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 Lygin lekur niður á hökuna Jón Daníelsson Skoðun Ríkisfyrirtæki sem virðir ekki æðsta valdið Bryndís Haraldsdóttir Skoðun Áður en það verður of seint María Rut Kristinsdóttir Skoðun Börnin bíða meðan lausnin stendur auð Álfhildur Leifsdóttir Skoðun Líflínan Ingibjörg Isaksen Skoðun Neikvæðni í garð sjávarútvegs á Íslandi – orsakir og afleiðingar Kristín Þórarinsdóttir Skoðun D-vítamín mín besta forvörn Auður Elisabet Jóhannsdóttir Skoðun Hættum að bregðast íslensku hryssunni Rósa Líf Darradóttir Skoðun Hvað skiptir okkur mestu máli? Dóra Guðrún Guðmundsdóttir Skoðun Leiðréttingin leiðrétt Sigurgeir Brynjar Kristgeirsson Skoðun Skoðun Skoðun Hættum að bregðast íslensku hryssunni Rósa Líf Darradóttir skrifar Skoðun Börnin bíða meðan lausnin stendur auð Álfhildur Leifsdóttir skrifar Skoðun Áður en það verður of seint María Rut Kristinsdóttir skrifar Skoðun Lygin lekur niður á hökuna Jón Daníelsson skrifar Skoðun Líflínan Ingibjörg Isaksen skrifar Skoðun Ríkisfyrirtæki sem virðir ekki æðsta valdið Bryndís Haraldsdóttir skrifar Skoðun Neikvæðni í garð sjávarútvegs á Íslandi – orsakir og afleiðingar Kristín Þórarinsdóttir skrifar Skoðun Við erum hafið Guillaume Bazard skrifar Skoðun Deja Vu Sverrir Agnarsson skrifar Skoðun Mun mannkynið lifa af gervigreindina? Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar Skoðun Ríkisstofnun rassskellt Björn Ólafsson skrifar Skoðun Gjaldfrjálsar skólamáltíðir – margþættur ávinningur Ludvig Guðmundsson,Guðrún E. Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Orkuöflun á eyjaklösum - Vestmannaeyjar og Orkneyjar Gísli Stefánsson skrifar Skoðun Hugrekki getur af sér hugrekki Þorbjörg Þorvaldsdóttir skrifar Skoðun D-vítamín mín besta forvörn Auður Elisabet Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Húmanisminn í kærleikanum og kærleikurinn í húmanismanum Arndís Anna Kristínardóttir Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Helför gyðinga gegn íbúum Palestínu Birgir Dýrfjörð skrifar Skoðun Leiðréttingin leiðrétt Sigurgeir Brynjar Kristgeirsson skrifar Skoðun Hvað skiptir okkur mestu máli? Dóra Guðrún Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Mikilvægt skref til sáttar Guðmundur Ari Sigurjónsson skrifar Skoðun Staðið með þjóðinni Hanna Katrín Friðriksson skrifar Skoðun Við vitum alveg upphafið Guðný Níelsen skrifar Skoðun Betri nýting á tíma og fjármunum Reykjavíkurborgar 3/3 Magnea Gná Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Varalitur á skattagrísinum Helgi Brynjarsson skrifar Skoðun Við eigum ekki efni á vonleysi né uppgjöf Magnús Magnússon skrifar Skoðun Hingað og ekki lengra Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Hagsmunir heildarinnar - Kafli eitt: Tómlæti Íslendinga Hannes Örn Blandon skrifar Skoðun Þegar líða fer að jólum Ísak Hilmarsson skrifar Skoðun Svansvottaðar íbúðir – fjárfesting í lífsgæðum Bergþóra Góa Kvaran skrifar Skoðun D-vítamín mín besta forvörn Auður Elisabet Jóhannsdóttir 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 Neikvæðni í garð sjávarútvegs á Íslandi – orsakir og afleiðingar Kristín Þórarinsdóttir skrifar
Skoðun Gjaldfrjálsar skólamáltíðir – margþættur ávinningur Ludvig Guðmundsson,Guðrún E. Gunnarsdóttir skrifar
Skoðun Húmanisminn í kærleikanum og kærleikurinn í húmanismanum Arndís Anna Kristínardóttir Gunnarsdóttir skrifar