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 Hlíðarendi – hverfið mitt Freyr Snorrason Skoðun Framtíð löggæslu fínpússuð í tilraunastofunni Gaza Kristján Þór Sigurðsson Skoðun Alþjóðaflugvöllurinn á Akureyri: Hvar er Icelandair? Birgir Orri Ásgrímsson Skoðun Raddir, kyn og kassar Linda Björk Markúsardóttir Skoðun Leiðtogi nýrra tíma Auður Kjartansdóttir,Bjarnveig Guðbrandsdóttir,Brynhildur Einarsdóttir,Guðrún Ingadóttir,G. Sirrý Ágústsdóttir,Hafdís Gunnarsdóttir,Jónas Kári Eiríksson,Júlíus Guðni Antonsson,Ragnhildur Eva Jónsdóttir,Róbert Smári Gunnarsson Skoðun Herleysið er okkar vörn Dr. Ólína Kjerúlf Þorvarðardóttir Skoðun Magnús Karl sem næsta rektor Háskóla Íslands Sólveig Ásta Sigurðardóttir,Stefanía Benónísdóttir Skoðun Heilbrigðisyfirvöld með í samtali um hugvíkkandi meðferðir Sara María Júlíudóttir Skoðun Lukka Sjálfstæðisflokksins Inga María Hlíðar Thorsteinson Skoðun Wybory/Election/Kosningar Mateusz Gabríel K. Róbertsson Skoðun Skoðun Skoðun Herleysið er okkar vörn Dr. Ólína Kjerúlf Þorvarðardóttir skrifar Skoðun Raddir, kyn og kassar Linda Björk Markúsardóttir skrifar Skoðun Færni á vinnumarkaði – ný námsleið fyrir fólk með þroskahömlun Helga Gísladóttir skrifar Skoðun Framtíðarfyrirkomulag biðlauna formanns VR Ólafur Reimar Gunnarsson skrifar Skoðun Sannanir í dómsmáli? Rithandarrannsóknir, fyrri grein Jörgen Ingimar Hansson skrifar Skoðun Rödd friðar á móti sterkum her Anna Hildur Hildibrandsdóttir skrifar Skoðun Leiðtogi nýrra tíma Auður Kjartansdóttir,Bjarnveig Guðbrandsdóttir,Brynhildur Einarsdóttir,Guðrún Ingadóttir,G. Sirrý Ágústsdóttir,Hafdís Gunnarsdóttir,Jónas Kári Eiríksson,Júlíus Guðni Antonsson,Ragnhildur Eva Jónsdóttir,Róbert Smári Gunnarsson skrifar Skoðun Alþjóðaflugvöllurinn á Akureyri: Hvar er Icelandair? Birgir Orri Ásgrímsson skrifar Skoðun Tollflokkun rifins osts: Rangfærslur og staðreyndir Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Framtíð löggæslu fínpússuð í tilraunastofunni Gaza Kristján Þór Sigurðsson skrifar Skoðun Wybory/Election/Kosningar Mateusz Gabríel K. Róbertsson skrifar Skoðun Hver er betri sem formaður Sjálfstæðisflokksins? Þórir Garðarsson skrifar Skoðun Hlíðarendi – hverfið mitt Freyr Snorrason skrifar Skoðun Rétturinn til að hafa réttindi Arndís Anna Kristínardóttir Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Chamberlain eða Churchill leiðin? Ingibjörg Þóra Haraldsdóttir skrifar Skoðun Magnús Karl sem næsta rektor Háskóla Íslands Sólveig Ásta Sigurðardóttir,Stefanía Benónísdóttir skrifar Skoðun Heilbrigðisyfirvöld með í samtali um hugvíkkandi meðferðir Sara María Júlíudóttir skrifar Skoðun Flug er almenningsssamgöngur Ari Trausti Guðmundsson skrifar Skoðun Barátta fyrir mannréttindum aldrei verið mikilvægari Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Löggjafinn brýtur á skólabörnum (grein 1) Valdís Ingibjörg Jónsdóttir skrifar Skoðun Strandveiðar – nýliðun hægri vinstri Steindór Ingi Kjellberg skrifar Skoðun Reykurinn sást löngu fyrir brunann! Davíð Bergmann skrifar Skoðun Angist og krabbamein Auður E. Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Jens er rétti maðurinn í brúna! Anton Berg Sævarsson skrifar Skoðun Stuðningur fyrir börn í vanda getur verið lífsbjörg Stefán Guðbrandsson skrifar Skoðun Lukka Sjálfstæðisflokksins Inga María Hlíðar Thorsteinson skrifar Skoðun Silja Bára, öruggur og faglegur leiðtogi fyrir Háskóla Íslands Margrét Gíslínudóttir skrifar Skoðun Má skera börn? Magnea Gná Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Aðför að menntakerfinu Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir skrifar Skoðun Er íslenska þjóðin að eldast? Þorsteinn Þorsteinsson 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.
Leiðtogi nýrra tíma Auður Kjartansdóttir,Bjarnveig Guðbrandsdóttir,Brynhildur Einarsdóttir,Guðrún Ingadóttir,G. Sirrý Ágústsdóttir,Hafdís Gunnarsdóttir,Jónas Kári Eiríksson,Júlíus Guðni Antonsson,Ragnhildur Eva Jónsdóttir,Róbert Smári Gunnarsson Skoðun
Magnús Karl sem næsta rektor Háskóla Íslands Sólveig Ásta Sigurðardóttir,Stefanía Benónísdóttir Skoðun
Skoðun Leiðtogi nýrra tíma Auður Kjartansdóttir,Bjarnveig Guðbrandsdóttir,Brynhildur Einarsdóttir,Guðrún Ingadóttir,G. Sirrý Ágústsdóttir,Hafdís Gunnarsdóttir,Jónas Kári Eiríksson,Júlíus Guðni Antonsson,Ragnhildur Eva Jónsdóttir,Róbert Smári Gunnarsson skrifar
Skoðun Magnús Karl sem næsta rektor Háskóla Íslands Sólveig Ásta Sigurðardóttir,Stefanía Benónísdóttir skrifar
Skoðun Heilbrigðisyfirvöld með í samtali um hugvíkkandi meðferðir Sara María Júlíudóttir skrifar
Skoðun Barátta fyrir mannréttindum aldrei verið mikilvægari Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar
Skoðun Silja Bára, öruggur og faglegur leiðtogi fyrir Háskóla Íslands Margrét Gíslínudóttir skrifar
Leiðtogi nýrra tíma Auður Kjartansdóttir,Bjarnveig Guðbrandsdóttir,Brynhildur Einarsdóttir,Guðrún Ingadóttir,G. Sirrý Ágústsdóttir,Hafdís Gunnarsdóttir,Jónas Kári Eiríksson,Júlíus Guðni Antonsson,Ragnhildur Eva Jónsdóttir,Róbert Smári Gunnarsson Skoðun
Magnús Karl sem næsta rektor Háskóla Íslands Sólveig Ásta Sigurðardóttir,Stefanía Benónísdóttir Skoðun