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 Um tjáningu fullveldis Arnór Sighvatsson Skoðun Hvernig fór síðasti heimsendir? Vilhelm Jónsson Skoðun Trúum á enn stærra og sterkara Ísland Þórður Snær Júlíusson Skoðun Hvað gæti ESB-aðild þýtt fyrir almenna íbúa landsbyggðanna? Stefanía V. Gísladóttir Skoðun 25,2% árangur Gísli Garðarsson Skoðun Hollenska húsnæðislánið Arnór Ingi Finnbjörnsson Skoðun Hvönnin í bjarginu Jón Steindór Valdimarsson Skoðun Hvernig á ég að ákveða hvað ég ætla að kjósa? Ráð frá sálfræðingi samfélagsins Gró Einarsdóttir Skoðun Þögnin rofin um þjóðartekjurnar Jón Gunnar Jónsson Skoðun Stríð ESB gegn jöfnuði og velferð Andri Sigurðsson Skoðun Skoðun Skoðun Hvað gæti ESB-aðild þýtt fyrir almenna íbúa landsbyggðanna? Stefanía V. Gísladóttir skrifar Skoðun Hvönnin í bjarginu Jón Steindór Valdimarsson skrifar Skoðun Hvernig fór síðasti heimsendir? Vilhelm Jónsson skrifar Skoðun Um tjáningu fullveldis Arnór Sighvatsson skrifar Skoðun 25,2% árangur Gísli Garðarsson skrifar Skoðun Hvernig á ég að ákveða hvað ég ætla að kjósa? Ráð frá sálfræðingi samfélagsins Gró Einarsdóttir skrifar Skoðun Stöndum með blaðamönnum Sigríður Dögg Auðunsdóttir skrifar Skoðun Einstakt tækifæri til að auka kaupmátt sem við gætum misst af næstu 30 árin!! Baldur Pétursson skrifar Skoðun Þess vegna segjum við NEI þann 29. ágúst Þorvaldur Þorvaldsson skrifar Skoðun Ég kýs JÁ ! - Hvers vegna? skrifar Skoðun Kveðja til hleðslukvíðans Úlfar Linnet skrifar Skoðun Samkeppnishæfni Íslands Ingvar Þóroddsson skrifar Skoðun Kaupmáttur eftir húsnæðiskostnað 27% minni en fyrir fimm árum Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar Skoðun Virðir Alþingi úrslit þjóðaratkvæðagreiðslunnar 29. ágúst? Hjörtur Hjartarson skrifar Skoðun Stöðug króna, afnám verðtryggingar og nýtt hlutverk Íslands í alþjóðlegu fjármálakerfi Eggert Guðmundsson skrifar Skoðun Traust er ekki sjálfgefið Hilmar Freyr Gunnarsson skrifar Skoðun Evrópusambandið, skjól frá Bandaríkjunum? Guttormur Þorsteinsson skrifar Skoðun Þegar ríkið tekur reikninginn Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Þögnin rofin um þjóðartekjurnar Jón Gunnar Jónsson skrifar Skoðun Falleinkunn heima, en hugurinn í Brussel Stefán Vagn Stefánsson skrifar Skoðun Tökum slaginn fyrir börnin Tótla I. Sæmundsdóttir,Þorbjörg Helga Þorgilsdóttir skrifar Skoðun Óvissan í alþjóðamálum - Hvað ef Norðmenn verða á undan? Dagur B. Eggertsson skrifar Skoðun Hollenska húsnæðislánið Arnór Ingi Finnbjörnsson skrifar Skoðun Borgin þarf ekki kjötexi — hún þarf mælikerfi Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Stríð ESB gegn jöfnuði og velferð Andri Sigurðsson skrifar Skoðun Já núna – til að geta sagt nei síðar Friðrik Björgvinsson skrifar Skoðun Þegar efinn verður þýðingarmeiri en sannleikurinn Guðjón Heiðar Pálsson skrifar Skoðun Sex ýkjur nei-sinna og já-sinna Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Komið gott Oktavía Hrund Guðrúnar Jóns skrifar Skoðun Sjálfstæð þjóð tekur sér sæti við borðið Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir 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.
Hvernig á ég að ákveða hvað ég ætla að kjósa? Ráð frá sálfræðingi samfélagsins Gró Einarsdóttir Skoðun
Skoðun Hvernig á ég að ákveða hvað ég ætla að kjósa? Ráð frá sálfræðingi samfélagsins Gró Einarsdóttir skrifar
Skoðun Einstakt tækifæri til að auka kaupmátt sem við gætum misst af næstu 30 árin!! Baldur Pétursson skrifar
Skoðun Kaupmáttur eftir húsnæðiskostnað 27% minni en fyrir fimm árum Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar
Skoðun Stöðug króna, afnám verðtryggingar og nýtt hlutverk Íslands í alþjóðlegu fjármálakerfi Eggert Guðmundsson skrifar
Hvernig á ég að ákveða hvað ég ætla að kjósa? Ráð frá sálfræðingi samfélagsins Gró Einarsdóttir Skoðun