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 Hvað var RÚV að hvítþvo – og til hvers? Hilmar Kristinsson Skoðun Jesú er hot! Þorsteinn Jakob Klemenzson Skoðun Kíkt í húsnæðispakkann Björn Brynjúlfur Björnsson Skoðun Íslenskir Trumpistar Andri Þorvarðarson Skoðun Óbærilegur ómöguleiki íslenskrar krónu Guðbrandur Einarsson Skoðun Vændi og opin umræða Guðmundur Ingi Þóroddsson Skoðun „Ég ætlaði aldrei að hætta í útgerð“ Sigurgeir B. Kristgeirsson Skoðun Síbrotaferill ríkislögreglustjóra Einar Steingrímsson Skoðun Þegar Evrópa fer á hnén og kallar það vináttu Steinunn Ólína Þorsteinsdóttir Skoðun Hærri vörugjöld, lægri samkeppnishæfni Arnar Þór Hafsteinsson Skoðun Skoðun Skoðun Vændi og opin umræða Guðmundur Ingi Þóroddsson skrifar Skoðun Jesú er hot! Þorsteinn Jakob Klemenzson skrifar Skoðun Kíkt í húsnæðispakkann Björn Brynjúlfur Björnsson skrifar Skoðun Óbærilegur ómöguleiki íslenskrar krónu Guðbrandur Einarsson skrifar Skoðun Íslenskir Trumpistar Andri Þorvarðarson skrifar Skoðun „Sofðu rótt í alla nótt“ – Um stöðu íslenskunnar, lestrarmenningu og ákall til okkar sjálfra Gunnar Már Gunnarsson skrifar Skoðun Í hvað á orkan að fara? Hallgrímur Óskarsson skrifar Skoðun Vegatálmar á skólagöngunni Birna Þórarinsdóttir skrifar Skoðun Þegar Evrópa fer á hnén og kallar það vináttu Steinunn Ólína Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Hvað var RÚV að hvítþvo – og til hvers? Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Stjórnvöld mega ekki klúðra nýju vaxtaviðmiði Bogi Ragnarsson skrifar Skoðun Að vera húsbyggjandi Hilmar Freyr Gunnarsson skrifar Skoðun Hærri vörugjöld, lægri samkeppnishæfni Arnar Þór Hafsteinsson skrifar Skoðun Að einfalda veruleikann og breyta öllu í pólitískt fóður Martha Árnadóttir skrifar Skoðun Tími til kominn Berglind Friðriksdóttir,Gunnsteinn R. Ómarsson,Hrönn Guðmundsdóttir,Sigfús Benóný Harðarson,Vilhjálmur Baldur Guðmundsson skrifar Skoðun Hvers virði er ég ? Rakel Linda Kristjánsdóttir skrifar Skoðun RÚV brýtur á börnum Guðbjörg Hildur Kolbeins skrifar Skoðun Framtíðarsýn Íslands: Raunsæ tækni, græn orka og friður fyrir hugann Sigvaldi Einarsson skrifar Skoðun „Ég ætlaði aldrei að hætta í útgerð“ Sigurgeir B. Kristgeirsson skrifar Skoðun Frjósemisvandi – samfélagsleg ábyrgð og stuðningur María Rut Baldursdóttir,Sigríður Auðunsdóttir skrifar Skoðun Ríkisstjórnin fellir niður jafnrétti íþrótta og gerir vont verra Unnar Már Magnússon skrifar Skoðun 4.865 börn sem bíða í allt að fjögur ár Ragnheiður Dagný Bjarnadóttir skrifar Skoðun Gellupólitík Hlédís Maren Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Ísland þarf að tilnefna fulltrúa í European SET Plan Ester Halldórsdóttir skrifar Skoðun Vitundarvakning um ófrjósemi: Þekking á frjósemi er ekki lúxus – hún er lífsnauðsyn María Rut Baldursdóttir skrifar Skoðun Síbrotaferill ríkislögreglustjóra Einar Steingrímsson skrifar Skoðun Velkomin á fjórðu vaktina Árný Ingvarsdóttir skrifar Skoðun Hvers virði er framtíðin? Um olíuleit við Ísland Jóhanna Malen Skúladóttir skrifar Skoðun Vísvitandi verið að skaða atvinnulífið? Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Varaflugvallagjaldið og flugöryggi Njáll Trausti Friðbertsson 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 „Sofðu rótt í alla nótt“ – Um stöðu íslenskunnar, lestrarmenningu og ákall til okkar sjálfra Gunnar Már Gunnarsson skrifar
Skoðun Tími til kominn Berglind Friðriksdóttir,Gunnsteinn R. Ómarsson,Hrönn Guðmundsdóttir,Sigfús Benóný Harðarson,Vilhjálmur Baldur Guðmundsson skrifar
Skoðun Framtíðarsýn Íslands: Raunsæ tækni, græn orka og friður fyrir hugann Sigvaldi Einarsson skrifar
Skoðun Frjósemisvandi – samfélagsleg ábyrgð og stuðningur María Rut Baldursdóttir,Sigríður Auðunsdóttir skrifar
Skoðun Ríkisstjórnin fellir niður jafnrétti íþrótta og gerir vont verra Unnar Már Magnússon skrifar
Skoðun Vitundarvakning um ófrjósemi: Þekking á frjósemi er ekki lúxus – hún er lífsnauðsyn María Rut Baldursdóttir skrifar