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 Sjálfstæðisflokknum líður verst með Arnar Þór Ingólfsson Skoðun Þegar framtíðin er seld á útsölu Anna Kristín Jensdóttir Skoðun Viltu borga meira fyrir að leggja bílnum þínum í bílastæðahúsi? Regína Ásvaldsdóttir Skoðun Valdhroki bæjarstjórans í Kópavogi Helga Jónsdóttir Skoðun Til fréttastofu RÚV Þórður Magnússon Skoðun Vindorka á Melrakkasléttu – prófsteinn á forgangsröðun okkar til framtíðar Árdís H. Jónsdóttir Skoðun Nei takk, alls ekki kennari! Simon Cramer Larsen Skoðun Landeyjahöfn - Ný leið Bernharð Stefán Bernharðsson Skoðun Þið eruð kosin til að vinna saman, ekki forðast hvort annað Frosti Heimisson Skoðun Farið á bak við þing og þjóð? Erna Bjarnadóttir Skoðun Skoðun Skoðun Saman í félagi, Samfélagi Guðrún Elísa Sævarsdóttir skrifar Skoðun Borgin er ekki að drukkna í einkabílum Þórir Garðarson skrifar Skoðun Börnin, kennararnir og ábyrgðin Jóhann Rúnar Pálsson skrifar Skoðun Þegar endurtekning verður að „sannleika“ Anna Sigrún Jóhönnudóttir skrifar Skoðun 100% endurgreiðsla virðisaukaskatts til almannaheillafélaga í Noregi Tómas Torfason skrifar Skoðun Gerum betur í Mosfellsbæ Bryndís Haraldsdóttir skrifar Skoðun Af hverju Viðreisn? Berglind Robertson Grétarsdóttir skrifar Skoðun Má bjóða þér hærri álögur í Reykjavík? Eva Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Húsnæði á ekki að vera happdrætti fyrir ungt fólk Lilja D. Alfreðsdóttir skrifar Skoðun Þegar framtíðin er seld á útsölu Anna Kristín Jensdóttir skrifar Skoðun Þið eruð kosin til að vinna saman, ekki forðast hvort annað Frosti Heimisson skrifar Skoðun Að fljóta sofandi að feigðarósi? Freyja Rut Emilsdóttir skrifar Skoðun Þegar velferð aldraðra verður fasteignaverkefni Védís Einarsdóttir skrifar Skoðun Að eldast utan kerfisins: Þegar búseta ræður þjónustu Rakel Eir Ingimarsdóttir,Marta Karen Vilbergsdóttir,Særún Birta Valsdóttir,Lilja Margrét Óskarsdóttir skrifar Skoðun Banvænt ósamræmi Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Farið á bak við þing og þjóð? Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Er Vestfjarðavegur (60) í gegnum Dalina afgangsstærð? skrifar Skoðun Hvítt fyrir börn sem biðja um frið Birna Þórarinsdóttir skrifar Skoðun Farið á bak við þing og þjóð? Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Mannréttindaiðnaðurinn Hlédís Maren Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Nei takk, alls ekki kennari! Simon Cramer Larsen skrifar Skoðun Það sem Sjálfstæðisflokknum líður verst með Arnar Þór Ingólfsson skrifar Skoðun Þegar hagnaður einstaklinga vegur þyngra en heilsa þjóðar Dóra Guðrún Guðmundsdóttir,Ösp Árnadóttir,Kjartan Hreinn Njálsson skrifar Skoðun Landeyjahöfn - Ný leið Bernharð Stefán Bernharðsson skrifar Skoðun Vindorka á Melrakkasléttu – prófsteinn á forgangsröðun okkar til framtíðar Árdís H. Jónsdóttir skrifar Skoðun Setjum aukinn kraft í óhagnaðardrifna húsnæðisuppbyggingu í Hafnarfirði Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Hafnarfjörður er heimili okkar allra Jóhanna Erla Guðjónsdóttir skrifar Skoðun Gæði kennslu: Endurgjöf, vitsmunaleg áskorun og samræður í skólastofunni Anna Kristín Sigurðardóttir,Berglind Gísladóttir,Birna María B. Svanbjörnsdóttir,Guðmundur Engilbertsson,Hermína Gunnþórsdóttir,Jóhann Örn Sigurjónsson,Rúnar Sigþórsson,Sólveig Zophoníasdóttir skrifar Skoðun Saman erum við sterkari Sindri S. Kristjánsson skrifar Skoðun Til fréttastofu RÚV Þórður Magnússon 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.
Vindorka á Melrakkasléttu – prófsteinn á forgangsröðun okkar til framtíðar Árdís H. Jónsdóttir Skoðun
Skoðun 100% endurgreiðsla virðisaukaskatts til almannaheillafélaga í Noregi Tómas Torfason skrifar
Skoðun Að eldast utan kerfisins: Þegar búseta ræður þjónustu Rakel Eir Ingimarsdóttir,Marta Karen Vilbergsdóttir,Særún Birta Valsdóttir,Lilja Margrét Óskarsdóttir skrifar
Skoðun Þegar hagnaður einstaklinga vegur þyngra en heilsa þjóðar Dóra Guðrún Guðmundsdóttir,Ösp Árnadóttir,Kjartan Hreinn Njálsson skrifar
Skoðun Vindorka á Melrakkasléttu – prófsteinn á forgangsröðun okkar til framtíðar Árdís H. Jónsdóttir skrifar
Skoðun Setjum aukinn kraft í óhagnaðardrifna húsnæðisuppbyggingu í Hafnarfirði Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar
Skoðun Gæði kennslu: Endurgjöf, vitsmunaleg áskorun og samræður í skólastofunni Anna Kristín Sigurðardóttir,Berglind Gísladóttir,Birna María B. Svanbjörnsdóttir,Guðmundur Engilbertsson,Hermína Gunnþórsdóttir,Jóhann Örn Sigurjónsson,Rúnar Sigþórsson,Sólveig Zophoníasdóttir skrifar
Vindorka á Melrakkasléttu – prófsteinn á forgangsröðun okkar til framtíðar Árdís H. Jónsdóttir Skoðun