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 Gullhúðun, yfirheyrslur og sektir í boði Alþingis Benedikt S. Benediktsson,Bjarni Benediktsson,Ólafur Stephensen Skoðun Ísland og nýja djobbið Dóra Magnúsdóttir Skoðun Opið bréf til heilbrigðisráðherra Sif Huld Albertsdóttir Skoðun Hermenn Viðreisnar Jón Pétur Zimsen Skoðun Þrír af hverjum fjórum Íslendingum styðja dánaraðstoð Ingrid Kuhlman Skoðun Af hverju má ekki segja nei? Erna Bjarnadóttir Skoðun Fullveldi, upplýst umræða og ábyrg ákvörðun Ingibjörg Isaksen Skoðun Raunhæf áætlun um endurheimt íslenskra fiskimiða Sigurður Sigurðsson Skoðun Vörðum leiðina afdráttarlaust í mögulegum aðildarviðræðum Heiðrún Lind Marteinsdóttir Skoðun STEM menntun þarf langtímasýn Huld Hafliðadóttir Skoðun Skoðun Skoðun Gullhúðun, yfirheyrslur og sektir í boði Alþingis Benedikt S. Benediktsson,Bjarni Benediktsson,Ólafur Stephensen skrifar Skoðun Tékkar vilja halda krónunni og sömu rök eiga við um Ísland Júlíus Valsson skrifar Skoðun Ísland í sama flokki og Norður Kórea í námsefnisgerð? Mathieu Grettir Skúlason skrifar Skoðun Opið bréf til heilbrigðisráðherra Sif Huld Albertsdóttir skrifar Skoðun Ísland og nýja djobbið Dóra Magnúsdóttir skrifar Skoðun Evrópuhugsjónin á sakamannabekknum Arnar Sigurðsson skrifar Skoðun Bandaríkin draga úr hernaðarframlögum til NATO á hættu-og ófriðartímum Arnór Sigurjónsson skrifar Skoðun Raunhæf áætlun um endurheimt íslenskra fiskimiða Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun STEM menntun þarf langtímasýn Huld Hafliðadóttir skrifar Skoðun Af hverju má ekki segja nei? Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Hverra hagsmuna er verið að gæta? Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Þrír af hverjum fjórum Íslendingum styðja dánaraðstoð Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Vörðum leiðina afdráttarlaust í mögulegum aðildarviðræðum Heiðrún Lind Marteinsdóttir skrifar Skoðun Hermenn Viðreisnar Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Fullveldi, upplýst umræða og ábyrg ákvörðun Ingibjörg Isaksen skrifar Skoðun Opið bréf til skóla- og velferðarþjónustu Reykjavíkurborgar vegna fordómafulls orðalags í matslista á vanda barna Mamiko Ragnarsdóttir skrifar Skoðun Sorrý ég hélt að þetta væri skólablýantur Davíð Már Sigurðsson skrifar Skoðun Hafró setur kíkinn fyrir blinda augað Kjartan Sveinsson skrifar Skoðun Er Borgarlína eina lausn umferðarvanda höfuðborgarsvæðisins? Óskar Halldór Valtýsson skrifar Skoðun Að þora ekki að ræða við nágranna sína Ragnar Sverrisson skrifar Skoðun Umhverfisvænn söngvari óskast Guðmunda G. Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Hvenær ber læknir ábyrgð á mistökum annarra? Það þarf að áfrýja héraðsdómi í plastbarkamálinu Gunnar Ármannsson skrifar Skoðun Barn lemur sig í andlitið með hamri – hvað er til ráða? Þórdís Elva Þorvaldsdóttir,Benedikta Sörensen skrifar Skoðun Velsæld og hagsæld - breytum mælikvörðunum Ásgeir Brynjar Torfason,Birna Björnsdóttir,Guðmundur Steingrímsson,Hildur Harðardóttir,Kristín Vala Ragnarsdóttir,Sigríður Kristín Hrafnkelsdóttir,Silja Elvarsdóttir,Svandís Egilsdóttir,Tinna Jóhannsdóttir, Dóra Guðrún Guðmundsdóttir,Brynhildur Davíðsdóttir,Þórhildur Fjóla Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Hvenær heyrði hann já? Helga Benediktsdóttir skrifar Skoðun Framúrakstur á ekki að ráðast af þolinmæði og heppni Hólmar Erlu Svansson skrifar Skoðun Skæri fyrir örvhenta Þórgunnur Oddsdóttir skrifar Skoðun Þegar þögn laganna verður að banni Bergur Hauksson skrifar Skoðun Ljósmyndin á öld lögvakans Kristján Logason skrifar Skoðun Af hverju heldur Gigtarfélagið fjölskylduhátíð? Stefán Magnússon 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.
Gullhúðun, yfirheyrslur og sektir í boði Alþingis Benedikt S. Benediktsson,Bjarni Benediktsson,Ólafur Stephensen Skoðun
Skoðun Gullhúðun, yfirheyrslur og sektir í boði Alþingis Benedikt S. Benediktsson,Bjarni Benediktsson,Ólafur Stephensen skrifar
Skoðun Bandaríkin draga úr hernaðarframlögum til NATO á hættu-og ófriðartímum Arnór Sigurjónsson skrifar
Skoðun Vörðum leiðina afdráttarlaust í mögulegum aðildarviðræðum Heiðrún Lind Marteinsdóttir skrifar
Skoðun Opið bréf til skóla- og velferðarþjónustu Reykjavíkurborgar vegna fordómafulls orðalags í matslista á vanda barna Mamiko Ragnarsdóttir skrifar
Skoðun Er Borgarlína eina lausn umferðarvanda höfuðborgarsvæðisins? Óskar Halldór Valtýsson skrifar
Skoðun Hvenær ber læknir ábyrgð á mistökum annarra? Það þarf að áfrýja héraðsdómi í plastbarkamálinu Gunnar Ármannsson skrifar
Skoðun Barn lemur sig í andlitið með hamri – hvað er til ráða? Þórdís Elva Þorvaldsdóttir,Benedikta Sörensen skrifar
Skoðun Velsæld og hagsæld - breytum mælikvörðunum Ásgeir Brynjar Torfason,Birna Björnsdóttir,Guðmundur Steingrímsson,Hildur Harðardóttir,Kristín Vala Ragnarsdóttir,Sigríður Kristín Hrafnkelsdóttir,Silja Elvarsdóttir,Svandís Egilsdóttir,Tinna Jóhannsdóttir, Dóra Guðrún Guðmundsdóttir,Brynhildur Davíðsdóttir,Þórhildur Fjóla Kristjánsdóttir skrifar
Gullhúðun, yfirheyrslur og sektir í boði Alþingis Benedikt S. Benediktsson,Bjarni Benediktsson,Ólafur Stephensen Skoðun