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 Óásættanleg bið, fordómar og aðrar hindranir í kerfinu Helga F. Edwardsdóttir Skoðun Það sem við segjum er það sem við erum Guðný Björk Pálmadóttir Skoðun Ég á þetta ég má þetta Arnar Atlason Skoðun Fjórða þorskastríðið er fram undan Gunnar Smári Egilsson Skoðun Inngilding – eða aðskilnaður? Jasmina Vajzović Crnac Skoðun Vilja komast í orku Íslands Hjörtur J. Guðmundsson Skoðun Er ég Íslendingur? En þú? Jón Pétur Zimsen Skoðun Þá var „útlendingur“ ekki sá sem kom frá framandi heimsálfum Martha Árnadóttir Skoðun Röng klukka siðan 1968: Kominn tími á breytingar Erla Björnsdóttir Skoðun Fjör á fjármálamarkaði Fastir pennar Skoðun Skoðun Það sem við segjum er það sem við erum Guðný Björk Pálmadóttir skrifar Skoðun Óásættanleg bið, fordómar og aðrar hindranir í kerfinu Helga F. Edwardsdóttir skrifar Skoðun Má bjóða þér einelti? Linda Hrönn Bakkmann Þórisdóttir skrifar Skoðun Fyrir hverja eru ákvarðanir teknar? Helga Þórisdóttir skrifar Skoðun Þá var „útlendingur“ ekki sá sem kom frá framandi heimsálfum Martha Árnadóttir skrifar Skoðun Kann barnið þitt að hjóla? Sara Björg Sigurðardóttir skrifar Skoðun Er ég Íslendingur? En þú? Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Samkeppni um hagsæld Ríkarður Ríkarðsson skrifar Skoðun Inngilding – eða aðskilnaður? Jasmina Vajzović Crnac skrifar Skoðun Húsnæðispakki fyrir unga fólkið og framtíðina Anna María Jónsdóttir skrifar Skoðun Þegar úrvinnsla eineltismála klúðrast Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Virðum réttindi intersex fólks Daníel E. Arnarsson skrifar Skoðun Ha ég? Já þú! Ekki satt! Hver þá? Arna Sif Ásgeirsdóttir skrifar Skoðun Samfélagslegur spegill lögreglumannsins Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Rétt klukka síðan 1968: Höldum í síðdegisbirtuna Erlendur S. Þorsteinsson skrifar Skoðun Traust, von og tækifæri á Norðausturlandi Jóhann Páll Jóhannsson skrifar Skoðun Tími til að endurskoða persónuverndarlög sem kæfa nýsköpun Hulda Birna Kjærnested Baldursdóttir ,Nanna Elísa Jakobsdóttir skrifar Skoðun Skilin eftir á SAk Gunnhildur H Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Hagræn áhrif íþrótta og mikilvægi þeirra á Íslandi Helgi Sigurður Haraldsson skrifar Skoðun Vegið að heilbrigðri samkeppni Herdís Dröfn Fjeldsted skrifar Skoðun Frjósemisvitund ungs fólks Sigríður Auðunsdóttir skrifar Skoðun Ökuréttindi á beinskiptan og sjálfskiptan bíl Þuríður B. Ægisdóttir skrifar Skoðun Á eineltisdaginn minnum við á eineltisdaginn Helga Björk Magnúsdóttir Grétudóttir,Ögmundur Jónasson skrifar Skoðun Ísland á krossgötum: Gervigreindarver í stað álvera! Eggert Sigurbergsson skrifar Skoðun Endurreisn Grindavíkur Kristín María Birgisdóttir skrifar Skoðun Plan sem er sett í framkvæmd í stað áralangrar kyrrstöðu Ása Berglind Hjálmarsdóttir skrifar Skoðun 57 eignir óska eftir eigendum Sæunn Gísladóttir skrifar Skoðun Vindhanagal Helgi Brynjarsson skrifar Skoðun Vilja komast í orku Íslands Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Tölum um 7.645 íbúðirnar sem einstaklingar hafa safnað upp Arna Lára Jónsdóttir 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 Tími til að endurskoða persónuverndarlög sem kæfa nýsköpun Hulda Birna Kjærnested Baldursdóttir ,Nanna Elísa Jakobsdóttir skrifar
Skoðun Á eineltisdaginn minnum við á eineltisdaginn Helga Björk Magnúsdóttir Grétudóttir,Ögmundur Jónasson skrifar
Skoðun Plan sem er sett í framkvæmd í stað áralangrar kyrrstöðu Ása Berglind Hjálmarsdóttir skrifar