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 Mín kynslóð brást! Margrét Kristmannsdóttir Skoðun Hlógu þeir líka að Sviss, Ólafur Ragnar? Gauti B. Eggertsson Skoðun Eigi veldur sá er varar Sigurgeir B. Kristgeirsson Skoðun Hverju myndi evran skila? - svar til Ásdísar Kristjánsdóttur Dagur B. Eggertsson Skoðun Íslensk, sænsk eða engin króna Yngvi Ómar Sigrúnarson Skoðun Öndum í poka! Ísland verður í lagi Jóhannes Óli Sveinsson Skoðun Hvað ef ...? Brynjar M. Ólafsson Skoðun Evrópuherinn og hlutur Íslendinga Haraldur Ólafsson Skoðun Hinir miklu alvitringar Baldur Vignir Karlsson Skoðun Af sannleiksást og vinnuréttindum Vilborg Gunnarsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Sameiginlegur þekkingargrunnur að glatast? Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Bæjarstjórnarmyrkrið: Þegar einokunarleyfishafinn gat ekki kveikt ljósið Arnar Sigurðsson skrifar Skoðun Barátta intersex fólks standi styrkum fótum Daníel E. Arnarsson skrifar Skoðun JÁkvæður kvikmyndaframleiðandi Grímar Jónsson skrifar Skoðun Hvað ætlar þú að gera við tímann sem gervigreindin gefur þér? Þórdís Jóna Ingigerðardóttir skrifar Skoðun Hverju myndi evran skila? - svar til Ásdísar Kristjánsdóttur Dagur B. Eggertsson skrifar Skoðun Eigi veldur sá er varar Sigurgeir B. Kristgeirsson skrifar Skoðun Hvað ef ...? Brynjar M. Ólafsson skrifar Skoðun Hlógu þeir líka að Sviss, Ólafur Ragnar? Gauti B. Eggertsson skrifar Skoðun Námsmat og einkunnir: Áskoranir og viðhorf Erna Ingibjörg Pálsdóttir skrifar Skoðun Af sannleiksást og vinnuréttindum Vilborg Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Öndum í poka! Ísland verður í lagi Jóhannes Óli Sveinsson skrifar Skoðun Íslensk, sænsk eða engin króna Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar Skoðun Hinir miklu alvitringar Baldur Vignir Karlsson skrifar Skoðun Evrópuherinn og hlutur Íslendinga Haraldur Ólafsson skrifar Skoðun Var þetta kosningaloforðið? Fannar Logi Waldorff Sigurðsson skrifar Skoðun Mín kynslóð brást! Margrét Kristmannsdóttir skrifar Skoðun Kerfið sem síar fjármuni út úr ríkissjóði bakdyramegin Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Hvaða áhrif hefur það á hlaupara að hlaupa fyrir góðan málstað? Þórdís Lilja Gísladóttir skrifar Skoðun Draugasögur nútímans Ingólfur Sverrisson skrifar Skoðun Hinn háværi minnihluti Unnar Geir Unnarsson skrifar Skoðun Af hverju ég kýs Já 29. ágúst Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Ofan í skotgrafirnar Júlíus Valsson skrifar Skoðun Hvað kostar núverandi staða verslunina og íslenska neytendur? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Ferðaþjónusta fatlaðra Atli Már Haraldsson Zebitz skrifar Skoðun Lesum í sumar – börnin okkar fylgjast með Jón Heiðar Gunnarsson skrifar Skoðun Íbúðalán í raunheimum: Svar við athugasemdum Gauta B. Eggertssonar Agnar Tómas Möller skrifar Skoðun Landráðabrigsl og skrípaleikir Einar Kárason skrifar Skoðun EES eða ESB – þar er efinn Dóra Sif Tynes skrifar Skoðun Hér býr fólk! Rödd íbúa á framkvæmdasvæði Miðbæjar í mótun í Kópavogi Elín Kona Eddudóttir 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 Bæjarstjórnarmyrkrið: Þegar einokunarleyfishafinn gat ekki kveikt ljósið Arnar Sigurðsson skrifar
Skoðun Hvað ætlar þú að gera við tímann sem gervigreindin gefur þér? Þórdís Jóna Ingigerðardóttir skrifar
Skoðun Hvaða áhrif hefur það á hlaupara að hlaupa fyrir góðan málstað? Þórdís Lilja Gísladóttir skrifar
Skoðun Hvað kostar núverandi staða verslunina og íslenska neytendur? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar
Skoðun Íbúðalán í raunheimum: Svar við athugasemdum Gauta B. Eggertssonar Agnar Tómas Möller skrifar
Skoðun Hér býr fólk! Rödd íbúa á framkvæmdasvæði Miðbæjar í mótun í Kópavogi Elín Kona Eddudóttir skrifar