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 Er þetta virkilega svarið frá Þjóðkirkjunni? – þegar barn þarf að flýja úr helgidóm Hilmar Kristinsson Skoðun Glerbrotin í ryksugupokanum Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir Skoðun Hvernig léttum við daglega lífið þitt? Einar Geir Þorsteinsson Skoðun Túrverkir og hitakóf – má ræða það í vinnunni? Já endilega! Katrín Björg Ríkarðsdóttir Skoðun Stóriðjutíminn á Íslandi er að renna sitt skeið Guðmundur Franklin Jónsson Skoðun Draghi-skýrslan og veikleikar Íslands Pawel Bartoszek Skoðun Nokkur orð um sérlausn í flugi Birna Sigrún Hallsdóttir,Hrafnhildur Bragadóttir Skoðun Kína mun ekki bjarga Vesturlöndum að þessu sinni Sæþór Randalsson Skoðun Fyrirmyndar forvarnarstefna í Mosfellsbæ Kjartan Helgi Ólafsson Skoðun Bakslag í opinberri þróunarsamvinnu Gunnar Salvarsson Skoðun Skoðun Skoðun Til hamingju Víkingur Heiðar! Halla Hrund Logadóttir skrifar Skoðun Sjálfbærni með í för – Vegagerðin stígur skref í átt að loftslagsvænni framkvæmdum Hólmfríður Bjarnadóttir skrifar Skoðun Þegar krónur skipta meira máli en velferð barna: Ástæður þess að enginn bauð í skólamáltíðir í Hafnarfirði Jón Ingi Hákonarson skrifar Skoðun Líf eftir afplánun – þegar stuðningur gerir frelsið raunverulegt Steinunn Ósk Óskarsdóttir skrifar Skoðun Á hvorum endanum viljum við byrja að skera af? Davíð Már Sigurðsson skrifar Skoðun Þegar krónur skipta meira máli en velferð barna Jón Ingi Hákonarson skrifar Skoðun Bakslag í opinberri þróunarsamvinnu Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Fyrirmyndar forvarnarstefna í Mosfellsbæ Kjartan Helgi Ólafsson skrifar Skoðun Hvernig léttum við daglega lífið þitt? Einar Geir Þorsteinsson skrifar Skoðun Kína mun ekki bjarga Vesturlöndum að þessu sinni Sæþór Randalsson skrifar Skoðun Er þetta virkilega svarið frá Þjóðkirkjunni? – þegar barn þarf að flýja úr helgidóm Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Átta mýtur klesstar inn í raunveruleikann - hvað er satt og hvað er logið um gervigreindina? Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun Glerbrotin í ryksugupokanum Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir skrifar Skoðun Túrverkir og hitakóf – má ræða það í vinnunni? Já endilega! Katrín Björg Ríkarðsdóttir skrifar Skoðun Draghi-skýrslan og veikleikar Íslands Pawel Bartoszek skrifar Skoðun Nokkur orð um sérlausn í flugi Birna Sigrún Hallsdóttir,Hrafnhildur Bragadóttir skrifar Skoðun Geta öll dýrin í skóginum verið vinir? Steinar Bragi Sigurjónsson skrifar Skoðun Iðjuþjálfun í verki Þóra Leósdóttir skrifar Skoðun Mannfræðingar á atvinnumarkaði: opið bréf til íslenskra atvinnuveitenda Elísabet Dröfn Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Íbúðalán Landsbankans og fyrstu kaupendur Helgi Teitur Helgason skrifar Skoðun Að læra íslensku sem annað mál: ný brú milli íslensku og ensku Guðrún Nordal skrifar Skoðun Hamona Benedikt S. Benediktsson skrifar Skoðun Ógn og ofbeldi á vinnustöðum – hvað er til ráða Gísli Níls Einarsson skrifar Skoðun Lesum meira með börnunum okkar Steinn Jóhannsson skrifar Skoðun Kynjajafnrétti á ekki að stöðvast við hurð heilbrigðiskerfisins Elín A. Eyfjörð Ármannsdóttir skrifar Skoðun Stóriðjutíminn á Íslandi er að renna sitt skeið Guðmundur Franklin Jónsson skrifar Skoðun Núll mínútur og þrjátíuogeittþúsund Grétar Birgisson skrifar Skoðun Barnvæn borg byggist á traustu leikskólakerfi Stefán Pettersson skrifar Skoðun Kirkjur og kynfræðsla Bjarni Karlsson skrifar Skoðun Ójöfnuður í fjármögnun nýsköpunarverkefna Elinóra Inga Sigurðardóttir 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.
Er þetta virkilega svarið frá Þjóðkirkjunni? – þegar barn þarf að flýja úr helgidóm Hilmar Kristinsson Skoðun
Skoðun Sjálfbærni með í för – Vegagerðin stígur skref í átt að loftslagsvænni framkvæmdum Hólmfríður Bjarnadóttir skrifar
Skoðun Þegar krónur skipta meira máli en velferð barna: Ástæður þess að enginn bauð í skólamáltíðir í Hafnarfirði Jón Ingi Hákonarson skrifar
Skoðun Líf eftir afplánun – þegar stuðningur gerir frelsið raunverulegt Steinunn Ósk Óskarsdóttir skrifar
Skoðun Er þetta virkilega svarið frá Þjóðkirkjunni? – þegar barn þarf að flýja úr helgidóm Hilmar Kristinsson skrifar
Skoðun Átta mýtur klesstar inn í raunveruleikann - hvað er satt og hvað er logið um gervigreindina? Sigvaldi Einarsson skrifar
Skoðun Túrverkir og hitakóf – má ræða það í vinnunni? Já endilega! Katrín Björg Ríkarðsdóttir skrifar
Skoðun Mannfræðingar á atvinnumarkaði: opið bréf til íslenskra atvinnuveitenda Elísabet Dröfn Kristjánsdóttir skrifar
Skoðun Kynjajafnrétti á ekki að stöðvast við hurð heilbrigðiskerfisins Elín A. Eyfjörð Ármannsdóttir skrifar
Er þetta virkilega svarið frá Þjóðkirkjunni? – þegar barn þarf að flýja úr helgidóm Hilmar Kristinsson Skoðun