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 Að gefnu tilefni – Upplýsingar um Fjarðarheiðargöng Jónína Brynjólfsdóttir Skoðun Stórkostleg og mögnuð stöð Lára Zulima Ómarsdóttir Skoðun Eðlisfræði - ekki pólitík Ása Berglind Hjálmarsdóttir Skoðun Opið bréf til borgarstjórnar Reykjavíkur Þorsteinn Jóhannsson,Arnar Össur Harðarson,Hlín Gísladóttir Skoðun Brýtur innviðaráðherra lög? Örvar Marteinsson Skoðun Vaxandi samfélag þarf sterkari innviði - Tími til að fjárfesta í framtíð HSU Sveinn Ægir Birgisson Skoðun The Thing og íslenska Tryggvi Pétur Brynjarsson Skoðun Verð og vöruúrval Arnar Sigurðsson Skoðun Er virkilega hvergi pláss fyrir einhverfan forritara? Elísabet Guðrúnar Jónsdóttir Skoðun Þessir píkubörðu menn Eva Hauksdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Frelsi frá kynhlutverkum: innsýn sem breytir samböndum Þórdís Filipsdóttir skrifar Skoðun Brýtur innviðaráðherra lög? Örvar Marteinsson skrifar Skoðun The Thing og íslenska Tryggvi Pétur Brynjarsson skrifar Skoðun Verð og vöruúrval Arnar Sigurðsson skrifar Skoðun Vaxandi samfélag þarf sterkari innviði - Tími til að fjárfesta í framtíð HSU Sveinn Ægir Birgisson skrifar Skoðun Eðlisfræði - ekki pólitík Ása Berglind Hjálmarsdóttir skrifar Skoðun Opið bréf til borgarstjórnar Reykjavíkur Þorsteinn Jóhannsson,Arnar Össur Harðarson,Hlín Gísladóttir skrifar Skoðun Stórkostleg og mögnuð stöð Lára Zulima Ómarsdóttir skrifar Skoðun Að gefnu tilefni – Upplýsingar um Fjarðarheiðargöng Jónína Brynjólfsdóttir skrifar Skoðun Þegar Guð breytist í ljósmóður – og þegar kvöldmáltíðin breytist í annað en borð Drottins Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Reiði og bjartsýni á COP30 Þorgerður María Þorbjarnardóttir skrifar Skoðun Heldur málþófið áfram? Bolli Héðinsson skrifar Skoðun Gervigreindin brotlendir: Notendum fækkar, áhugi minnkar, ávinningur enginn, traustið núll Brynjólfur Þorvarðsson skrifar Skoðun Þessir píkubörðu menn Eva Hauksdóttir skrifar Skoðun Tolladeilur og hagsmunavörn í alþjóðaviðskiptum Eiríkur Björn Björgvinsson skrifar Skoðun Betra námsumhverfi fyrir börn í Reykjavík Bjarnveig Birta Bjarnadóttir skrifar Skoðun Á sjötugsaldri inn í nýja iðnbyltingu: Ferðalagið mitt og tækifæri Íslands í gervigreind Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun Ísland að grotna niður í fjöldaferðamennsku Eggert Sigurbergsson skrifar Skoðun Er virkilega hvergi pláss fyrir einhverfan forritara? Elísabet Guðrúnar Jónsdóttir skrifar Skoðun Fjárfesting til framtíðar - Fjárfestum í börnum Karólína Helga Símonardóttir skrifar Skoðun Kæra foreldri, verður barnið þitt af verulegum árs- og ævitekjum ? Jón Pétur Zimsen skrifar Skoðun Nóvember er tími netsvikara Gústaf Steingrímsson skrifar Skoðun Hvernig eigum við að mæta gervigreind í skólanum? Geir Finnsson skrifar Skoðun Valkvæð Sýn Hallmundur Albertsson skrifar Skoðun Draumurinn um jafna foreldraábyrgð sem varð að martröð þolenda ofbeldis í nánum samböndum Sigrún Sif Eyfeld Jóelsdóttir,Kolbrún Dögg Arnardóttir skrifar Skoðun Virkjanir í byggð – er farið að lögum? Gerður Stefánsdóttir skrifar Skoðun Hver vill eldast ? Ebba Margrét Magnúsdóttir skrifar Skoðun Frá stressi í sjálfstraust: Skrefin sem skipta máli á prófatíma Elín A. Eyfjörð Ármannsdóttir skrifar Skoðun Þögnin, skömmin og kerfið Sigríður Svanborgardóttir skrifar Skoðun Af hverju er ekki hægt að framfylgja ákvörðunum Útlendingastofnunar? Arndís Anna Kristínardóttir Gunnarsdóttir 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.
Opið bréf til borgarstjórnar Reykjavíkur Þorsteinn Jóhannsson,Arnar Össur Harðarson,Hlín Gísladóttir Skoðun
Vaxandi samfélag þarf sterkari innviði - Tími til að fjárfesta í framtíð HSU Sveinn Ægir Birgisson Skoðun
Skoðun Vaxandi samfélag þarf sterkari innviði - Tími til að fjárfesta í framtíð HSU Sveinn Ægir Birgisson skrifar
Skoðun Opið bréf til borgarstjórnar Reykjavíkur Þorsteinn Jóhannsson,Arnar Össur Harðarson,Hlín Gísladóttir skrifar
Skoðun Þegar Guð breytist í ljósmóður – og þegar kvöldmáltíðin breytist í annað en borð Drottins Hilmar Kristinsson skrifar
Skoðun Gervigreindin brotlendir: Notendum fækkar, áhugi minnkar, ávinningur enginn, traustið núll Brynjólfur Þorvarðsson skrifar
Skoðun Á sjötugsaldri inn í nýja iðnbyltingu: Ferðalagið mitt og tækifæri Íslands í gervigreind Sigvaldi Einarsson skrifar
Skoðun Kæra foreldri, verður barnið þitt af verulegum árs- og ævitekjum ? Jón Pétur Zimsen skrifar
Skoðun Draumurinn um jafna foreldraábyrgð sem varð að martröð þolenda ofbeldis í nánum samböndum Sigrún Sif Eyfeld Jóelsdóttir,Kolbrún Dögg Arnardóttir skrifar
Skoðun Frá stressi í sjálfstraust: Skrefin sem skipta máli á prófatíma Elín A. Eyfjörð Ármannsdóttir skrifar
Skoðun Af hverju er ekki hægt að framfylgja ákvörðunum Útlendingastofnunar? Arndís Anna Kristínardóttir Gunnarsdóttir skrifar
Opið bréf til borgarstjórnar Reykjavíkur Þorsteinn Jóhannsson,Arnar Össur Harðarson,Hlín Gísladóttir Skoðun
Vaxandi samfélag þarf sterkari innviði - Tími til að fjárfesta í framtíð HSU Sveinn Ægir Birgisson Skoðun