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 Bílar eru frábærir, nema ef við þurfum öll að nota þá Birkir Ingibjartsson Skoðun Velmegun einstaklingsins - opinber auðlegð - markmið jafnaðarmanna Hörður Filippusson Skoðun Hver ber ábyrgð á stöðu Hafnarfjarðar? Karólína Helga Símonardóttir Skoðun Fortíðin er ekki aukaatriði, hún er viðvörun Anna Kristín Jensdóttir Skoðun Útborgun í íbúð eða leikskólapláss í Kópavogi? Jóna Þórey Pétursdóttir Skoðun Hildur fækkaði bílastæðum um 3000 Magnús Kjartansson Skoðun Gangbrautarvörður sem vill leysa málin Margrét Rós Sigurjónsdóttir Skoðun Tækifærin sem liggja í höfn: Stóra innviðamálið sem gleymist í kosningabaráttunni Alexandra Jóhannesdóttir Skoðun Þarf Icelandair að skipta um nafn? Jón Þór Þorvaldsson Skoðun Löng valdaseta bara vandamál fyrir suma Dóra Björt Guðjónsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Fyrir hvern er byggt? Trausti Örn Þórðarson skrifar Skoðun Ýtum undir sterkari tengsl í Hafnarfirði Svenný Kristins skrifar Skoðun Gott að eldast á Akureyri Hanna Dóra Markúsdóttir skrifar Skoðun Biðlisti eftir lífinu Rúnar Björn Herrera Þorkelsson skrifar Skoðun Hleypum þeim værukæru í kærkomið frí Bjarni Thor Kristinsson skrifar Skoðun Deilur magnast í Borgarbyggð um vindorkuver Júlíus Valsson skrifar Skoðun Börn úr símum – inn í samfélagið Tamar Klara Lipka Þormarsdóttir skrifar Skoðun Menning er skattstofn, ekki skraut Jón Bjarni Steinsson skrifar Skoðun Framsókn vill meiri virkni og vellíðan - Leikum okkur alla ævi Halldór Bachmann skrifar Skoðun Hundalífið í Kópavogi Sólveig Skaftadóttir skrifar Skoðun Töframáttur skapandi reikningsskila hjá meirihluta Framsóknar- og Sjálfstæðisflokks í Hafnarfirði Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Everything you need to know before Saturday Charlotte Ólöf Jónsdóttir Biering skrifar Skoðun Styrkjum íslenskukennslu fyrir börn og ungmenni Eva Rún Helgadóttir skrifar Skoðun Hestar í höfuðborginni Magnea Gná Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Okkar sameiginlegu verk Daði Már Kristófersson skrifar Skoðun Hvernig er að eldast í Reykjavík? Sara Björg Sigurðardóttir skrifar Skoðun Ríða, drepa, giftast Arna Sif Ásgeirsdóttir skrifar Skoðun Velmegun einstaklingsins - opinber auðlegð - markmið jafnaðarmanna Hörður Filippusson skrifar Skoðun Byggjum meira félagslegt húsnæði í Reykjavík Heiða Björg Hilmisdóttir skrifar Skoðun Hver ber ábyrgð á stöðu Hafnarfjarðar? Karólína Helga Símonardóttir skrifar Skoðun Gangbrautarvörður sem vill leysa málin Margrét Rós Sigurjónsdóttir skrifar Skoðun Löng valdaseta bara vandamál fyrir suma Dóra Björt Guðjónsdóttir skrifar Skoðun Börnin í Laugardalnum eiga betra skilið Bjarni Fritzson skrifar Skoðun Bílar eru frábærir, nema ef við þurfum öll að nota þá Birkir Ingibjartsson skrifar Skoðun Sjómenn á smábátum hafa verið saminingslausir í rúm 12 ár Finnbogi Vikar Guðmundsson skrifar Skoðun Og þeir skoðra og þeir skoða og skora og skora á ný Dagmar Valsdóttir skrifar Skoðun Eru vísindi „tabú“ í almannaumræðu? Loftslagsmál upplýst Ágúst Kvaran skrifar Skoðun Belonging Elísabet Dröfn Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Nýtum kosningaréttinn Sigurður Kári Harðarson,Sólveig Jóhannesdóttir Larsen skrifar Skoðun Sterk rödd eldri borgara Guðbjörg Ingunn Magnúsdóttir 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.
Tækifærin sem liggja í höfn: Stóra innviðamálið sem gleymist í kosningabaráttunni Alexandra Jóhannesdóttir Skoðun
Skoðun Töframáttur skapandi reikningsskila hjá meirihluta Framsóknar- og Sjálfstæðisflokks í Hafnarfirði Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar
Skoðun Velmegun einstaklingsins - opinber auðlegð - markmið jafnaðarmanna Hörður Filippusson skrifar
Skoðun Sjómenn á smábátum hafa verið saminingslausir í rúm 12 ár Finnbogi Vikar Guðmundsson skrifar
Tækifærin sem liggja í höfn: Stóra innviðamálið sem gleymist í kosningabaráttunni Alexandra Jóhannesdóttir Skoðun