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 Af hverju endurbætt Suðurlandsbraut? Atli Björn Levy Skoðun Ég veit hvern ég styð Elliði Vignisson Skoðun Það er gott að... í Kópavogi Halldór Benjamín Þorbergsson Skoðun Báknið minnkað, Miðflokkur á móti Sverrir Páll Einarsson Skoðun Opið bréf til stjórnar Háskólans á Bifröst Hrafnhildur Theodórsdóttir Skoðun Toyotan, sviðasultan & kötturinn Árni Stefán Árnason Skoðun Offita er ekki tilviljun – hún er kerfisvandi Elísabet Reynisdóttir Skoðun Er Borgarlínan metnaðarfull framtíðarsýn eða tálsýn? Kristín Thoroddsen Skoðun Hvergi meiri ánægja með þjónustu við börn og barnafólk Grétar Ingi Erlendsson Skoðun Banaslys á sjúkrahúsum: reynsla sem þarf að læra af Gunnar Salvarsson Skoðun Skoðun Skoðun Að stíga eitt skref til baka Ingibjörg Gunnlaugsdóttir skrifar Skoðun Eyðimerkurganga Félags fósturforeldra Guðlaugur Kristmundsson skrifar Skoðun Birtan af Myrkum músíkdögum Ásmundur Jónsson,Björg Brjánsdóttir,Gunnhildur Einarsdóttir,Þráinn Hjálmarsson skrifar Skoðun Hvergi meiri ánægja með þjónustu við börn og barnafólk Grétar Ingi Erlendsson skrifar Skoðun Oddviti í úrvalsdeild Svavar Halldórsson skrifar Skoðun Umhverfisráðherra gleymir lýðheilsu Pétur Halldórsson skrifar Skoðun Verðbólgan kemur aftur og aftur eins og illskeytt krabbamein – stjórnvöld ráðþrota Vilhelm Jónsson skrifar Skoðun Það er gott að... í Kópavogi Halldór Benjamín Þorbergsson skrifar Skoðun Hvað verður um hugmyndafræði leikskólans? Sara Margrét Ólafsdóttir,Bryndís Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Báknið minnkað, Miðflokkur á móti Sverrir Páll Einarsson skrifar Skoðun Opið bréf til stjórnar Háskólans á Bifröst Hrafnhildur Theodórsdóttir skrifar Skoðun Barnavernd á Íslandi fyrr og nú Ása Berglind Hjálmarsdóttir skrifar Skoðun Banaslys á sjúkrahúsum: reynsla sem þarf að læra af Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Heilbrigðisþjónusta fyrir sum Telma Sigtryggsdóttir,Alma Ýr Ingólfsdóttir skrifar Skoðun Offita er ekki tilviljun – hún er kerfisvandi Elísabet Reynisdóttir skrifar Skoðun Er Borgarlínan metnaðarfull framtíðarsýn eða tálsýn? Kristín Thoroddsen skrifar Skoðun Toyotan, sviðasultan & kötturinn Árni Stefán Árnason skrifar Skoðun Ég veit hvern ég styð Elliði Vignisson skrifar Skoðun Hvað getur frístundaheimili gert fyrir barnið þitt? Gísli Ólafsson skrifar Skoðun Aðgerðarleysi er ákvörðun, hún bitnar á börnunum Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir skrifar Skoðun Af hverju endurbætt Suðurlandsbraut? Atli Björn Levy skrifar Skoðun Frelsið til að skipta um skoðun Ásgeir Jónsson skrifar Skoðun Að byggja upp samfélag Pétur Björgvin Sveinsson skrifar Skoðun Samstaða um varnarmál Pawel Bartoszek,Þórdís Kolbrún R. Gylfadóttir skrifar Skoðun Frítt í Strætó fyrir börn og ungmenni - ólíkt hafast menn að Árni Rúnar Þorvaldsson skrifar Skoðun Fordæmdu börnin Þráinn Farestveit skrifar Skoðun Íslensk lög sniðin að þörfum norsku laxeldisrisanna Magnús Guðmundsson skrifar Skoðun Fossvogur án íþrótta – afleiðingar Fossvogsbrúar Baldvin Björgvinsson skrifar Skoðun X - Orri Ragnar Sigurðsson skrifar Skoðun Viltu nýja brú eða nýtt hné? Ódýrt lýðskrum gegn loftslagsaðgerðum Sveinn Atli Gunnarsson 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 Birtan af Myrkum músíkdögum Ásmundur Jónsson,Björg Brjánsdóttir,Gunnhildur Einarsdóttir,Þráinn Hjálmarsson skrifar
Skoðun Verðbólgan kemur aftur og aftur eins og illskeytt krabbamein – stjórnvöld ráðþrota Vilhelm Jónsson skrifar
Skoðun Hvað verður um hugmyndafræði leikskólans? Sara Margrét Ólafsdóttir,Bryndís Gunnarsdóttir skrifar
Skoðun Aðgerðarleysi er ákvörðun, hún bitnar á börnunum Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir skrifar
Skoðun Viltu nýja brú eða nýtt hné? Ódýrt lýðskrum gegn loftslagsaðgerðum Sveinn Atli Gunnarsson skrifar