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 Áskrift í sund á verði Netflix Kristinn Jón Ólafsson Skoðun Ísland í klóm myglunnar – Kerfisbundið lögleysi og stjórnsýslulegt gáleysi Sigurður Sigurðsson Skoðun Kominn tími á samfélagssáttmála um leikskóla eins og á hinum Norðurlöndunum Jóhann Páll Jóhannsson Skoðun Viska stéttarfélag: Sameinuð og skynsöm rödd til framtíðar Sigrún Einarsdóttir Skoðun Ælt við dæluna Þorsteinn Sæmundsson Skoðun Fyrir enn betri Akureyrarbæ Berglind Ósk Guðmundsdóttir Skoðun Andstaðan við að tryggja að neytendur fái lækkun við dælu Þórður Snær Júlíusson Skoðun Íbúasamráð í sveitarfélögum Sigurborg Kr. Hannesdóttir Skoðun Sólveig Anna um stöðu verkafólks innan eða utan ESB Þorvaldur Ingi Jónsson Skoðun Vill meirihlutinn í Reykjavíkurborg ekki hlusta á íbúa? Fanný Gunnarsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Vill meirihlutinn í Reykjavíkurborg ekki hlusta á íbúa? Fanný Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Íbúasamráð í sveitarfélögum Sigurborg Kr. Hannesdóttir skrifar Skoðun Raunverulegt val fyrir foreldra í Hafnarfirði Signý Jóna Tryggvadóttir skrifar Skoðun Þröngt mega sáttir? Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir skrifar Skoðun Ungt fólk, sjávarútvegur og framtíð íslensks efnahagslífs Júlíus Valsson skrifar Skoðun Kominn tími á samfélagssáttmála um leikskóla eins og á hinum Norðurlöndunum Jóhann Páll Jóhannsson skrifar Skoðun Ælt við dæluna Þorsteinn Sæmundsson skrifar Skoðun Sólveig Anna um stöðu verkafólks innan eða utan ESB Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Þurfum við ný lyf? Ragnhildur Reynisdóttir skrifar Skoðun Treður hið opinbera sér í hleðslugatið? Ólafur Stephensen skrifar Skoðun Það þarf kjark til að byggja bæ til framtíðar - Kópavogur er í sókn Leifur Andri Leifsson skrifar Skoðun Viska stéttarfélag: Sameinuð og skynsöm rödd til framtíðar Sigrún Einarsdóttir skrifar Skoðun Fyrir enn betri Akureyrarbæ Berglind Ósk Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Áskrift í sund á verði Netflix Kristinn Jón Ólafsson skrifar Skoðun Kvíðakast einstæðingsins Sólveig Skaftadóttir skrifar Skoðun Hvað ætlar Akureyri að verða þegar hún verður stór? Sindri S. Kristjánsson skrifar Skoðun Fjarðarheiðargöng og lenging flugbrautar á Egilsstöðum eru þjóðaröryggismál Berglind Harpa Svavarsdóttir skrifar Skoðun Andstaðan við að tryggja að neytendur fái lækkun við dælu Þórður Snær Júlíusson skrifar Skoðun Hafnarfjörður í sókn með skýra sýn og hlýja forystu Alexander M Árnason skrifar Skoðun Þegar við lærum að þóknast – og gleymum sjálfum okkur Kristín Magdalena Ágústsdóttir skrifar Skoðun Ísland í klóm myglunnar – Kerfisbundið lögleysi og stjórnsýslulegt gáleysi Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Náttúruverndin er munaðarlaus í Hafnarfirði Anna Sigríður Sigurðardóttir,Davíð Arnar Stefánsson skrifar Skoðun Íslenskt mállíkan – fullveldi eða útvistunarsamningur? Jón Guðnason,Hrafn Loftsson,Stefán Ólafsson,Kristinn R. Þórisson,Hannes Högni Vilhjálmsson,Henning Arnór Úlfarsson skrifar Skoðun Þegar öldrun birtist okkur eins og hún er Berglind Indriðadóttir skrifar Skoðun Klárum verkin fyrir börnin og íþróttafólkið okkar Lárus Jónsson,Jónas Guðnason skrifar Skoðun Hver borgar fyrir auknar strandveiðar? Björk Ingvarsdóttir,Mikael Rafn L. Steingrímsson skrifar Skoðun Ég skildi ekki Íslendinga fyrst Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Stöðu minnar vegna Kristín Helga Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Enn eitt neyðarkall Vilhelm Jónsson skrifar Skoðun Dúllur okkar daga Hallgrímur Helgason 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.
Ísland í klóm myglunnar – Kerfisbundið lögleysi og stjórnsýslulegt gáleysi Sigurður Sigurðsson Skoðun
Kominn tími á samfélagssáttmála um leikskóla eins og á hinum Norðurlöndunum Jóhann Páll Jóhannsson Skoðun
Skoðun Kominn tími á samfélagssáttmála um leikskóla eins og á hinum Norðurlöndunum Jóhann Páll Jóhannsson skrifar
Skoðun Það þarf kjark til að byggja bæ til framtíðar - Kópavogur er í sókn Leifur Andri Leifsson skrifar
Skoðun Fjarðarheiðargöng og lenging flugbrautar á Egilsstöðum eru þjóðaröryggismál Berglind Harpa Svavarsdóttir skrifar
Skoðun Ísland í klóm myglunnar – Kerfisbundið lögleysi og stjórnsýslulegt gáleysi Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Náttúruverndin er munaðarlaus í Hafnarfirði Anna Sigríður Sigurðardóttir,Davíð Arnar Stefánsson skrifar
Skoðun Íslenskt mállíkan – fullveldi eða útvistunarsamningur? Jón Guðnason,Hrafn Loftsson,Stefán Ólafsson,Kristinn R. Þórisson,Hannes Högni Vilhjálmsson,Henning Arnór Úlfarsson skrifar
Skoðun Hver borgar fyrir auknar strandveiðar? Björk Ingvarsdóttir,Mikael Rafn L. Steingrímsson skrifar
Ísland í klóm myglunnar – Kerfisbundið lögleysi og stjórnsýslulegt gáleysi Sigurður Sigurðsson Skoðun
Kominn tími á samfélagssáttmála um leikskóla eins og á hinum Norðurlöndunum Jóhann Páll Jóhannsson Skoðun