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 Sex ástæður til að segja já við ESB-viðræðum Þorvaldur Ingi Jónsson Skoðun Kosningar eða Eurovision? Þorsteinn Haukur Harðarson Skoðun Hvað fæst fyrir skattpeningana? Stefán Vagn Stefánsson Skoðun Eins gott að þjóðin viti ekki of mikið Jón Pétur Zimsen Skoðun Viltu ná niður þinni eigin verðbólgu? Sveinn Ólafsson Skoðun Sérhagsmunir eða almannahagur Sigurður K Pálsson Skoðun Íþrótta- og menningarbærinn Hafnarfjörður Elín Anna Baldursdóttir Skoðun Verða ríki fátæk af því að ganga í Evrópusambandið? Andrés Pétursson Skoðun Tækifæri til að lækka verðbólgu Marinó G. Njálsson Skoðun Halldór 04.04.2026 Halldór Skoðun 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 Skoðun Viltu ná niður þinni eigin verðbólgu? Sveinn Ólafsson skrifar Skoðun Sex ástæður til að segja já við ESB-viðræðum Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Hvenær hætta börn að rétta upp hönd? Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Þegar hljóð og mynd fara ekki saman Sigurður Eyjólfur Sigurjónsson skrifar Skoðun Hvert stefnir stríðið í Íran? Trump valdi það, en hvað tekur við núna? Jun Þór Morikawa skrifar Skoðun Beiting helmingaskiptareglunnar við fjárskipti hjóna Sveinn Ævar Sveinsson skrifar Skoðun Verða ríki fátæk af því að ganga í Evrópusambandið? Andrés Pétursson skrifar Skoðun Tækifæri til að lækka verðbólgu Marinó G. Njálsson skrifar Skoðun Eins gott að þjóðin viti ekki of mikið Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Virðisaukaskattur, raunverulegur greiðandi og áhrif á samkeppnishæfni Þórir Garðarsson skrifar Skoðun Sterkari saman og til þjónustu reiðubúin Hanna Katrín Friðriksson skrifar Skoðun Hver heldur á fjarstýringunni í íslensku samfélagi? Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Hvar býrðu? Ásta Þórdís Skjalddal Guðjónsdóttir skrifar Skoðun Ísland selur sig ekki sjálft – og óvissa selur ekkert Rannveig Grétarsdóttir skrifar Skoðun Föstudagurinn langi spyr: stöndum við með týndu börnunum okkar? Steinþór Þórarinsson skrifar Skoðun Lágir skattar og góð þjónusta fara saman í Kópavogi Guðmundur Jóhann Jónsson skrifar Skoðun Píeta samtökin 10 ára – samstaða um von Bjarni Karlsson skrifar Skoðun Markaðsöflin græða meðan börnin tapa Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir skrifar Skoðun „Faðir vor“— Ákall um að afskrifa allar skuldir og lifa í kærleika Sigurvin Lárus Jónsson skrifar Skoðun Álftanes – ný byggð á flóðasvæði Einar Sveinbjörnsson skrifar Skoðun Má lækka skatta? Helgi Brynjarsson 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 Hvert stefnir stríðið í Íran? Trump valdi það, en hvað tekur við núna? Jun Þór Morikawa skrifar
Skoðun Virðisaukaskattur, raunverulegur greiðandi og áhrif á samkeppnishæfni Þórir Garðarsson skrifar
Skoðun „Faðir vor“— Ákall um að afskrifa allar skuldir og lifa í kærleika Sigurvin Lárus Jónsson skrifar