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? Kynntu þér reglur ritstjórnar um skoðanagreinar. Senda grein Nýsköpun og rannsóknir Mest lesið Áskorun til stjórnar RÚV: Rekið fréttastjórann Einar Steingrímsson Skoðun Sannleikurinn var ekki á stundaskrá Sigmundur Einar Másson Skoðun Saklaus uns Diljá ákveður annað Íris Erlingsdóttir Skoðun Vangaveltur um menningarlæsi borgarstjórnar Orri Jónsson Skoðun Er gervigreind að fara að stela starfinu þínu? Björn Leví Gunnarsson Skoðun Hver á upplýsingarnar um ofnæmi barnsins þíns? Bjarni Þór Ævarsson Skoðun 100 ár af dellu Helgi Tómasson Skoðun RÚV: hvað með okkur? Jónína Rósa Hjartardóttir Skoðun Útlendingaandúð í málverndarbúningi Nichole Leigh Mosty Skoðun Heimskuleg leigubremsa eða heimskulegir hagfræðingar? Stefán Ólafsson Skoðun Skoðun Skoðun Börn eftir pöntun Fæðingarorlofssjóðs Bryndís Haraldsdóttir skrifar Skoðun 100 ár af dellu Helgi Tómasson skrifar Skoðun Áskorun til ríkisstjórnarinnar: Ekki fækka borgarfulltrúm úr 23 Í 15! Guðni Freyr Öfjörð skrifar Skoðun Maðurinn sem hringdi í óvininn Einar Bárðarson skrifar Skoðun Samráð sem breytir Karólína Helga Símonardóttir skrifar Skoðun Um bakara og smiði. Hlaðvörp og skráning þeirra hjá Fjölmiðlanefnd Elfa Ýr Gylfadóttir skrifar Skoðun Farsælt framhaldslíf Steinunn Ragnarsdóttir skrifar Skoðun Það sem ég dáist að við íslenskar konur Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Bitna kjarasamningar kennara á börnunum okkar? Sigrún Ólöf Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Fíllinn í postulínsbúðinni: Veldisvöxtur breytinganna Árni Sigurðsson skrifar Skoðun Áskorun til stjórnar RÚV: Rekið fréttastjórann Einar Steingrímsson skrifar Skoðun Það eru ekki allir jafnir hér: Krefjumst jafnræðis lífsskoðunarfélaga og afnáms sérstakrar þjóðkirkju Svanur Sigurbjörnsson skrifar Skoðun Ræktum samtakamátt ASÍ Arnaldur Grétarsson skrifar Skoðun Öfugsnúið fyrirkomulag - lífeyrissjóðir okkar Aðalsteinn Júlíus Magnússon skrifar Skoðun Hver á upplýsingarnar um ofnæmi barnsins þíns? Bjarni Þór Ævarsson skrifar Skoðun Skjátími eða skjátími? Mathieu Grettir Skúlason skrifar Skoðun Stöndum með Seyðisfirði! Hannes Pétursson skrifar Skoðun 23? Björg Magnúsdóttir skrifar Skoðun Íslenskt táknmál er ekki erlent tungumál Sigurlín Margrét Sigurðardóttir skrifar Skoðun Heilbrigð þjóð þarf gott samtal Victor Guðmundsson skrifar Skoðun RÚV: hvað með okkur? Jónína Rósa Hjartardóttir skrifar Skoðun Álagsstýring: Rétt greining, valin dæmi Guðmundur Björnsson skrifar Skoðun Sannleikurinn var ekki á stundaskrá Sigmundur Einar Másson skrifar Skoðun Vangaveltur um menningarlæsi borgarstjórnar Orri Jónsson skrifar Skoðun Ásgeir hafði rétt um orsakaröðina, Ragnar um leiguverð leigjandans Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Er gervigreind að fara að stela starfinu þínu? Björn Leví Gunnarsson skrifar Skoðun Útlendingaandúð í málverndarbúningi Nichole Leigh Mosty skrifar Skoðun Þegar heimilið hættir að vera öruggt heimili Ingibjörg Dóra Scheving Bjarnadóttir skrifar Skoðun Gervigreind kallar á nýja hugsun í rekstri Þorsteinn Siglaugsson skrifar Skoðun Grein sálfræðings um að læra að opna sig Dávur í Dali 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 Áskorun til ríkisstjórnarinnar: Ekki fækka borgarfulltrúm úr 23 Í 15! Guðni Freyr Öfjörð skrifar
Skoðun Um bakara og smiði. Hlaðvörp og skráning þeirra hjá Fjölmiðlanefnd Elfa Ýr Gylfadóttir skrifar
Skoðun Það eru ekki allir jafnir hér: Krefjumst jafnræðis lífsskoðunarfélaga og afnáms sérstakrar þjóðkirkju Svanur Sigurbjörnsson skrifar
Skoðun Ásgeir hafði rétt um orsakaröðina, Ragnar um leiguverð leigjandans Sigurður Sigurðsson skrifar