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 „Múslimahjörðin“ að taka yfir Ísland? Árni Þór Þórsson Skoðun Þegar fagleg auðmýkt víkur fyrir ofurhetjublæti Lára S. Benjnouh Skoðun Íþróttasukk Grímur Atlason Skoðun Skipulagt svelti í framhaldsskólum Guðjón Hreinn Hauksson Skoðun Golfvöllur er heilsuauðlind Steinn Baugur Gunnarsson Skoðun Sjálfstæðisflokkurinn yfirgefur okkur Lárus Bl. Sigurðsson Skoðun Að breyta borg: Frá sálrænum akkerum til staðleysu Páll Jakob Líndal Skoðun Hugleiðing um hernað Ámundi Loftsson Skoðun Farsæld barna kemur ekki af sjálfu sér Birgir Örn Guðjónsson Skoðun Börnin eiga að fá aðstoð strax og sínu umhverfi, ekki seinna og ekki annars staðar Valný Óttarsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Þegar fagleg auðmýkt víkur fyrir ofurhetjublæti Lára S. Benjnouh skrifar Skoðun Hugleiðing um hernað Ámundi Loftsson skrifar Skoðun Börnin eiga að fá aðstoð strax og sínu umhverfi, ekki seinna og ekki annars staðar Valný Óttarsdóttir skrifar Skoðun Golfvöllur er heilsuauðlind Steinn Baugur Gunnarsson skrifar Skoðun Farsæld barna kemur ekki af sjálfu sér Birgir Örn Guðjónsson skrifar Skoðun Íþróttasukk Grímur Atlason skrifar Skoðun Skipulagt svelti í framhaldsskólum Guðjón Hreinn Hauksson skrifar Skoðun Atvinna handa öllum Vilhjálmur Árnason skrifar Skoðun Að breyta borg: Frá sálrænum akkerum til staðleysu Páll Jakob Líndal skrifar Skoðun Þegar samhengi breytist – og orðræðan með Bogi Ragnarsson skrifar Skoðun Íþróttaskuld Kristinn Albertsson skrifar Skoðun Traust: Hinn ósýnilegi hornsteinn íslenskrar heilbrigðisþjónustu Jón Magnús Kristjánsson skrifar Skoðun Að vera vakandi karlmaður Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Mýtuvaxtarverkin - inngangskúrs í loftslagsafneitun Sveinn Atli Gunnarsson skrifar Skoðun Af hverju efast fólk enn – þegar loftslagsvísindin eru skýr? Eyþór Eðvarðsson skrifar Skoðun Reykjavík má ekki bregðast eldri borgurum Gunnar Einarsson skrifar Skoðun Að elska nóg til að sleppa takinu Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Ábyrgð og aðgerðir – fyrsta ár Flokks fólksins í meirihluta borgarstjórnar Einar Sveinbjörn Guðmundsson skrifar Skoðun Ný kynslóð Björg Magnúsdóttir skrifar Skoðun Manst þú eftir hverfinu þínu? Pétur Marteinsson skrifar Skoðun Málið of stórt fyrir þjóðina Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Sjálfstæðisflokkurinn yfirgefur okkur Lárus Bl. Sigurðsson skrifar Skoðun Bókun 35: Þegar Alþingi missir síðasta orðið Júlíus Valsson skrifar Skoðun „Múslimahjörðin“ að taka yfir Ísland? Árni Þór Þórsson skrifar Skoðun Ahhh! Þess vegna vill Trump eignast Grænland! Ágúst Kvaran skrifar Skoðun 35% aukning í millilandaflugi um Akureyrarflugvöll Ásthildur Sturludóttir skrifar Skoðun Við erum hjartað í boltanum Ásgeir Sveinsson skrifar Skoðun Áramótaheit sem endast Sigrún Þóra Sveinsdóttir skrifar Skoðun Vernd hvala er þjóðaröryggismál Micah Garen skrifar Skoðun Tímabært að koma böndum á gjaldskyldufrumskóginn Hanna Katrín Friðriksson 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.
Börnin eiga að fá aðstoð strax og sínu umhverfi, ekki seinna og ekki annars staðar Valný Óttarsdóttir Skoðun
Skoðun Börnin eiga að fá aðstoð strax og sínu umhverfi, ekki seinna og ekki annars staðar Valný Óttarsdóttir skrifar
Skoðun Traust: Hinn ósýnilegi hornsteinn íslenskrar heilbrigðisþjónustu Jón Magnús Kristjánsson skrifar
Skoðun Ábyrgð og aðgerðir – fyrsta ár Flokks fólksins í meirihluta borgarstjórnar Einar Sveinbjörn Guðmundsson skrifar
Börnin eiga að fá aðstoð strax og sínu umhverfi, ekki seinna og ekki annars staðar Valný Óttarsdóttir Skoðun