eða efnahagsmálin, hvað á að vera forgangsverkefni ríkisstjórnarinnar? Þórir Garðarsson skrifar
Skoðun Sveitarfélög sem nýta gervigreind vel gætu umbreytt þjónustu sinni Gísli Rafn Ólafsson skrifar
Skoðun Vertu velkomin, Eydís! Elís Hlynur Grétarsson,Ólöf Helga Jónsdóttir,Jón Kristinn Sverrisson skrifar
Skoðun Brexit og Ísland - Hvað getum við lært – og hvert eigum við að stefna? Sigurður Sigurðsson skrifar
Stjórnsýsla Íslands er ekki „allt of lítil“, hún er „lítil og skilvirk“ Halldór Jörgen Olesen Skoðun