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 Það sem Ísland mun berjast fyrir í samningaviðræðum við ESB Þórður Snær Júlíusson Skoðun Auðvaldinu best borgið í Brussel - ekki þjóðinni Ögmundur Jónasson Skoðun Kristrún Frostadóttir sammála nei-sinnum Guðmundur Edgarsson Skoðun Er hið gamla alltaf gott? Ebba Margrèt Magnúsdóttir Skoðun Halldór 01.08.2026 Halldór Heilbrigt starfsumhverfi Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir Skoðun Þegar líðan stúlkna verður aukaatriði Lilja Benatov Hjartar Skoðun Ísland í nýrri heimsmynd Dagur Jónsson Skoðun Fullyrðingar og raunveruleikinn Jón Frímann Jónsson Skoðun RKV- eða ESB-ranglætið? Benedikt V Warén Skoðun Skoðun Skoðun Sex ástæður fyrir JÁ-i í ágúst Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Heilbrigt starfsumhverfi Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir skrifar Skoðun Ísland í nýrri heimsmynd Dagur Jónsson skrifar Skoðun Fullyrðingar og raunveruleikinn Jón Frímann Jónsson skrifar Skoðun Kristrún Frostadóttir sammála nei-sinnum Guðmundur Edgarsson skrifar Skoðun Brestur í manngæsku - ESB og flóttafólk Ari Orrason skrifar Skoðun Þegar líðan stúlkna verður aukaatriði Lilja Benatov Hjartar skrifar Skoðun Evra eða króna? Grímur Grímsson skrifar Skoðun Auðvaldinu best borgið í Brussel - ekki þjóðinni Ögmundur Jónasson skrifar Skoðun Er hið gamla alltaf gott? Ebba Margrèt Magnúsdóttir skrifar Skoðun RKV- eða ESB-ranglætið? Benedikt V Warén skrifar Skoðun „Nei“ er ekki lok málsins, - það er frestun þess Hjálmar Vilhjálmsson skrifar Skoðun Hvernig varð gervigreindin til og hvernig virkar hún? Karl Thoroddsen skrifar Skoðun Af hverju er svona erfitt að vera heiðarlegur við sjálfan sig? Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Það sem Ísland mun berjast fyrir í samningaviðræðum við ESB Þórður Snær Júlíusson skrifar Skoðun Hvar eru góðu mennirnir? Olga Björt Þórðardóttir skrifar Skoðun Slagorð í stað gagna: Grein Snorra Mássonar um ESB-aðild Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Stór orð, lítil rök og ekkert dæmi um ranga tölu – Svar til Konráðs S. Guðjónssonar Gauti B. Eggertsson skrifar Skoðun Hættulegasti tími ársins í umferðinni Ágúst Mogensen skrifar Skoðun Að neita að leita Kristrún Ágústsdóttir skrifar Skoðun ESB umræðan og gervigreindin Ólafur Hannesson skrifar Skoðun Vinnslustöðin rýrir afkomu sjómanna og landverkafólks – en til hvers? Gunnar Sigurðsson skrifar Skoðun Hver ber raunverulega ábyrgð á minkaslysinu? Anahita Sahar Babaei skrifar Skoðun Spænska knattspyrnuliðið sem héraðsmetafór fyrir Spán Jordi Oriola Folch skrifar Skoðun Gæði bygginga ráðast ekki ef reglugerðum einum saman Bergþóra Góa Kvaran skrifar Skoðun Ég hélt að þetta væri bara lítið hrúður Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Af hverju já? Reynir Böðvarsson skrifar Skoðun Ef lausnirnar eru til, af hverju eru þær ekki notaðar? Birgir Hrafn Birgisson skrifar Skoðun Óreiða á samviskunni Páll Rafnar Þorsteinsson skrifar Skoðun Fullveldi fyrir hvern? Hjálmar Vilhjálmsson 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 Af hverju er svona erfitt að vera heiðarlegur við sjálfan sig? Sigurður Árni Reynisson skrifar
Skoðun Stór orð, lítil rök og ekkert dæmi um ranga tölu – Svar til Konráðs S. Guðjónssonar Gauti B. Eggertsson skrifar
Skoðun Vinnslustöðin rýrir afkomu sjómanna og landverkafólks – en til hvers? Gunnar Sigurðsson skrifar