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 Ég á´etta – ég má´etta! Stefán Pálsson Skoðun Hvað borðar þú mörg naut og kjúklinga á dag? Sigurður Árni Þórðarson Skoðun Iceland and USA Sitting in a Tree Sæþór Benjamín Randalsson Skoðun „Kiss the Ring“ – þegar ríkisvaldið krefst hlýðni af gervigreindinni Gísli Ragnar Guðmundsson Skoðun Skál! - Í boði lífeyrissjóðanna Þorsteinn Sæmundsson Skoðun Hundruð milljóna frá íslenskum skattgreiðendum til heilbrigðisþjónustu erlendis Diljá Mist Einarsdóttir Skoðun Alþjóðadagur offitunnar Gréta Jakobsdóttir,Edda Ýr Guðmundsdóttir,Erla Gerður Sveinsdóttir,Guðrún Þuríður Höskuldsdóttir,Rut Eiríksdóttir,Sigrún Kristjánsdóttir,Sólrún Ólína Sigurðardóttir,Tryggvi Helgason Skoðun Einhverfugreining og hvað svo? Elín Anna Baldursdóttir Skoðun Þegar nóg er aldrei nóg Stefán Vagn Stefánsson Skoðun Kveð bæjarstjórn eftir gefandi ár Friðrik Sigurbjörnsson Skoðun Skoðun Skoðun Ofbeldi er ekki í starfslýsingu félagsráðgjafa Thelma Eyfjörð Jónsdóttir skrifar Skoðun Hvað borðar þú mörg naut og kjúklinga á dag? Sigurður Árni Þórðarson skrifar Skoðun Einhverfugreining og hvað svo? Elín Anna Baldursdóttir skrifar Skoðun Iceland and USA Sitting in a Tree Sæþór Benjamín Randalsson skrifar Skoðun Umönnunarbilið og kerfislægar hindranir á íslenskum vinnumarkaði Kolbrún Halldórsdóttir,Sunna Símonardóttir skrifar Skoðun Skál! - Í boði lífeyrissjóðanna Þorsteinn Sæmundsson skrifar Skoðun Smáframleiðendur – vannýtt tækifæri fyrir íslenskt atvinnulíf? Sveinbjörg Rut Pétursdóttir skrifar Skoðun „Kiss the Ring“ – þegar ríkisvaldið krefst hlýðni af gervigreindinni Gísli Ragnar Guðmundsson skrifar Skoðun Kveð bæjarstjórn eftir gefandi ár Friðrik Sigurbjörnsson skrifar Skoðun Á rannsókn á Flateyri að bíða? Sóley Eiríksdóttir skrifar Skoðun Þegar nóg er aldrei nóg Stefán Vagn Stefánsson skrifar Skoðun Ég á´etta – ég má´etta! Stefán Pálsson skrifar Skoðun Fórnarkostnaður kerfisins? Olga Cilia skrifar Skoðun Heimili landsins borga fyrir pólitíska vanrækslu Gunnar Einarsson skrifar Skoðun Bækur bjarga mannslífum Þórunn Sigurðardóttir skrifar Skoðun Ofbeldi í nánum samböndum og vinnumarkaðurinn Dagný Aradóttir Pind,Eva Hjörtína Ólafsdóttir,Henný Hinz,Sigrún Birna Björnsdóttir skrifar Skoðun Hundruð milljóna frá íslenskum skattgreiðendum til heilbrigðisþjónustu erlendis Diljá Mist Einarsdóttir skrifar Skoðun Alþjóðadagur offitunnar Gréta Jakobsdóttir,Edda Ýr Guðmundsdóttir,Erla Gerður Sveinsdóttir,Guðrún Þuríður Höskuldsdóttir,Rut Eiríksdóttir,Sigrún Kristjánsdóttir,Sólrún Ólína Sigurðardóttir,Tryggvi Helgason skrifar Skoðun Sjávartengd nýsköpun skilar þjóðinni milljörðum Þorsteinn Másson skrifar Skoðun Samfélag sem ýtir undir nærandi tengsl Sanna Magdalena Mörtudóttir skrifar Skoðun Enginn á að vera einn í Reykjavík Ellen Calmon skrifar Skoðun Ég heyri og hlusta: Um heyrnarskimun í grunnskólum Alma D. Möller skrifar Skoðun Hlutverk sem ég tek með auðmýkt og ábyrgð Grétar Ingi Erlendsson skrifar Skoðun Ég hlakka til Alexandra Briem skrifar Skoðun Megum við fá bita, háttvirtur ráðherra? Katla Ósk Káradóttir skrifar Skoðun Barbabrella hægrisins í leikskólamálum Stefán Pálsson skrifar Skoðun Aðalmeðferð í dómsmáli um netsölu áfengis eftir 2 daga Siv Friðleifsdóttir skrifar Skoðun Aukin misskipting leysir ekki verðbólguvandann Finnbjörn Hermannsson,Sonja Ýr Þorbergsdóttir skrifar Skoðun Kjarnorkuvopnavæðing Norðurlanda Arnór Sigurjónsson skrifar Skoðun Móðurmálið er gjöf sem endist ævinlangt Guðbjörg Magnúsdóttir,Renata Emilsson Pesková 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.
