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 „Þetta er algerlega galið“ Hjörtur J. Guðmundsson Skoðun Stórveldi eiga hagsmuni en ekki vini: Deilur tveggja NATO ríkja um Grænland Hilmar Þór Hilmarsson Skoðun Vinnulag í rannsóknaverkefnum er ekki vísbending um stjórnarhætti þess sem borgar Haraldur Ólafsson Skoðun Hvernig getum við stigið upp úr sorginni? Birna Guðný Björnsdóttir Skoðun Er sjávarútvegur einkamál kvótakónga? Finnbjörn A. Hermannsson Skoðun Fersk fyrirheit: máttur nýársheita og skýrra markmiða Árni Sigurðsson Skoðun Er þetta alvöru? Bjarni Karlsson Skoðun Opið bréf til valkyrjanna þriggja Björn Sævar Einarsson Skoðun Opið bréf til forystu Kennarasambands Íslands (KÍ): Endurskoðum aðferðafræði verkfallsins Valgerður Bára Bárðardóttir Skoðun „Forðastu múslímana,“ sögðu öfgahægrimenn mér Guðni Freyr Öfjörð Skoðun Skoðun Skoðun Er sjávarútvegur einkamál kvótakónga? Finnbjörn A. Hermannsson skrifar Skoðun „Þetta er algerlega galið“ Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Hvernig getum við stigið upp úr sorginni? Birna Guðný Björnsdóttir skrifar Skoðun Stórveldi eiga hagsmuni en ekki vini: Deilur tveggja NATO ríkja um Grænland Hilmar Þór Hilmarsson skrifar Skoðun Vinnulag í rannsóknaverkefnum er ekki vísbending um stjórnarhætti þess sem borgar Haraldur Ólafsson skrifar Skoðun Fersk fyrirheit: máttur nýársheita og skýrra markmiða Árni Sigurðsson skrifar Skoðun Skilaboð hátíðarinnar Skúli S. Ólafsson skrifar Skoðun Er þetta alvöru? Bjarni Karlsson skrifar Skoðun Hugum að loftgæðum, heilsu og sjálfbærni um jólin – eigum loftgæða jól! Heiða Mjöll Stefánsdóttir,Sylgja Dögg Sigurjónsdóttir skrifar Skoðun Raforkunotkun gagnavera minnkað mikið Tinna Traustadóttir skrifar Skoðun Gott knatthús veldur deilum Stefán Már Gunnlaugsson skrifar Skoðun Göngum fyrir friði Guttormur Þorsteinsson skrifar Skoðun Skammtatölvur: Framtíð tölvunarfræði og bylting í útreikningum Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun Hamingjan sem leiðarljós menntakerfisins Reynir Böðvarsson skrifar Skoðun Gagnaver auka hagkvæmni í fjarskiptum Íslands við umheiminn Þorvarður Sveinsson skrifar Skoðun Aðildarviðræður Íslands og Evrópusambandsins Jón Frímann Jónsson skrifar Skoðun „Forðastu múslímana,“ sögðu öfgahægrimenn mér Guðni Freyr Öfjörð skrifar Skoðun 2027 væri hálfkák Ole Anton Bieltvedt skrifar Skoðun Hvað eru jólin fyrir þér? Hugrún Sigurjónsdóttir skrifar Skoðun Landið helga? Ingólfur Steinsson skrifar Skoðun Að sinna orkuþörf almennings Kristín Linda Árnadóttir skrifar Skoðun Tímamót Jón Steindór Valdimarsson skrifar Skoðun Menntun fyrir Hans Vögg Þuríður Magnúsína Björnsdóttir skrifar Skoðun Þegar Samtök verslunar og þjónustu vita betur Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Dans verkalýðsleiðtoga í kringum gullkálfinn Ole Anton Bieltvedt skrifar Skoðun Jól í sól versus jóla í dimmu Matthildur Björnsdóttir skrifar Skoðun Mikilvægi samgöngusáttmála fyrir Vestfirði Sigríður Ólöf Kristjánsdóttir,Unnar Hermannsson,Halldór Halldórsson skrifar Skoðun Opið bréf til valkyrjanna þriggja Björn Sævar Einarsson skrifar Skoðun Kæri Grímur Grímsson – sakamaður gengur laus? Árni Guðmundsson skrifar Skoðun Er janúar leiðinlegasti mánuður ársins? Dagbjört Harðardóttir 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.
Stórveldi eiga hagsmuni en ekki vini: Deilur tveggja NATO ríkja um Grænland Hilmar Þór Hilmarsson Skoðun
Vinnulag í rannsóknaverkefnum er ekki vísbending um stjórnarhætti þess sem borgar Haraldur Ólafsson Skoðun
Opið bréf til forystu Kennarasambands Íslands (KÍ): Endurskoðum aðferðafræði verkfallsins Valgerður Bára Bárðardóttir Skoðun
Skoðun Stórveldi eiga hagsmuni en ekki vini: Deilur tveggja NATO ríkja um Grænland Hilmar Þór Hilmarsson skrifar
Skoðun Vinnulag í rannsóknaverkefnum er ekki vísbending um stjórnarhætti þess sem borgar Haraldur Ólafsson skrifar
Skoðun Hugum að loftgæðum, heilsu og sjálfbærni um jólin – eigum loftgæða jól! Heiða Mjöll Stefánsdóttir,Sylgja Dögg Sigurjónsdóttir skrifar
Skoðun Mikilvægi samgöngusáttmála fyrir Vestfirði Sigríður Ólöf Kristjánsdóttir,Unnar Hermannsson,Halldór Halldórsson skrifar
Stórveldi eiga hagsmuni en ekki vini: Deilur tveggja NATO ríkja um Grænland Hilmar Þór Hilmarsson Skoðun
Vinnulag í rannsóknaverkefnum er ekki vísbending um stjórnarhætti þess sem borgar Haraldur Ólafsson Skoðun
Opið bréf til forystu Kennarasambands Íslands (KÍ): Endurskoðum aðferðafræði verkfallsins Valgerður Bára Bárðardóttir Skoðun