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 Um skuldir – og þakkarskuldir Jón Baldvin Hannibalsson Skoðun „Voðalega er hún Anna orðin erfið“ Helena Jónsdóttir Skoðun Erum við að fóðra glæpaheiminn og bótakerfin? Davíð Bergmann Skoðun Engar varnir gegn dýrasjúkdómum – Óafturkræft slys Halldór Runólfsson Skoðun Seðlabankinn uppfærði matið: Það nýja hentar ekki sögunni sem stjórnvöld vilja segja Jón Helgi Egilsson Skoðun Hver á hugmyndina um tvöfalda þjóðaratkvæðagreiðslu? Halldóra Lillý Jóhannsdóttir Skoðun Hættum að giska: Fáum svörin á borðið Stefán Pettersson Skoðun Ævilangt ástarsamband við bláber Björg Árnadóttir Skoðun Ég ætlaði bara að reyna skilja hvað ég væri að kjósa um Hilmar Kristinsson Skoðun Já, vegna allra Ragnar Thorarensen Skoðun Skoðun Skoðun Eftir almyrkvann – þakklæti og stolt Gerður B. Sveinsdóttir skrifar Skoðun Erum við að fóðra glæpaheiminn og bótakerfin? Davíð Bergmann skrifar Skoðun „Voðalega er hún Anna orðin erfið“ Helena Jónsdóttir skrifar Skoðun Um skuldir – og þakkarskuldir Jón Baldvin Hannibalsson skrifar Skoðun Hver á hugmyndina um tvöfalda þjóðaratkvæðagreiðslu? Halldóra Lillý Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Hugsum og spyrjum saman – Hvað þjónar Íslandi best til framtíðar? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Árangur íslenskra stjórnmálamanna Steinn Kári Ragnarsson skrifar Skoðun Já, vegna allra Ragnar Thorarensen skrifar Skoðun Brandari dagsins Einar Helgason skrifar Skoðun Það sem aldrei hefur gerst getur hæglega gerst aftur! Ingólfur Sverrisson skrifar Skoðun Hver er raunveruleg hætta fyrir íslenskar veiðiheimildir við ESB-aðild? Þórir Garðarsson skrifar Skoðun Af hverju sjómenn mættu mögulega segja „já“ Kjartan Jónsson skrifar Skoðun Vélin verður sífellt klárari. En ekkert greindari. Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun Ég ætlaði bara að reyna skilja hvað ég væri að kjósa um Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Um fullveldi og framsal þess Axel Kristinsson skrifar Skoðun Ævilangt ástarsamband við bláber Björg Árnadóttir skrifar Skoðun Engar varnir gegn dýrasjúkdómum – Óafturkræft slys Halldór Runólfsson skrifar Skoðun Við eigum að þora að sjá hvað aðildarsamningur gæti falið í sér Halldóra Sigríður Sveinsdóttir skrifar Skoðun Veljum að vita meira Þorbjörg S. Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Tækifæri sem kemur ekki aftur Árni Gunnarsson skrifar Skoðun Hættum að giska: Fáum svörin á borðið Stefán Pettersson skrifar Skoðun Það sem AGS tilgreindi en Dagur dregur ekki fram Sveinn Óskar Sigurðsson skrifar Skoðun Seðlabankinn uppfærði matið: Það nýja hentar ekki sögunni sem stjórnvöld vilja segja Jón Helgi Egilsson skrifar Skoðun Universities should not punish students for bureaucratic incompetence Colin Fisher skrifar Skoðun Samningsmarkmið Haukur Eggertsson skrifar Skoðun Hver er raunverulega ógnin við fullveldi Íslands? Vangaveltur um Evrópusambandið og framtíð okkar Már Másson skrifar Skoðun Lækkum álögur og afnemum byggingarrétt af atvinnulóðum Bragi Bjarnason skrifar Skoðun Sóknarfæri í fullvinnslu - Hvers vegna ESB-aðild gæti opnað nýjar dyr Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Beðið eftir Godot? 83 dagar, 179 tölvupóstar Einar Bárðarson skrifar Skoðun Evrópa eða Bandaríkin? Snorri Ásmundsson 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.
Seðlabankinn uppfærði matið: Það nýja hentar ekki sögunni sem stjórnvöld vilja segja Jón Helgi Egilsson Skoðun
Skoðun Hver á hugmyndina um tvöfalda þjóðaratkvæðagreiðslu? Halldóra Lillý Jóhannsdóttir skrifar
Skoðun Hugsum og spyrjum saman – Hvað þjónar Íslandi best til framtíðar? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar
Skoðun Hver er raunveruleg hætta fyrir íslenskar veiðiheimildir við ESB-aðild? Þórir Garðarsson skrifar
Skoðun Við eigum að þora að sjá hvað aðildarsamningur gæti falið í sér Halldóra Sigríður Sveinsdóttir skrifar
Skoðun Seðlabankinn uppfærði matið: Það nýja hentar ekki sögunni sem stjórnvöld vilja segja Jón Helgi Egilsson skrifar
Skoðun Hver er raunverulega ógnin við fullveldi Íslands? Vangaveltur um Evrópusambandið og framtíð okkar Már Másson skrifar
Skoðun Sóknarfæri í fullvinnslu - Hvers vegna ESB-aðild gæti opnað nýjar dyr Halldór Jörgen Olesen skrifar
Seðlabankinn uppfærði matið: Það nýja hentar ekki sögunni sem stjórnvöld vilja segja Jón Helgi Egilsson Skoðun