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 Djöfulsins, helvítis, andskotans pakk Vilhjálmur H. Vilhjálmsson Skoðun Minna stress meiri ró! Magnús Jóhann Hjartarson Skoðun Frá sr. Friðriki til Eurovision: Sama woke-frásagnarvélin, sama niðurrifsverkefni gegn gyðing-kristnum rótum Vesturlanda Hilmar Kristinsson Skoðun Samherjarnir Ingi Freyr og Georg Helgi Páll Steingrímsson Skoðun Vindmyllur Þórðar Snæs Stefanía Kolbrún Ásbjörnsdóttir Skoðun Kæra Kristrún, eru Fjarðarheiðargöng of dýr? Helgi Hlynur Ásgrímsson Skoðun Hvernig varð staðan svona í Hafnarfirði? Einar Geir Þorsteinsson Skoðun Ríkisstjórn grefur undan samkeppni, þú munt borga meira Grétar Ingi Erlendsson,Erla Sif Markúsdóttir,Guðbergur Kristjánsson Skoðun Eyðilegging Kvikmyndasafns Íslands Sigurjón Baldur Hafsteinsson Skoðun Ráðherra sem talar um hlýju en tekur úrræði af veikum Elín A. Eyfjörð Ármannsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Frá sr. Friðriki til Eurovision: Sama woke-frásagnarvélin, sama niðurrifsverkefni gegn gyðing-kristnum rótum Vesturlanda Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Þingmaður með hálfsannleik um voffann Úffa Árni Stefán Árnason skrifar Skoðun Allt fyrir ekkert – eða ekkert fyrir allt? Eggert Sigurbergsson skrifar Skoðun Glansmynd án innihalds Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Kæra Kristrún, eru Fjarðarheiðargöng of dýr? Helgi Hlynur Ásgrímsson skrifar Skoðun Samvinna er eitt en samruni allt annað Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Eyðilegging Kvikmyndasafns Íslands Sigurjón Baldur Hafsteinsson skrifar Skoðun Ráðherra sem talar um hlýju en tekur úrræði af veikum Elín A. Eyfjörð Ármannsdóttir skrifar Skoðun Saman gegn fúski Benedikta Guðrún Svavarsdóttir skrifar Skoðun Ríkisstjórn grefur undan samkeppni, þú munt borga meira Grétar Ingi Erlendsson,Erla Sif Markúsdóttir,Guðbergur Kristjánsson skrifar Skoðun Hvernig varð staðan svona í Hafnarfirði? Einar Geir Þorsteinsson skrifar Skoðun Samherjarnir Ingi Freyr og Georg Helgi Páll Steingrímsson skrifar Skoðun Minna stress meiri ró! Magnús Jóhann Hjartarson skrifar Skoðun Innflytjendur, samningar og staðreyndir Birgir Orri Ásgrímsson skrifar Skoðun Vindmyllur Þórðar Snæs Stefanía Kolbrún Ásbjörnsdóttir skrifar Skoðun Ál- og kísilmarkaðir í hringiðu heimsmála Tinna Traustadóttir skrifar Skoðun Útgerðarmenn vaknið, virkjum nýjustu vísindi Svanur Guðmundsson skrifar Skoðun Hversu margar ókeypis máltíðir finnur þú í desember? Þorbjörg Sandra Bakke skrifar Skoðun Sjálfgefin íslenska – Hvernig? Ólafur Guðsteinn Kristjánsson skrifar Skoðun Vonbrigði í Vaxtamáli Breki Karlsson skrifar Skoðun Reykjalundur – lífsbjargandi þjónusta í 80 ár Magnús Sigurjón Olsen Guðmundsson skrifar Skoðun Svörin voru hroki og yfirlæti Davíð Bergmann skrifar Skoðun Umönnunarbilið – kapphlaupið við klukkuna og krónurnar Bryndís Elfa Valdemarsdóttir skrifar Skoðun Eurovision: Tímasetningin og atburðarásin sögðu meira en ákvörðunin Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Aðgerðarleysi er það sem kostar ungt fólk Jóhannes Óli Sveinsson skrifar Skoðun Að gera eða vera? Árni Sigurðsson skrifar Skoðun Af hverju umræðan um Eurovision, Ísrael og jólin hrynur þegar raunveruleikinn bankar upp á Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Skattablæti sem bitnar harðast á landsbyggðinni Þorgrímur Sigmundsson skrifar Skoðun Málfrelsi ungu kynslóðarinnar – og ábyrgðin sem bíður okkar Jóhann Ingi Óskarsson skrifar Skoðun „Við skulum syngja lítið lag...“ Arnar Eggert Thoroddsen 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.
Frá sr. Friðriki til Eurovision: Sama woke-frásagnarvélin, sama niðurrifsverkefni gegn gyðing-kristnum rótum Vesturlanda Hilmar Kristinsson Skoðun
Ríkisstjórn grefur undan samkeppni, þú munt borga meira Grétar Ingi Erlendsson,Erla Sif Markúsdóttir,Guðbergur Kristjánsson Skoðun
Skoðun Frá sr. Friðriki til Eurovision: Sama woke-frásagnarvélin, sama niðurrifsverkefni gegn gyðing-kristnum rótum Vesturlanda Hilmar Kristinsson skrifar
Skoðun Ríkisstjórn grefur undan samkeppni, þú munt borga meira Grétar Ingi Erlendsson,Erla Sif Markúsdóttir,Guðbergur Kristjánsson skrifar
Skoðun Umönnunarbilið – kapphlaupið við klukkuna og krónurnar Bryndís Elfa Valdemarsdóttir skrifar
Skoðun Eurovision: Tímasetningin og atburðarásin sögðu meira en ákvörðunin Gunnar Salvarsson skrifar
Skoðun Af hverju umræðan um Eurovision, Ísrael og jólin hrynur þegar raunveruleikinn bankar upp á Hilmar Kristinsson skrifar
Frá sr. Friðriki til Eurovision: Sama woke-frásagnarvélin, sama niðurrifsverkefni gegn gyðing-kristnum rótum Vesturlanda Hilmar Kristinsson Skoðun
Ríkisstjórn grefur undan samkeppni, þú munt borga meira Grétar Ingi Erlendsson,Erla Sif Markúsdóttir,Guðbergur Kristjánsson Skoðun