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 Sundlaugar Reykjavíkurborgar – afturför og sóðaskapur Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson Skoðun Þeir vissu sannleikann en seldu okkur efasemdir Sveinn Atli Gunnarsson Skoðun Borgarlína eða lífæð? Við erum að velja vitlaust Jón Þór Guðjónsson Skoðun Rósin hefur ekki sagt sig úr flokknum aðeins úr Fulltrúaráði hans í Reykjavík Birgir Dýrfjörð Skoðun Hvað er heit vinna? Sigrún A. Þorsteinsdóttir Skoðun Sérlausnir á grundvelli 349. greinar Sáttmálans um starfshætti Evrópusambandsins? Spyrjið Möltu Erna Bjarnadóttir Skoðun Klúðrið hjá Guði Þröstur Hrafnkelsson Skoðun Hver er raunmæting íslenskra grunnskólanema? Ragnheiður Stephensen Skoðun Að kljúfa þjóð í herðar niður Ingólfur Sverrisson Skoðun Holland í sókn en stjórnmálin hikandi Eyþór Eðvarðsson Skoðun Skoðun Skoðun Hvernig virkar ESB-ferlið í raun? – Hvað gerist ef við segjum já í ágúst? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Um stafrænt skólaumhverfi barna í Kópavogi Eydís Inga Valsdóttir skrifar Skoðun Upp úr reyknum rísi Fönix hins nýja Landspítala, fullt af nýjum hjúkrunarheimilum og allt verður frábært...eða hvað? Bryndís Logadóttir skrifar Skoðun Fögnum úrbótum án afslátta Jóna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Samfélagsgróðurhús Árný Fjóla Ásmundsdóttir,Berglind Ósk Guttormsdóttir,Halldór Grétar Einarsson,Þorsteinn Hjartarson skrifar Skoðun Hver er raunmæting íslenskra grunnskólanema? Ragnheiður Stephensen skrifar Skoðun Áhrifum fylgir ábyrgð Ása Valdís Árnadóttir skrifar Skoðun Að kljúfa þjóð í herðar niður Ingólfur Sverrisson skrifar Skoðun Borgarlína eða lífæð? Við erum að velja vitlaust Jón Þór Guðjónsson skrifar Skoðun Rósin hefur ekki sagt sig úr flokknum aðeins úr Fulltrúaráði hans í Reykjavík Birgir Dýrfjörð skrifar Skoðun Holland í sókn en stjórnmálin hikandi Eyþór Eðvarðsson skrifar Skoðun Valdið í reykfylltum bakherbergjum: Kerfisvandi sem krefst uppskurðar Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Hvað er heit vinna? Sigrún A. Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Sundlaugar Reykjavíkurborgar – afturför og sóðaskapur Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson skrifar Skoðun Virðisaukaskattur, ferðaþjónusta og hættulegur misskilningur Þórir Garðarsson skrifar Skoðun Klúðrið hjá Guði Þröstur Hrafnkelsson skrifar Skoðun Sérlausnir á grundvelli 349. greinar Sáttmálans um starfshætti Evrópusambandsins? Spyrjið Möltu Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Þeir vissu sannleikann en seldu okkur efasemdir Sveinn Atli Gunnarsson skrifar Skoðun Treystum foreldrum Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir skrifar Skoðun Það vex eitt blóm fyrir vestan Sif Huld Albertsdóttir skrifar Skoðun Hversu mörg líf þarf áður en kerfið vaknar? Harpa Hildiberg Böðvarsdóttir skrifar Skoðun Af hverju þurfum við páska? Matthildur Bjarnadóttir skrifar Skoðun Íþrótta- og menningarbærinn Hafnarfjörður Elín Anna Baldursdóttir skrifar Skoðun Hvað fæst fyrir skattpeningana? Stefán Vagn Stefánsson skrifar Skoðun Kosningar eða Eurovision? Þorsteinn Haukur Harðarson skrifar Skoðun Viltu vita? Gunnar Hólmsteinn Ársælsson skrifar Skoðun Dauði eða ofsakvíði? Sóley Dröfn Davíðsdóttir skrifar Skoðun Kílómetragjaldið: aukin skattheimta á þá sem minna mega sín? Júlíus Valsson skrifar Skoðun Sérhagsmunir eða almannahagur Sigurður K Pálsson skrifar Skoðun Sjálfsmynd þjóðar Steinar Harðarson 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.
Sundlaugar Reykjavíkurborgar – afturför og sóðaskapur Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson Skoðun
Rósin hefur ekki sagt sig úr flokknum aðeins úr Fulltrúaráði hans í Reykjavík Birgir Dýrfjörð Skoðun
Sérlausnir á grundvelli 349. greinar Sáttmálans um starfshætti Evrópusambandsins? Spyrjið Möltu Erna Bjarnadóttir Skoðun
Skoðun Hvernig virkar ESB-ferlið í raun? – Hvað gerist ef við segjum já í ágúst? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar
Skoðun Upp úr reyknum rísi Fönix hins nýja Landspítala, fullt af nýjum hjúkrunarheimilum og allt verður frábært...eða hvað? Bryndís Logadóttir skrifar
Skoðun Samfélagsgróðurhús Árný Fjóla Ásmundsdóttir,Berglind Ósk Guttormsdóttir,Halldór Grétar Einarsson,Þorsteinn Hjartarson skrifar
Skoðun Rósin hefur ekki sagt sig úr flokknum aðeins úr Fulltrúaráði hans í Reykjavík Birgir Dýrfjörð skrifar
Skoðun Valdið í reykfylltum bakherbergjum: Kerfisvandi sem krefst uppskurðar Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Sundlaugar Reykjavíkurborgar – afturför og sóðaskapur Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson skrifar
Skoðun Sérlausnir á grundvelli 349. greinar Sáttmálans um starfshætti Evrópusambandsins? Spyrjið Möltu Erna Bjarnadóttir skrifar
Sundlaugar Reykjavíkurborgar – afturför og sóðaskapur Sigfús Aðalsteinsson,Hlynur Áskelsson Skoðun
Rósin hefur ekki sagt sig úr flokknum aðeins úr Fulltrúaráði hans í Reykjavík Birgir Dýrfjörð Skoðun
Sérlausnir á grundvelli 349. greinar Sáttmálans um starfshætti Evrópusambandsins? Spyrjið Möltu Erna Bjarnadóttir Skoðun