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 Ofurgróði sjávarútvegs? – Hættið að afvegaleiða! Elliði Vignisson Skoðun „Fáum við einkunn fyrir þetta?“ Hulda Dögg Proppé Skoðun Rafbíllinn er ekki bara umhverfisvænn – hann er líka hagkvæmari Óskar Páll Þorgilsson Skoðun Lífeyrir skal fylgja launum Jónína Björk Óskarsdóttir Skoðun Sakar aðra um það sem hún gerir sjálf Sigurjón Þórðarson Skoðun Fánar, tákn og blómabreiður: „Enginn bjó á Íslandi fyrr en einhver kom“ Meyvant Þórólfsson Skoðun „Þú verður aldrei nóg“ - Ástæður þess að kerfið bregst innflytjendum Ian McDonald Skoðun Hrossakjöt, hroki og hleypidómar Kristján Logason Skoðun Frá Írak til Gaza: Hvað höfum við lært af lygunum og stríðsbröltinu? Helen Ólafsdóttir Skoðun Vorstjarnan hans Gunnars Smára? Guðbergur Egill Eyjólfsson Skoðun Skoðun Skoðun Lífeyrir skal fylgja launum Jónína Björk Óskarsdóttir skrifar Skoðun Fánar, tákn og blómabreiður: „Enginn bjó á Íslandi fyrr en einhver kom“ Meyvant Þórólfsson skrifar Skoðun Hvernig er staða lesblindra á Íslandi? Guðmundur S. Johnsen skrifar Skoðun Sakar aðra um það sem hún gerir sjálf Sigurjón Þórðarson skrifar Skoðun „Þú verður aldrei nóg“ - Ástæður þess að kerfið bregst innflytjendum Ian McDonald skrifar Skoðun Rafbíllinn er ekki bara umhverfisvænn – hann er líka hagkvæmari Óskar Páll Þorgilsson skrifar Skoðun Ofurgróði sjávarútvegs? – Hættið að afvegaleiða! Elliði Vignisson skrifar Skoðun Laun kvenna og karla í aðildarfélögum ASÍ og BSRB árið 2024 Sigríður Ingibjörg Ingadóttir,Steinunn Bragadóttir skrifar Skoðun „Fáum við einkunn fyrir þetta?“ Hulda Dögg Proppé skrifar Skoðun Hrossakjöt, hroki og hleypidómar Kristján Logason skrifar Skoðun Sjávarútvegur er undirstöðuatvinnuvegur – ekki einangruð tekjulind Kristinn Karl Brynjarsson skrifar Skoðun Að byggja upp á Bakka Hjálmar Bogi Hafliðason skrifar Skoðun Fiskeldi og samfélagsábyrgð Eyjólfur Ármannsson skrifar Skoðun Pólitískt raunsæi og utanríkisstefna Íslands Ragnar Anthony Antonsson Gambrell skrifar Skoðun Vorstjarnan hans Gunnars Smára? Guðbergur Egill Eyjólfsson skrifar Skoðun Fylgið fór vegna fullveldismáls Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Er Ísrael ennþá útvalin þjóð Guðs? Ómar Torfason skrifar Skoðun Flokkurinn hans Gunnars Smára? Guðbergur Egill Eyjólfsson skrifar Skoðun Raforkuverð: Stórnotendur og almenningur Ingvar Júlíus Baldursson skrifar Skoðun Hætt við að hækka ekki skatta á almenning Bryndís Haraldsdóttir skrifar Skoðun Skattafíkn í skjóli réttlætis: Tímavélin stillt á 2012 Kristinn Karl Brynjarsson skrifar Skoðun Hver borgar brúsann? Ingibjörg Isaksen skrifar Skoðun Hvers vegna berðu kross? Hrafnhildur Sigurðardóttir skrifar Skoðun Þannig gerum við þetta? Ísak Ernir Kristinsson skrifar Skoðun Stærsta framfaraskref í námsmati íslenskra barna í áratugi Guðmundur Ingi Kristinsson skrifar Skoðun Falleinkunn skólakerfis? Helga Þórisdóttir skrifar Skoðun Þjónusta sem gleður – skilar sér beint í kassann Margrét Reynisdóttir skrifar Skoðun Hvar er auðlindarentan? Birta Karen Tryggvadóttir skrifar Skoðun Miðflokkurinn – Rödd skynseminnar í borginni Ómar Már Jónsson skrifar Skoðun Virði barna og ungmenna Álfhildur Leifsdóttir,Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir 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.
Skoðun Fánar, tákn og blómabreiður: „Enginn bjó á Íslandi fyrr en einhver kom“ Meyvant Þórólfsson skrifar
Skoðun Rafbíllinn er ekki bara umhverfisvænn – hann er líka hagkvæmari Óskar Páll Þorgilsson skrifar
Skoðun Laun kvenna og karla í aðildarfélögum ASÍ og BSRB árið 2024 Sigríður Ingibjörg Ingadóttir,Steinunn Bragadóttir skrifar
Skoðun Sjávarútvegur er undirstöðuatvinnuvegur – ekki einangruð tekjulind Kristinn Karl Brynjarsson skrifar
Skoðun Stærsta framfaraskref í námsmati íslenskra barna í áratugi Guðmundur Ingi Kristinsson skrifar