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 Ný rannsókn með stórfrétt? Björn Ólafsson Skoðun SFS „tekur“ umræðuna líka Elías Pétur Viðfjörð Þórarinsson Skoðun Ísland einn jaðar á einum stað? Hjálmar Bogi Hafliðason Skoðun Stóru málin: Börn í leikskólum, ekki á biðlistum Aðalsteinn Leifsson Skoðun Yfir 250 milljarðar út í loftið Lárus Bl. Sigurðsson Skoðun Ó borg, mín borg Eva Þorsteinsdóttir Skoðun Að vilja ekki borga fyrir félagslega þjónustu Birgir Örn Guðjónsson Skoðun Apar í fæðingarorlofi Haukur Þorgeirsson Skoðun Markmið fyrir iðnað, innantóm orð fyrir náttúru Elvar Örn Friðriksson Skoðun Milljarðasóun í boði andvaraleysis – Illa farið með almannafé og fólk Davíð Bergmann Skoðun Skoðun Skoðun Að vilja ekki borga fyrir félagslega þjónustu Birgir Örn Guðjónsson skrifar Skoðun Stóru málin: Börn í leikskólum, ekki á biðlistum Aðalsteinn Leifsson skrifar Skoðun Ísland einn jaðar á einum stað? Hjálmar Bogi Hafliðason skrifar Skoðun Ný rannsókn með stórfrétt? Björn Ólafsson skrifar Skoðun Eru kórallar á leið í sögubækurnar? Jean-Rémi Chareyre skrifar Skoðun Formannsslagur FF – breytingar, samfella og spurningin um forgangsröðun Bogi Ragnarsson skrifar Skoðun Frjálshyggja með fyrirvara Finnur Th. Eiríksson skrifar Skoðun Apar í fæðingarorlofi Haukur Þorgeirsson skrifar Skoðun Hvaða eðli? Viktor Orri Valgarðsson skrifar Skoðun Við þurfum Dóru Björt í borgarstjórn Íris Stefanía Skúladóttir skrifar Skoðun Samfylking til framtíðar Bjarnveig Birta Bjarnadóttir,Stein Olav Romslo skrifar Skoðun Steinunni í borgarstjórn Sigríður Ingibjörg Ingadóttir skrifar Skoðun Drengirnir á matseðlinum Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Ó borg, mín borg Eva Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Villtur lax má ekki vera fórnarkostnaður Dagur Fannar Ólafsson skrifar Skoðun Ísland á krossgötum: Raunsæi eða tálsýn? Davíð Bergmann skrifar Skoðun Gervigreindin er risi á brauðfótum: Hve tæpt stöndum við í raun? Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar Skoðun Fjárfesting í vatni er fjárfesting í framtíðinni Jón Pétur Wilke Gunnarsson skrifar Skoðun Lýðræðisveisla Guðný Birna Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Mótmæli bænda í ESB náðu eyrum þingsins í Strassborg Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Borgin sem við byggjum er borg framtíðarinnar Heiða Björg Hilmisdóttir skrifar Skoðun Um tvo frídaga að vetri: Annan nýjan, hinn eldri Guðmundur D. Haraldsson skrifar Skoðun Viðhaldsstjórnun Sveinn V. Ólafsson skrifar Skoðun Yfir 250 milljarðar út í loftið Lárus Bl. Sigurðsson skrifar Skoðun Inga Sæland Árný Björg Blandon skrifar Skoðun Afnám lagaskyldu til jafnlaunavottunar er gott - en gullhúðað Ólafur Stephensen skrifar Skoðun Happafengur í Reykjavík Hjálmar Sveinsson skrifar Skoðun Hver leyfði aðgangsgjald að náttúruperlum? Runólfur Ólafsson,Breki Karlsson skrifar Skoðun Varúðarmörk eru ekki markmið Jóhann Helgi Stefánsson skrifar Skoðun Opið bréf til meirihluta Reykjavíkurborgar: 850% hækkun gjalda hjá Reykjavíkurborg og skekkt samkeppnisstaða Erik Figueras Torras 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 Formannsslagur FF – breytingar, samfella og spurningin um forgangsröðun Bogi Ragnarsson skrifar
Skoðun Gervigreindin er risi á brauðfótum: Hve tæpt stöndum við í raun? Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar
Skoðun Opið bréf til meirihluta Reykjavíkurborgar: 850% hækkun gjalda hjá Reykjavíkurborg og skekkt samkeppnisstaða Erik Figueras Torras skrifar