„Kiss the Ring“ – þegar ríkisvaldið krefst hlýðni af gervigreindinni Gísli Ragnar Guðmundsson Skoðun
Hundruð milljóna frá íslenskum skattgreiðendum til heilbrigðisþjónustu erlendis Diljá Mist Einarsdóttir Skoðun
Alþjóðadagur offitunnar Gréta Jakobsdóttir,Edda Ýr Guðmundsdóttir,Erla Gerður Sveinsdóttir,Guðrún Þuríður Höskuldsdóttir,Rut Eiríksdóttir,Sigrún Kristjánsdóttir,Sólrún Ólína Sigurðardóttir,Tryggvi Helgason Skoðun
Skoðun Umönnunarbilið og kerfislægar hindranir á íslenskum vinnumarkaði Kolbrún Halldórsdóttir,Sunna Símonardóttir skrifar
Skoðun Smáframleiðendur – vannýtt tækifæri fyrir íslenskt atvinnulíf? Sveinbjörg Rut Pétursdóttir skrifar
Skoðun „Kiss the Ring“ – þegar ríkisvaldið krefst hlýðni af gervigreindinni Gísli Ragnar Guðmundsson skrifar
Skoðun Ofbeldi í nánum samböndum og vinnumarkaðurinn Dagný Aradóttir Pind,Eva Hjörtína Ólafsdóttir,Henný Hinz,Sigrún Birna Björnsdóttir skrifar
Skoðun Hundruð milljóna frá íslenskum skattgreiðendum til heilbrigðisþjónustu erlendis Diljá Mist Einarsdóttir skrifar
Skoðun Alþjóðadagur offitunnar Gréta Jakobsdóttir,Edda Ýr Guðmundsdóttir,Erla Gerður Sveinsdóttir,Guðrún Þuríður Höskuldsdóttir,Rut Eiríksdóttir,Sigrún Kristjánsdóttir,Sólrún Ólína Sigurðardóttir,Tryggvi Helgason skrifar
Skoðun Aukin misskipting leysir ekki verðbólguvandann Finnbjörn Hermannsson,Sonja Ýr Þorbergsdóttir skrifar
Skoðun Móðurmálið er gjöf sem endist ævinlangt Guðbjörg Magnúsdóttir,Renata Emilsson Pesková skrifar
„Kiss the Ring“ – þegar ríkisvaldið krefst hlýðni af gervigreindinni Gísli Ragnar Guðmundsson Skoðun
Hundruð milljóna frá íslenskum skattgreiðendum til heilbrigðisþjónustu erlendis Diljá Mist Einarsdóttir Skoðun
Alþjóðadagur offitunnar Gréta Jakobsdóttir,Edda Ýr Guðmundsdóttir,Erla Gerður Sveinsdóttir,Guðrún Þuríður Höskuldsdóttir,Rut Eiríksdóttir,Sigrún Kristjánsdóttir,Sólrún Ólína Sigurðardóttir,Tryggvi Helgason Skoðun