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 Mun gervigreind skapa stafræna stéttaskiptingu á Íslandi? Björgmundur Guðmundsson Skoðun Langar þig að vera sjóklár? Steinunn Ása Þorvaldsdóttir,Jakob Frímann Þorsteinsson Skoðun Friðum Eyjafjörð Jana Salóme Ingibjargar Jósepsdóttir Skoðun Við fögnum en gleymum ekki Sandra B. Franks Skoðun Það skiptir máli hvernig gervigreind er notuð í kennslu Hjörvar Ingi Haraldsson Skoðun Aukin neysla á ávöxtum og grænmeti í kjölfar nýrra ráðlegginga um mataræði Jóhanna Eyrún Torfadóttir,Hólmfríður Þorgeirsdóttir Skoðun Sóknaráætlanir landshlutanna – lykillinn að sterkara Íslandi Páll Snævar Brynjarsson,Sigríður Ó. Kristjánsdóttir,Sveinbjörg Rut Pétursdóttir,Albertína Friðbjörg Elíasdóttir,Bryndís Fiona Ford,Ingunn Jónsdóttir,Berglind Kristinsdóttir,Páll Björgvin Guðmundsson Skoðun Hvorki „allt lokað“ né „allt opið“ Birgir Orri Ásgrímsson Skoðun Eflum samstöðuna á kvennaári – Stöndum vörð um mannréttindi Kristín Ástgeirsdóttir Skoðun Bull og rugl frá Bugl Ásdís Bergþórsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Hvaða orka? Birgir Sverrisson skrifar Skoðun Það skiptir máli hvernig gervigreind er notuð í kennslu Hjörvar Ingi Haraldsson skrifar Skoðun Friðum Eyjafjörð Jana Salóme Ingibjargar Jósepsdóttir skrifar Skoðun Sóknaráætlanir landshlutanna – lykillinn að sterkara Íslandi Páll Snævar Brynjarsson,Sigríður Ó. Kristjánsdóttir,Sveinbjörg Rut Pétursdóttir,Albertína Friðbjörg Elíasdóttir,Bryndís Fiona Ford,Ingunn Jónsdóttir,Berglind Kristinsdóttir,Páll Björgvin Guðmundsson skrifar Skoðun Eflum samstöðuna á kvennaári – Stöndum vörð um mannréttindi Kristín Ástgeirsdóttir skrifar Skoðun Langar þig að vera sjóklár? Steinunn Ása Þorvaldsdóttir,Jakob Frímann Þorsteinsson skrifar Skoðun Við fögnum en gleymum ekki Sandra B. Franks skrifar Skoðun Mun gervigreind skapa stafræna stéttaskiptingu á Íslandi? Björgmundur Guðmundsson skrifar Skoðun Hvorki „allt lokað“ né „allt opið“ Birgir Orri Ásgrímsson skrifar Skoðun Aukin neysla á ávöxtum og grænmeti í kjölfar nýrra ráðlegginga um mataræði Jóhanna Eyrún Torfadóttir,Hólmfríður Þorgeirsdóttir skrifar Skoðun Réttlæti og ábyrg fjármálastjórn- skynsamleg nálgun á bætt kjör bótaþega almannatrygginga Kristinn Karl Brynjarsson skrifar Skoðun Stjórnarandstaða í grímulausri sérhagsmunagæzlu Ólafur Stephensen skrifar Skoðun Að breyta leiknum Hera Grímsdóttir,Eiríkur Hjálmarsson skrifar Skoðun Framtíðarsýn er ekki afsökun fyrir óraunhæfa stefnu Ásta Björg Björgvinsdóttir skrifar Skoðun Sjófólksdagurinn Sighvatur Björgvinsson skrifar Skoðun Harmakvein kórs útgerðarmanna Jón Ingi Hákonarson skrifar Skoðun Hvað liggur í þessum ólgusjó? Ástþór Ólafsson skrifar Skoðun Bull og rugl frá Bugl Ásdís Bergþórsdóttir skrifar Skoðun Kosningaloforð? Sjónarhorn leikskólakennara Anna Lydía Helgadóttir skrifar Skoðun Gaslýsing Guðlaugs Þórs Aðalsteinn Haukur Sverrisson skrifar Skoðun Staðreyndir um Þristinn Gunnfaxa Tómas Dagur Helgason skrifar Skoðun Einföldun stjórnsýslu sem snerist upp í andhverfu sína Pétur Halldórsson skrifar Skoðun Hugræn atferlismeðferð á netinu Inga Hrefna Jónsdóttir skrifar Skoðun Er lýðræði bannað ef Sjálfstæðisflokkurinn er ekki í ríkisstjórn? Þórður Snær Júlíusson skrifar Skoðun Myndin af Guði Bjarni Karlsson skrifar Skoðun Færum úr öskunni í eldinn Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Þar sem fegurðin ríkir ein Halldór Eiríksson skrifar Skoðun Þjórsárver ekki þess virði? Þorgerður María Þorbjarnardóttir skrifar Skoðun Svo verði Íslands ástkæra byggð ei öðrum þjóðum háð Anton Guðmundsson skrifar Skoðun Tíu staðreyndir um íslenskt samfélag Snorri Másson 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.
Aukin neysla á ávöxtum og grænmeti í kjölfar nýrra ráðlegginga um mataræði Jóhanna Eyrún Torfadóttir,Hólmfríður Þorgeirsdóttir Skoðun
Sóknaráætlanir landshlutanna – lykillinn að sterkara Íslandi Páll Snævar Brynjarsson,Sigríður Ó. Kristjánsdóttir,Sveinbjörg Rut Pétursdóttir,Albertína Friðbjörg Elíasdóttir,Bryndís Fiona Ford,Ingunn Jónsdóttir,Berglind Kristinsdóttir,Páll Björgvin Guðmundsson Skoðun
Skoðun Sóknaráætlanir landshlutanna – lykillinn að sterkara Íslandi Páll Snævar Brynjarsson,Sigríður Ó. Kristjánsdóttir,Sveinbjörg Rut Pétursdóttir,Albertína Friðbjörg Elíasdóttir,Bryndís Fiona Ford,Ingunn Jónsdóttir,Berglind Kristinsdóttir,Páll Björgvin Guðmundsson skrifar
Skoðun Aukin neysla á ávöxtum og grænmeti í kjölfar nýrra ráðlegginga um mataræði Jóhanna Eyrún Torfadóttir,Hólmfríður Þorgeirsdóttir skrifar
Skoðun Réttlæti og ábyrg fjármálastjórn- skynsamleg nálgun á bætt kjör bótaþega almannatrygginga Kristinn Karl Brynjarsson skrifar
Skoðun Er lýðræði bannað ef Sjálfstæðisflokkurinn er ekki í ríkisstjórn? Þórður Snær Júlíusson skrifar
Aukin neysla á ávöxtum og grænmeti í kjölfar nýrra ráðlegginga um mataræði Jóhanna Eyrún Torfadóttir,Hólmfríður Þorgeirsdóttir Skoðun
Sóknaráætlanir landshlutanna – lykillinn að sterkara Íslandi Páll Snævar Brynjarsson,Sigríður Ó. Kristjánsdóttir,Sveinbjörg Rut Pétursdóttir,Albertína Friðbjörg Elíasdóttir,Bryndís Fiona Ford,Ingunn Jónsdóttir,Berglind Kristinsdóttir,Páll Björgvin Guðmundsson Skoðun