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 „Hvernig veit ég hvort ég hafi gert eitthvað við konu án samþykkis?“ Guðný S. Bjarnadóttir Skoðun Helförin var bara fugladrit Helgi Gunnlaugsson Skoðun Af hverju ekki að segja Nei … af hverju ætti að segja kannski? Gunnar Ármannsson Skoðun Er dr. Henry Alexander bara til punts? Henry Alexander Henrysson Skoðun Árásargjarnir lobbíistar vindorkuiðnaðarins Anna Soffia Kristjánsdóttir Skoðun Síðustu móhíkanarnir Viðar Halldórsson Skoðun Hvern vantar enn við borðið? Jana Birta Björnsdóttir,Jónína Rósa Hjartardóttir Skoðun EES fyrir fyrirtækin, ESB fyrir fólkið? Yngvi Ómar Sigrúnarson Skoðun Hvað þarf að vera til staðar ef dánaraðstoð verður heimiluð? Ingrid Kuhlman Skoðun 19. júní í skugga bakslags: Jafnrétti er ekki sjálfgefið Martha Lilja Olsen Skoðun Skoðun Skoðun Sumarsólstöður: Tími birtu, þakklætis og helgisiða Þuríður Stefánsdóttir skrifar Skoðun Skýr mörk fyrir vindorku, sterkari vernd fyrir náttúruna Ása Berglind Hjálmarsdóttir skrifar Skoðun Hver hugsar þegar þú notar gervigreind — þú eða vélin? Halldór Jörgen Olesen skrifar Skoðun Mannréttindastofnun og réttindagæsla fatlaðs fólks Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Af hverju ekki að segja Nei … af hverju ætti að segja kannski? Gunnar Ármannsson skrifar Skoðun Árásargjarnir lobbíistar vindorkuiðnaðarins Anna Soffia Kristjánsdóttir skrifar Skoðun 19. júní í skugga bakslags: Jafnrétti er ekki sjálfgefið Martha Lilja Olsen skrifar Skoðun Helförin var bara fugladrit Helgi Gunnlaugsson skrifar Skoðun Síðustu móhíkanarnir Viðar Halldórsson skrifar Skoðun „Hvernig veit ég hvort ég hafi gert eitthvað við konu án samþykkis?“ Guðný S. Bjarnadóttir skrifar Skoðun EES fyrir fyrirtækin, ESB fyrir fólkið? Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar Skoðun Hvern vantar enn við borðið? Jana Birta Björnsdóttir,Jónína Rósa Hjartardóttir skrifar Skoðun Áfram gakk Þorbjörg S. Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Hvað þarf að vera til staðar ef dánaraðstoð verður heimiluð? Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Hver borgar þegar samningurinn er svikinn? Hrönn Stefánsdóttir skrifar Skoðun ESB aðild er óskynsamleg frá efnahagslegu sjónarmiði Kristinn Sv. Helgason skrifar Skoðun Er kominn tími á nýtt norrænt leiðtogahlutverk? Haukur Logi Jóhannsson skrifar Skoðun Þegar fyrirmyndirnar horfa í skjáinn Hjálmar Bogi Hafliðason skrifar Skoðun Hver framleiðir matinn okkar eftir 20 ár? Þórarinn Ingi Pétursson skrifar Skoðun Er dr. Henry Alexander bara til punts? Henry Alexander Henrysson skrifar Skoðun Gervigreind er að breyta því hvað það þýðir að vera góður stjórnandi Gísli Rafn Ólafsson skrifar Skoðun Af hverju borgum við evrópsk metverð fyrir grænmeti sem endist í tvo daga? Valerio Gargiulo skrifar Skoðun Mikilvægur áfangi fyrir Norðurland og landið allt Heimir Örn Árnason skrifar Skoðun Stjórnsýsluframkvæmd við vörslusviptingu búfjár, meðalhóf eða flýtilausn? Sævar Þór Jónsson skrifar Skoðun Frelsi ungra Íslendinga til framtíðar Hjörvar Sigurðsson skrifar Skoðun Evrópa í áfalli, skilin eftir í gervigreindarkapphlaupinu. Verður Ísland líka utangátta? Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar Skoðun Til hamingju með Þjóðarhöll! Dagur B. Eggertsson skrifar Skoðun Hugleiðing í tilefni að þjóðhátíðardegi Íslands: Grundvöllur sjálfstæðisins var barátta þeirra fátæku fyrir betra samfélagi Ágúst Valves Jóhannesson skrifar Skoðun Hvernig verjum við sjálfstæði Íslands til framtíðar? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Staðreyndir og fræðsla um flugmannsstarfið Matthías Arngrímsson 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 „Hvernig veit ég hvort ég hafi gert eitthvað við konu án samþykkis?“ Guðný S. Bjarnadóttir skrifar
Skoðun Gervigreind er að breyta því hvað það þýðir að vera góður stjórnandi Gísli Rafn Ólafsson skrifar
Skoðun Af hverju borgum við evrópsk metverð fyrir grænmeti sem endist í tvo daga? Valerio Gargiulo skrifar
Skoðun Stjórnsýsluframkvæmd við vörslusviptingu búfjár, meðalhóf eða flýtilausn? Sævar Þór Jónsson skrifar
Skoðun Evrópa í áfalli, skilin eftir í gervigreindarkapphlaupinu. Verður Ísland líka utangátta? Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar
Skoðun Hugleiðing í tilefni að þjóðhátíðardegi Íslands: Grundvöllur sjálfstæðisins var barátta þeirra fátæku fyrir betra samfélagi Ágúst Valves Jóhannesson skrifar