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 Áskorun til Þjóðkirkjunnar Skírnir Garðarsson Skoðun Ekki hluti af OKKAR Evrópu! Margrét Kristmannsdóttir Skoðun 30 milljarðar í útsvar en engin rödd í kosningum Róbert Ragnarsson Skoðun Jólakötturinn, ert það þú? Aldís Amah Hamilton,Hulda Jónsdóttir Tölgyes,Klara Ósk Elíasdóttir,Ragnheiður Gröndal,Rósa Líf Darradóttir,Valgerður Árnadóttir Skoðun Er aukin atvinnuþátttaka kostnaður fyrir samfélagið? Gunnlaugur Már Briem Skoðun Áminntur um sannsögli Jón Ármann Steinsson Skoðun Kjarninn í vörninni fyrir hagsmunum Íslands Þórður Snær Júlíusson Skoðun Er Ísland enn fullvalda? Magnús Árni Skjöld Magnússon Skoðun Mun húsnæðispakkinn hækka leigu og þar með verðbólguna? Sigrún Brynjarsdóttir Skoðun Kílómetragjald – Mun lækkun á bensíni og dísel skila sér til neytenda? Gunnar Alexander Ólafsson Skoðun Skoðun Skoðun Áminntur um sannsögli Jón Ármann Steinsson skrifar Skoðun Nvidia, Bitcoin og gamla varnarliðið: Hvað bíður Íslands? Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun Ekki hluti af OKKAR Evrópu! Margrét Kristmannsdóttir skrifar Skoðun Mikil aukning í unglingadrykkju – eða hvað? Bogi Ragnarsson skrifar Skoðun Kílómetragjald – Mun lækkun á bensíni og dísel skila sér til neytenda? Gunnar Alexander Ólafsson skrifar Skoðun Er aukin atvinnuþátttaka kostnaður fyrir samfélagið? Gunnlaugur Már Briem skrifar Skoðun Stjórnmálaflokkar á öruggu framfæri ríkis og sveitarfélaga Jóhannes Bjarni Guðmundsson skrifar Skoðun 30 milljarðar í útsvar en engin rödd í kosningum Róbert Ragnarsson skrifar Skoðun Jólakötturinn, ert það þú? Aldís Amah Hamilton,Hulda Jónsdóttir Tölgyes,Klara Ósk Elíasdóttir,Ragnheiður Gröndal,Rósa Líf Darradóttir,Valgerður Árnadóttir skrifar Skoðun Vaxtaokrið Jónas Yngvi Ásgrímsson skrifar Skoðun Er Ísland enn fullvalda? Magnús Árni Skjöld Magnússon skrifar Skoðun Ó, Reykjavík Ari Allansson skrifar Skoðun Mun húsnæðispakkinn hækka leigu og þar með verðbólguna? Sigrún Brynjarsdóttir skrifar Skoðun Leggðu íslenskunni lið Hópur stjórnarmanna Almannaróms skrifar Skoðun Þegar framtíðin hverfur Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Upplýsingar, afþreying og ógnir á Netinu Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Samráð óskast: fjölmenningarstefna Reykjavíkurborgar Oktavía Hrund Guðrúnar Jóns skrifar Skoðun Kjarninn í vörninni fyrir hagsmunum Íslands Þórður Snær Júlíusson skrifar Skoðun Til hamingju Ísland Sigurður Kári Harðarson skrifar Skoðun Vestfirðir til þjónustu reiðubúnir Þorsteinn Másson skrifar Skoðun Enn hækka fasteignaskattar í Reykjanesbæ Margrét Sanders skrifar Skoðun Áskorun til Þjóðkirkjunnar Skírnir Garðarsson skrifar Skoðun Samkennd án landamæra Guðrún Helga Jóhannsdóttir skrifar Skoðun Réttindalaus rafmagnsvinna ógnar öryggi og dregur úr trausti Pétur H. Halldórsson skrifar Skoðun Fjölmenning er ekki áskorun, hún er fjárfesting Þórdís Lóa Þórhallsdóttir skrifar Skoðun Ytra mat á ís Álfhildur Leifsdóttir,Hólmfríður Jenný Árnadóttir skrifar Skoðun Starfslok vegna kennitölu: tímaskekkja sem flýtir öldrun Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Aukinn stuðningur við leigjendur í Reykjavík Sanna Magdalena Mörtudóttir skrifar Skoðun Frelsi frá kynhlutverkum: innsýn sem breytir samböndum Þórdís Filipsdóttir skrifar Skoðun Brýtur innviðaráðherra lög? Örvar Marteinsson 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.
Jólakötturinn, ert það þú? Aldís Amah Hamilton,Hulda Jónsdóttir Tölgyes,Klara Ósk Elíasdóttir,Ragnheiður Gröndal,Rósa Líf Darradóttir,Valgerður Árnadóttir Skoðun
Kílómetragjald – Mun lækkun á bensíni og dísel skila sér til neytenda? Gunnar Alexander Ólafsson Skoðun
Skoðun Kílómetragjald – Mun lækkun á bensíni og dísel skila sér til neytenda? Gunnar Alexander Ólafsson skrifar
Skoðun Stjórnmálaflokkar á öruggu framfæri ríkis og sveitarfélaga Jóhannes Bjarni Guðmundsson skrifar
Skoðun Jólakötturinn, ert það þú? Aldís Amah Hamilton,Hulda Jónsdóttir Tölgyes,Klara Ósk Elíasdóttir,Ragnheiður Gröndal,Rósa Líf Darradóttir,Valgerður Árnadóttir skrifar
Jólakötturinn, ert það þú? Aldís Amah Hamilton,Hulda Jónsdóttir Tölgyes,Klara Ósk Elíasdóttir,Ragnheiður Gröndal,Rósa Líf Darradóttir,Valgerður Árnadóttir Skoðun
Kílómetragjald – Mun lækkun á bensíni og dísel skila sér til neytenda? Gunnar Alexander Ólafsson Skoðun