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 Ef Ísland gengur í Evrópusambandið flyt ég til Danmerkur Benedikt Jóhannesson Skoðun Hræðsluáróður og staðreyndir um orkuauðlindir Jóhann Páll Jóhannsson Skoðun Skítamixsumarið mikla Hulda Hallgrímsdóttir Skoðun Samningaviðræður um Evrópusambandsaðild, já eða nei? Magnús Tumi Guðmundsson Skoðun Ný komugjöld í heilbrigðisþjónustu munu stórauka kostnaðarhlut sjúklinga Halldór Rafn Halldórsson Skoðun Hagsmunir Reykvíkinga og loðfíllinn í Ráðhúsinu Pétur Marteinsson Skoðun Það eru breyttir tímar Þóroddur Ingvarsson Skoðun Gætum við haft það betra? Eydís Ásbjörnsdóttir Skoðun Þessir þröngsýnu ungu bændur Sunna Þórarinsdóttir Skoðun 30 dæmi um villandi framsetningu í efnahagsgreiningu Áfram Íslands Gauti B. Eggertsson Skoðun Skoðun Skoðun Ástkæra, ylhýra, orðljóta málið… mitt Íris Erlingsdóttir skrifar Skoðun Referendum: Gratitude and Outlook from the Swiss Substitute Carl Baudenbacher skrifar Skoðun Eru 532 milljarðar minni tala en 245 milljarðar? Egill Almar Ágústsson skrifar Skoðun Lágir vextir og lágt vöruverð? Reynir Zoëga skrifar Skoðun Óviss um ESB? Segðu nei Jón Ívar Einarsson skrifar Skoðun Hóparnir þrír sem segja JÁ Rúnar Vilhjálmsson skrifar Skoðun Segðu bara nei við sölumanninn Egill Gautason skrifar Skoðun Sagan endurtekur sig Daði Már Kristófersson skrifar Skoðun Viltu hætta á samsekt í þjóðarmorði eða stríðsrekstri fyrir hagnað annarra? Bergljót T. Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Í krónuklóm Jón Bragi Gunnlaugsson skrifar Skoðun Landsvirkjun, „Ísland allt“ og óvissan um ESB-aðild Þorgrímur Sigmundsson skrifar Skoðun Breytt heimsmynd Sigurgeir Jónasson skrifar Skoðun Komin með nóg af umræðu um ESB? Diljá Mist Einarsdóttir skrifar Skoðun Við höfum engu að tapa – þess vegna segi ég já Sindri S. Kristjánsson skrifar Skoðun Nýr samfélagssáttmáli: Lífeyrissjóðir, bankakerfi og afnám verðtryggingar — raunhæf leið til stöðugleika í kjarasamningum og styrkingar lánshæfismats Íslands Eggert Guðmundsson skrifar Skoðun Ísland og evran Höskuldur Einarsson skrifar Skoðun Gosi og gylliboðin Kristín Thoroddsen skrifar Skoðun Ný komugjöld í heilbrigðisþjónustu munu stórauka kostnaðarhlut sjúklinga Halldór Rafn Halldórsson skrifar Skoðun Spánverjar vilja íslenskan sjávarútveg Gunnar Bragi Sveinsson skrifar Skoðun Fólkið eða peningarnir? Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar Skoðun Stöndum vörð um...hvað? Ingibjörg Rósa Björnsdóttir skrifar Skoðun Hvaða ákvæði læknasamningsins voru mistök? Steinunn Þórðardóttir skrifar Skoðun Fullveldi hvað Ólafur Hannesson skrifar Skoðun Nei er ókei Ágúst Valves Jóhannesson skrifar Skoðun Hvað ef? Pétur B. Sveinsson skrifar Skoðun Húsnæðisvextir lækka ekki sjálfkrafa með evru Magnús B. Jóhannesson skrifar Skoðun Mun ESB hjálpa við vegagerð á Íslandi? Jón Þorvaldur Heiðarsson skrifar Skoðun Við erum í partíinu en megum ekki velja lag Árni Páll Jónsson skrifar Skoðun Með öllum mjalla? Steingrímur Jónsson skrifar Skoðun Fyrsti steinninn úr múrnum – af hverju ég segi já Brynhildur Heiðar- og Ómarsdóttir 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.
Ný komugjöld í heilbrigðisþjónustu munu stórauka kostnaðarhlut sjúklinga Halldór Rafn Halldórsson Skoðun
Skoðun Viltu hætta á samsekt í þjóðarmorði eða stríðsrekstri fyrir hagnað annarra? Bergljót T. Gunnlaugsdóttir skrifar
Skoðun Nýr samfélagssáttmáli: Lífeyrissjóðir, bankakerfi og afnám verðtryggingar — raunhæf leið til stöðugleika í kjarasamningum og styrkingar lánshæfismats Íslands Eggert Guðmundsson skrifar
Skoðun Ný komugjöld í heilbrigðisþjónustu munu stórauka kostnaðarhlut sjúklinga Halldór Rafn Halldórsson skrifar
Ný komugjöld í heilbrigðisþjónustu munu stórauka kostnaðarhlut sjúklinga Halldór Rafn Halldórsson Skoðun