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 Kerfið er brotið af því þú þolir það þannig Anna Bergþórsdóttir Skoðun Hjúkrunarfræðingurinn sem skuldar meira, græðir helling og vill kíkja í pakka Haraldur Ólafsson Skoðun Davíð kvaddur Ámundi Loftsson Skoðun Enn og aftur, Alma Möller Arnar Helgi Lárusson Skoðun Lygin um að á Íslandi sé nauðgunarmenning Huginn Þór Grétarsson Skoðun Heppni hjúkrunarfræðingurinn sem á að græða helling Berglind Guðmundsdóttir Skoðun Kópavogsleiðin er merkilegt fyrirbæri Tinna Gunnur Bjarnadóttir Skoðun Betri svefn – Betra líf Erla Björnsdóttir Skoðun Til hamingju, Kópavogsbúar – þið eigið von á góðu! Elísabet Sveinsdóttir Skoðun Þorgerður Katrín treystir ekki þjóðinni Hjörvar Sigurðsson Skoðun Skoðun Skoðun Kerfið er brotið af því þú þolir það þannig Anna Bergþórsdóttir skrifar Skoðun Til leiðtoga í stjórnmálum og stjórnsýslu: Málefni barna og ungmenna Þóra Björg Jónsdóttir skrifar Skoðun Skerðing í Kópavogi Stefán Vilbergsson skrifar Skoðun Sigurvíma Trump Hannes Örn Blandon skrifar Skoðun Hesturinn í umferðinni Ólafur Gestur Arnalds skrifar Skoðun Hvað er eldsneytið þitt? Sigrún Þóra Sveinsdóttir skrifar Skoðun Er ESB „hnignunarbandalag“? Jean-Rémi Chareyre skrifar Skoðun Heppni hjúkrunarfræðingurinn sem á að græða helling Berglind Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Davíð kvaddur Ámundi Loftsson skrifar Skoðun Hvað gerðist með „sérlausn“ Írlands? Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Kennsla í skugga skráninga Sóldís Birta Reynisdóttir skrifar Skoðun Hvað hefur oddviti Framsóknar í Kópavogi að fela? Theodóra Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Loftslagspólitík sem gagnast bændum Jóhann Páll Jóhannsson skrifar Skoðun Þorgerður Katrín treystir ekki þjóðinni Hjörvar Sigurðsson skrifar Skoðun Kaþólska kirkjan og uppbygging íslensks heilbrigðiskerfis Árni Már Jensson skrifar Skoðun Kópavogsleiðin er merkilegt fyrirbæri Tinna Gunnur Bjarnadóttir skrifar Skoðun Ófrjósemi og andleg líðan Ástdís Pálsdóttir Bang skrifar Skoðun Til hamingju, Kópavogsbúar – þið eigið von á góðu! Elísabet Sveinsdóttir skrifar Skoðun Við erum að taka hlutverkin frá eldra fólki Rannveig Tenchi Ernudóttir skrifar Skoðun Að byggja upp samfélagslegt umboð í afskekktum samfélögum: Hvernig ábyrgt fiskeldi styrkir Vestfirðina Daníel Jakobsson skrifar Skoðun Hvernig verjum við Ísland? Finnur Beck skrifar Skoðun Enn og aftur, Alma Möller Arnar Helgi Lárusson skrifar Skoðun Reikniskekkja Viðreisnar í Kópavogi Orri Vignir Hlöðversson skrifar Skoðun Betri svefn – Betra líf Erla Björnsdóttir skrifar Skoðun Í Evrópusambandinu eru réttindi verkafólks á forsendum markaðarins Ágúst Valves Jóhannesson skrifar Skoðun Þjóðaröryggishætta Nýja Landspítalans Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Lygin um að á Íslandi sé nauðgunarmenning Huginn Þór Grétarsson skrifar Skoðun Um lýðfullveldi Aðalsteinn Júlíus Magnússn skrifar Skoðun Ótvíræður ávinningur af innleiðingu farsældarlaganna Óskar Dýrmundur Ólafsson skrifar Skoðun Fjármagnið ásælist heilsugæsluna Steinunn Bragadóttir 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.
Hjúkrunarfræðingurinn sem skuldar meira, græðir helling og vill kíkja í pakka Haraldur Ólafsson Skoðun
Skoðun Til leiðtoga í stjórnmálum og stjórnsýslu: Málefni barna og ungmenna Þóra Björg Jónsdóttir skrifar
Skoðun Að byggja upp samfélagslegt umboð í afskekktum samfélögum: Hvernig ábyrgt fiskeldi styrkir Vestfirðina Daníel Jakobsson skrifar
Skoðun Í Evrópusambandinu eru réttindi verkafólks á forsendum markaðarins Ágúst Valves Jóhannesson skrifar
Hjúkrunarfræðingurinn sem skuldar meira, græðir helling og vill kíkja í pakka Haraldur Ólafsson Skoðun