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 Hverjir unnu þorskastríðin? Halldór Jörgen Olesen Skoðun Gervigreindin lýgur að þér – og það er nákvæmlega það sem þú baðst um Björgmundur Örn Guðmundsson Skoðun Hugleiðingar flugmanns Sara Hlín Sigurðardóttir Skoðun Kerfislægt ofbeldi og pólitísk svik við ungu kynslóðina - tvöföld eignaupptaka Sigurður Sigurðsson Skoðun Orðið í strætinu: Hræðsla og yfirlæti orðin helstu vopn já-liða – hroki bætist við þegar rökin vantar Gunnar Ármannsson Skoðun Excel-heilafúinn í Ráðhúsinu: Þegar tónlistarnám varð munaðarvara Jónas Sen Skoðun Skutlið að sliga margar fjölskyldur Kolbrún Baldursdóttir Skoðun Andleg heilsa ungs fólks Héðinn Unnsteinsson Skoðun Þjóðargrafreitur sem ekki varð Sigurður Helgi Pálmason Skoðun Leggjum niður framtíðina Kristinn Jón Ólafsson Skoðun Skoðun Skoðun Hvaða löggjöf verður áfram í höndum Alþingis ef til aðildar að ESB kemur? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Kári beislaður við Vaðöldu Sigurður Friðleifsson skrifar Skoðun Það vantar ekki enn eitt átakið – það vantar aðgerðir Birgir Hrafn Birgisson skrifar Skoðun Að leita langt yfir skammt Ingibjörg Isaksen skrifar Skoðun Framkvæmd skólastefnu fær falleinkunn Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Slönguspilið og svikamyllan Teitur Atlason skrifar Skoðun Þetta er algjört möst í fríið Hildur Vattnes Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Ég vel hattana sjálf Berglind Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Við erum að selja loftslagsmálin vitlaust Haukur Logi Jóhannsson skrifar Skoðun Hin meinta lýðræðisveisla Guðmunda G. Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Excel-heilafúinn í Ráðhúsinu: Þegar tónlistarnám varð munaðarvara Jónas Sen skrifar Skoðun Andleg heilsa ungs fólks Héðinn Unnsteinsson skrifar Skoðun Sá maður sem ég sá á skjánum var ekki ég Gísli Hrafn Gunnarsson skrifar Skoðun Orðið í strætinu: Hræðsla og yfirlæti orðin helstu vopn já-liða – hroki bætist við þegar rökin vantar Gunnar Ármannsson skrifar Skoðun Um fáránleika þess að raska grafarró þjóðskáldsins Sævar Þór Jónsson skrifar Skoðun Leggjum niður framtíðina Kristinn Jón Ólafsson skrifar Skoðun Þegar umræðan og staðreyndirnar fara ekki saman Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Gervigreindin lýgur að þér – og það er nákvæmlega það sem þú baðst um Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar Skoðun Hverjir unnu þorskastríðin? Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Dánaraðstoð snýst ekki aðeins um lækna heldur líka um sjúklinga Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Fyrirtæki sem læra hægt munu deyja hægt Gísli Rafn Ólafsson skrifar Skoðun Þjóðargrafreitur sem ekki varð Sigurður Helgi Pálmason skrifar Skoðun Skutlið að sliga margar fjölskyldur Kolbrún Baldursdóttir skrifar Skoðun Bætt aðgengi að nýjum lyfjum skilar víðtækum ávinningi fyrir samfélagið Ragnhildur Reynisdóttir, Pétur Magnússon skrifar Skoðun Háskólar falla á prófi í samkeppnisrétti Ólafur Stephensen skrifar Skoðun Jarðhiti sem samkeppnisforskot Helga Kristín Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Ef fyrirtæki nota AI til að fækka fólki, eru þau að hugsa of smátt Vaka Ágústsdóttir skrifar Skoðun Hugleiðingar flugmanns Sara Hlín Sigurðardóttir skrifar Skoðun Mygluna burt úr Laugalækjarskóla Stefán Steingrímur Bergsson skrifar Skoðun Borgum ekki skuldir óreiðuríkja Jón Pétur Zimsen 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.
Gervigreindin lýgur að þér – og það er nákvæmlega það sem þú baðst um Björgmundur Örn Guðmundsson Skoðun
Kerfislægt ofbeldi og pólitísk svik við ungu kynslóðina - tvöföld eignaupptaka Sigurður Sigurðsson Skoðun
Orðið í strætinu: Hræðsla og yfirlæti orðin helstu vopn já-liða – hroki bætist við þegar rökin vantar Gunnar Ármannsson Skoðun
Skoðun Hvaða löggjöf verður áfram í höndum Alþingis ef til aðildar að ESB kemur? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar
Skoðun Orðið í strætinu: Hræðsla og yfirlæti orðin helstu vopn já-liða – hroki bætist við þegar rökin vantar Gunnar Ármannsson skrifar
Skoðun Gervigreindin lýgur að þér – og það er nákvæmlega það sem þú baðst um Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar
Skoðun Bætt aðgengi að nýjum lyfjum skilar víðtækum ávinningi fyrir samfélagið Ragnhildur Reynisdóttir, Pétur Magnússon skrifar
Gervigreindin lýgur að þér – og það er nákvæmlega það sem þú baðst um Björgmundur Örn Guðmundsson Skoðun
Kerfislægt ofbeldi og pólitísk svik við ungu kynslóðina - tvöföld eignaupptaka Sigurður Sigurðsson Skoðun
Orðið í strætinu: Hræðsla og yfirlæti orðin helstu vopn já-liða – hroki bætist við þegar rökin vantar Gunnar Ármannsson Skoðun