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 Hvaðan koma jólin okkar – og hvað kenna þau okkur um menningu? Margrét Reynisdóttir Skoðun Loftslagsmál: tölur segja sögur en hvaða sögu viljum við? Ingrid Kuhlman Skoðun Þetta varð í alvöru að lögum! Snorri Másson Skoðun Partí í Dúfnahólum 10 Þórlindur Kjartansson Skoðun Hver borgar fyrir heimsendinguna? Karen Ósk Nielsen Björnsdóttir Skoðun Staðreyndir um móttöku flóttafólks í Hafnarfirði Margrét Vala Marteinsdóttir Skoðun Fínpússuð mannvonska Armando Garcia Skoðun Siðferðileg reiði er ekki staðreynd Hilmar Kristinsson Skoðun Gerið Ásthildi Lóu aftur að ráðherra Einar Steingrímsson Skoðun Jólagjöf ríkisstjórnarinnar Guðrún Hafsteinsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Loftslagsmál: tölur segja sögur en hvaða sögu viljum við? Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Hvaðan koma jólin okkar – og hvað kenna þau okkur um menningu? Margrét Reynisdóttir skrifar Skoðun Náungakærleikur á tímum hátíða Hanna Birna Valdimarsdóttir,Harpa Fönn Sigurjónsdóttir,Helga Edwardsdóttir,Sigríður Elín Ásgeirsdóttir skrifar Skoðun Hver borgar fyrir heimsendinguna? Karen Ósk Nielsen Björnsdóttir skrifar Skoðun Innviðir og öryggi í hættu í höndum ráðherra Magnús Guðmundsson skrifar Skoðun „Steraleikarnir“ Birgir Sverrisson skrifar Skoðun Fínpússuð mannvonska Armando Garcia skrifar Skoðun Fólkið sem hverfur... Kristján Fr. Friðbertsson skrifar Skoðun Gengið til friðar Ingibjörg Haraldsdóttir,Elín Oddný Sigurðardóttir skrifar Skoðun Gerið Ásthildi Lóu aftur að ráðherra Einar Steingrímsson skrifar Skoðun Mótmæli bænda í Brussel eru ekki sjónarspil – þau eru viðvörun Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Þegar gigtin stjórnar jólunum Hrönn Stefánsdóttir skrifar Skoðun Fullveldi í framkvæmd Eggert Sigurbergsson skrifar Skoðun Verður Flokkur fólksins að Flótta fólksins? Júlíus Valsson skrifar Skoðun „Rússland hefur ráðist inn í 19 ríki“ - og samt engin ógn? Daði Freyr Ólafsson skrifar Skoðun Fæðuöryggi sem innviðamál í breyttu alþjóðakerfi Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Svona gerum við… fjármagn til áfengis- og vímuefnameðferðar aukið um 850 milljónir Alma Möller skrifar Skoðun Gluggagægir fyrir innan gluggann. Gervigreindin lifnar við Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar Skoðun Samstíga ríkisstjórn í sigri og þraut Kristrún Frostadóttir skrifar Skoðun Vextir á verðtryggðum lánum - ögurstund Hjalti Þórisson skrifar Skoðun Rokk í boði Ríkisins - möguleg tímaskekkja Stefán Ernir Valmundarson skrifar Skoðun Orkuskiptin sem engu máli skiptu Jean-Rémi Chareyre skrifar Skoðun Samtöl við þá sem hurfu of fljótt Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Flugvöllurinn í Reykjavík - fyrir landið allt Einar Sveinbjörn Guðmundsson skrifar Skoðun Gamla fólkið okkar býr við óöryggi – kerfið okkar er að bregðast Valný Óttarsdóttir skrifar Skoðun Siðferðileg reiði er ekki staðreynd Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Fiktið byrjar ekki sem sjúkdómur Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Jólagjöf ríkisstjórnarinnar Guðrún Hafsteinsdóttir skrifar Skoðun Einfaldlega íslenskt, líka um jólin Hafliði Halldórsson skrifar Skoðun Hvers vegna heyra yfirvöld á Íslandi ekki grátbeiðni Sameinuðu þjóðanna og yfir 200 hjálparsamtaka um aðgerðir gegn Ísrael? Björn B. Björnsson 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.
Skoðun Náungakærleikur á tímum hátíða Hanna Birna Valdimarsdóttir,Harpa Fönn Sigurjónsdóttir,Helga Edwardsdóttir,Sigríður Elín Ásgeirsdóttir skrifar
Skoðun Svona gerum við… fjármagn til áfengis- og vímuefnameðferðar aukið um 850 milljónir Alma Möller skrifar
Skoðun Gluggagægir fyrir innan gluggann. Gervigreindin lifnar við Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar
Skoðun Hvers vegna heyra yfirvöld á Íslandi ekki grátbeiðni Sameinuðu þjóðanna og yfir 200 hjálparsamtaka um aðgerðir gegn Ísrael? Björn B. Björnsson skrifar