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 Sjálfbær vöxtur og samheldni Halla Hrund Logadóttir Skoðun Ísland er að tapa hundruðum milljarða – eitrað framkvæmdakerfi lamar allt samfélagið Sigurður Sigurðsson Skoðun Lilja Dögg leiðtogi með tíma, fókus og tengsl við landið allt Jónína Brynjólfsdóttir,Hjálmar Bogi Hafliðason Skoðun Lærum nú einu sinni af reynslu annarra Guðmundur Ingi Þóroddsson Skoðun Svar við “Bréf til Láru” Lára G. Sigurðardóttir Skoðun Takk læknar! Siv Friðleifsdóttir Skoðun Aumingja sölumaðurinn og vonda vísindafólkið Jónas Sen Skoðun Verður Reykjavík grænasta borg Evrópu? Finnur Ricart Andrason Skoðun „Þessi helvítis ESB þráhyggja” Arnar Steinn Þórarinsson Skoðun Þegar sölumaður áfengis fræðir okkur um lýðheilsu Lára G. Sigurðardóttir Skoðun Skoðun Skoðun Nú þarf Framsókn sterka forystu Anton K. Guðmundsson skrifar Skoðun Verður Reykjavík grænasta borg Evrópu? Finnur Ricart Andrason skrifar Skoðun Sjálfbær vöxtur og samheldni Halla Hrund Logadóttir skrifar Skoðun Lilja Dögg leiðtogi með tíma, fókus og tengsl við landið allt Jónína Brynjólfsdóttir,Hjálmar Bogi Hafliðason skrifar Skoðun Lærum nú einu sinni af reynslu annarra Guðmundur Ingi Þóroddsson skrifar Skoðun Orðræðu Viðskiptaráðs um loftslagsskatta snúið upp á loftslagsmál og raunveruleikann Bergur Einarsson skrifar Skoðun Svar við “Bréf til Láru” Lára G. Sigurðardóttir skrifar Skoðun Strætó fyrir sum börn, ekki öll Karólína Helga Símonardóttir skrifar Skoðun Sjálfshólið, afsláttardagar og skuldasúpa! Svavar Guðmundsson skrifar Skoðun Aumingja sölumaðurinn og vonda vísindafólkið Jónas Sen skrifar Skoðun Ekkert um að semja? Pawel Bartoszek skrifar Skoðun Nú þarf ákvörðun, ekki afsakanir skrifar Skoðun Úr huglægu mati í mælanlega þróun Marinó G. Njálsson skrifar Skoðun Að byrgja brunninn er ódýrara Elín Anna Baldursdóttir skrifar Skoðun Af hverju þarf ríkið að selja mér vínið? Sveinn Rúnar Einarsson skrifar Skoðun Framsókn til framtíðar – Með Lilju í forystu Linda Hrönn Bakkmann Þórisdóttir skrifar Skoðun Seðlabankastjórar á villigötum… þurfa frí Örn Karlsson skrifar Skoðun Úr hverju er þessi kona gerð? Silja Dögg Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Ofbeldi MAST - Opið bréf til atvinnuvegaráðherra Árni Stefán Árnason skrifar Skoðun Íslenskt táknmál er hjartað sem alltaf slær Sigurlín Margrét Sigurðardóttir skrifar Skoðun Útgáfuáætlun námsgagna og aðgengi að stefnumótun Bogi Ragnarsson skrifar Skoðun 1-1-2 dagurinn Hjalti Sigurðsson skrifar Skoðun „Þessi helvítis ESB þráhyggja” Arnar Steinn Þórarinsson skrifar Skoðun Lækkum skatta á barnafjölskyldur Diljá Mist Einarsdóttir skrifar Skoðun Leiktjöldin Davíð Bergmann skrifar Skoðun Villigötur eru ekki alltaf merktar – svar við skoðun Bjarna Torfa Lárus Gunnarsson skrifar Skoðun 5% af alþingismanni Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Hætta að kjósa gegn sjálfum sér: Eldri borgarar eiga að standa með Flokki fólksins Gunnar Einarsson skrifar Skoðun Þegar rétturinn og réttvísin horfa undan Vigfús Eysteinsson skrifar Skoðun Efnahagsleg ábyrgð er fjölskyldumál Sandra 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.
Ísland er að tapa hundruðum milljarða – eitrað framkvæmdakerfi lamar allt samfélagið Sigurður Sigurðsson Skoðun
Lilja Dögg leiðtogi með tíma, fókus og tengsl við landið allt Jónína Brynjólfsdóttir,Hjálmar Bogi Hafliðason Skoðun
Skoðun Lilja Dögg leiðtogi með tíma, fókus og tengsl við landið allt Jónína Brynjólfsdóttir,Hjálmar Bogi Hafliðason skrifar
Skoðun Orðræðu Viðskiptaráðs um loftslagsskatta snúið upp á loftslagsmál og raunveruleikann Bergur Einarsson skrifar
Skoðun Hætta að kjósa gegn sjálfum sér: Eldri borgarar eiga að standa með Flokki fólksins Gunnar Einarsson skrifar
Ísland er að tapa hundruðum milljarða – eitrað framkvæmdakerfi lamar allt samfélagið Sigurður Sigurðsson Skoðun
Lilja Dögg leiðtogi með tíma, fókus og tengsl við landið allt Jónína Brynjólfsdóttir,Hjálmar Bogi Hafliðason Skoðun