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 Bob Marley og íslenskar kosningar Gísli Hvanndal Jakobsson Skoðun Ég var barnið sem vildi ekki taka í höndina á kennaranum sínum Fida Abu Libdeh Skoðun Örvæntingarfullur maður sker út grasker Þórður Snær Júlíusson Skoðun Sjálfstæðisflokkur hækkar kostnað heimilanna Kristrún Frostadóttir Skoðun Gerum þetta að kosningamáli Ágúst Ólafur Ágústsson Skoðun Ölmusuhagkerfið Unnur Rán Reynisdóttir Skoðun Eru vaxtarmörkin vandinn? Dóra Björt Guðjónsdóttir Skoðun Hver ætlar að taka fimmtu vaktina? Ákall til stjórnmálaflokka María Fjóla Harðardóttir,Halla Thoroddsen Skoðun Stóri grænþvotturinn Heiðrún Lind Marteinsdóttir Skoðun Búum til „vandamál“ – leysum það með samræmdum prófum Árelía Eydís Guðmundsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Glundroði Sjálfstæðisflokksins bitnar á hagstjórn og innviðum Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Hver ætlar að taka fimmtu vaktina? Ákall til stjórnmálaflokka María Fjóla Harðardóttir,Halla Thoroddsen skrifar Skoðun Afkastadrifin menntun og verðgildi nemenda Halldóra Mogensen skrifar Skoðun Ég er deildarstjóri í leikskóla Helga Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Draumastarfið Arnfríður Hermannsdóttir skrifar Skoðun Hjartsláttur sjávarbyggðanna Lilja Rafney Magnúsdóttir skrifar Skoðun Erum við tilbúin til að bæta menntakerfið okkar? Jónína Einarsdóttir skrifar Skoðun Eru vaxtarmörkin vandinn? Dóra Björt Guðjónsdóttir skrifar Skoðun Búum til „vandamál“ – leysum það með samræmdum prófum Árelía Eydís Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Þöggun Guðbjörg Ása Jóns Huldudóttir,Margrét Kristín Blöndal,Margrét Rut Eddudóttir,Lukka Sigurðardóttir,Sigtryggur Ari Jóhannsson,Halldóra Jóhanna Hafsteins Âû skrifar Skoðun Ölmusuhagkerfið Unnur Rán Reynisdóttir skrifar Skoðun Fyrirmyndarstjórn Viðreisnar og Samfylkingar á Reykjavíkurborg? Diljá Mist Einarsdóttir skrifar Skoðun Sjálfstæðisflokkur hækkar kostnað heimilanna Kristrún Frostadóttir skrifar Skoðun Hvar er mannúðin? Davíð Sól Pálsson skrifar Skoðun Gerum þetta að kosningamáli Ágúst Ólafur Ágústsson skrifar Skoðun Stóri grænþvotturinn Heiðrún Lind Marteinsdóttir skrifar Skoðun Örvæntingarfullur maður sker út grasker Þórður Snær Júlíusson skrifar Skoðun Vill íslenska þjóðin halda í einmenninguna? Matthildur Björnsdóttir skrifar Skoðun Inngilding eða „aðskilnaður“? Jasmina Vajzović Crnac skrifar Skoðun Vonin má aldrei deyja Guðmunda G. Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Ég var barnið sem vildi ekki taka í höndina á kennaranum sínum Fida Abu Libdeh skrifar Skoðun Um áhrif niðurskurðar á fjárlögum 2025 til kvikmyndagerðar og lista Steingrímur Dúi Másson skrifar Skoðun Bob Marley og íslenskar kosningar Gísli Hvanndal Jakobsson skrifar Skoðun Fólk eða fífl? Anna Gunndís Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Eru til lausnir við mönnunarvanda heilsugæslunnar? Gunnlaugur Már Briem skrifar Skoðun Er eitthvað mál að handtaka börn? Elsa Bára Traustadóttir skrifar Skoðun Er ferðaþjónusta útlendingavandamál? Halla Signý Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Íslenska kerfið framleiðir afbrotamenn Ágústa Ágústsdóttir skrifar Skoðun Ekki fokka þessu upp! Gunnar Dan Wiium skrifar Skoðun Kosningaloforð og hvað svo? Björn Snæbjörnsson 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.
Hver ætlar að taka fimmtu vaktina? Ákall til stjórnmálaflokka María Fjóla Harðardóttir,Halla Thoroddsen Skoðun
Skoðun Glundroði Sjálfstæðisflokksins bitnar á hagstjórn og innviðum Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar
Skoðun Hver ætlar að taka fimmtu vaktina? Ákall til stjórnmálaflokka María Fjóla Harðardóttir,Halla Thoroddsen skrifar
Skoðun Þöggun Guðbjörg Ása Jóns Huldudóttir,Margrét Kristín Blöndal,Margrét Rut Eddudóttir,Lukka Sigurðardóttir,Sigtryggur Ari Jóhannsson,Halldóra Jóhanna Hafsteins Âû skrifar
Skoðun Fyrirmyndarstjórn Viðreisnar og Samfylkingar á Reykjavíkurborg? Diljá Mist Einarsdóttir skrifar
Skoðun Um áhrif niðurskurðar á fjárlögum 2025 til kvikmyndagerðar og lista Steingrímur Dúi Másson skrifar
Hver ætlar að taka fimmtu vaktina? Ákall til stjórnmálaflokka María Fjóla Harðardóttir,Halla Thoroddsen Skoðun