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 Orð skipta máli Birgitta Þorsteinsdóttir Skoðun Aðlögun að hverju? Staða Íslands í aðildarferli Evrópusambandsins Ásta Guðrún Helgadóttir Skoðun Það sem mamma og pabbi kenndu mér Gréta María Grétarsdóttir Skoðun Hver þorir næst? Knútur Emil Jónasson,Dagmar Ýr Stefánsdóttir,Hermann Ingi Gunnarsson,Unnur Brá Konráðsdóttir,Jóhanna Hreinsdóttir,Ásta Stefánsdóttir,Aldís Hafsteinsdóttir,Bergþór Bjarnason,Haraldur Þór Jónsson Skoðun Innan ESB „mun Ísland stjórna fiskveiðum í Norður-Atlantshafi“ Óli Rúnar Ástþórsson Skoðun Ísland og ESB: Horft af brúnni Þorvaldur Gylfason Skoðun Íslenskir kjósendur eða evrópskir embættismenn? Ólafur Hannesson Skoðun Tafla á villigötum Gauti Eggertsson Skoðun Hvers vegna erum við enn að reyna að binda hendur fólks? María Gunnarsdóttir Skoðun Viðvörunarljós í evrópsku atvinnulífi Guðrún Hafsteinsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Innan ESB „mun Ísland stjórna fiskveiðum í Norður-Atlantshafi“ Óli Rúnar Ástþórsson skrifar Skoðun Hver þorir næst? Knútur Emil Jónasson,Dagmar Ýr Stefánsdóttir,Hermann Ingi Gunnarsson,Unnur Brá Konráðsdóttir,Jóhanna Hreinsdóttir,Ásta Stefánsdóttir,Aldís Hafsteinsdóttir,Bergþór Bjarnason,Haraldur Þór Jónsson skrifar Skoðun Orð skipta máli Birgitta Þorsteinsdóttir skrifar Skoðun Jákvæða hliðin á minkamálinu Atli Sævar Guðmundsson skrifar Skoðun Viðvörunarljós í evrópsku atvinnulífi Guðrún Hafsteinsdóttir skrifar Skoðun Hvers vegna erum við enn að reyna að binda hendur fólks? María Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Íslenskir kjósendur eða evrópskir embættismenn? Ólafur Hannesson skrifar Skoðun Tafla á villigötum Gauti Eggertsson skrifar Skoðun Já til að sjá er tálsýn Guðmundur Edgarsson skrifar Skoðun Það sem mamma og pabbi kenndu mér Gréta María Grétarsdóttir skrifar Skoðun Byrgjum brunninn áður en barnið dettur ofan í – eflum forvarnir í raun! Fanný Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Ísland og ESB: Horft af brúnni Þorvaldur Gylfason skrifar Skoðun Aðlögun að hverju? Staða Íslands í aðildarferli Evrópusambandsins Ásta Guðrún Helgadóttir skrifar Skoðun Umræða um dánaraðstoð krefst mannúðar og varfærni Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Heimurinn bíður ekki eftir Íslandi Birgir Orri Ásgrímsson skrifar Skoðun Leiðrétting vegna greinar um Kristrúnar í breskum hlaðvarpsþætti Guðmundur Edgarsson skrifar Skoðun Vextir á villigötum Agnar Tómas Möller skrifar Skoðun Rangfærslurnar standa enn og ekkert að þeim vikið Konráð S. Guðjónsson skrifar Skoðun Hver lygi skapar skuld við sannleikann Yngvi Ómar Sigrúnarson skrifar Skoðun Hér eru sex veigamikil rök gegn inngöngu Íslands í Evrópusambandið Eggert Sigurbergsson skrifar Skoðun Herskylduhrakspár Haraldar skekkja raunhæfa sýn á varnarmál Svanur Sigurbjörnsson skrifar Skoðun Þegar gögn verða að upplýsingaóreiðu: Nokkrum staðleysum Halldórs Jörgens Olesen svarað Kristinn Sv. Helgason skrifar Skoðun Sigmar Guðmundsson, Bandaríkin og öryggi Íslands Hjörvar Sigurðsson skrifar Skoðun Sex ástæður fyrir JÁ-i í ágúst Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Heilbrigt starfsumhverfi Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir skrifar Skoðun Ísland í nýrri heimsmynd Dagur Jónsson skrifar Skoðun Fullyrðingar og raunveruleikinn Jón Frímann Jónsson skrifar Skoðun Kristrún Frostadóttir sammála nei-sinnum Guðmundur Edgarsson skrifar Skoðun Brestur í manngæsku - ESB og flóttafólk Ari Orrason skrifar Skoðun Þegar líðan stúlkna verður aukaatriði Lilja Benatov Hjartar 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.
Hver þorir næst? Knútur Emil Jónasson,Dagmar Ýr Stefánsdóttir,Hermann Ingi Gunnarsson,Unnur Brá Konráðsdóttir,Jóhanna Hreinsdóttir,Ásta Stefánsdóttir,Aldís Hafsteinsdóttir,Bergþór Bjarnason,Haraldur Þór Jónsson Skoðun
Skoðun Hver þorir næst? Knútur Emil Jónasson,Dagmar Ýr Stefánsdóttir,Hermann Ingi Gunnarsson,Unnur Brá Konráðsdóttir,Jóhanna Hreinsdóttir,Ásta Stefánsdóttir,Aldís Hafsteinsdóttir,Bergþór Bjarnason,Haraldur Þór Jónsson skrifar
Skoðun Byrgjum brunninn áður en barnið dettur ofan í – eflum forvarnir í raun! Fanný Gunnarsdóttir skrifar
Skoðun Aðlögun að hverju? Staða Íslands í aðildarferli Evrópusambandsins Ásta Guðrún Helgadóttir skrifar
Skoðun Leiðrétting vegna greinar um Kristrúnar í breskum hlaðvarpsþætti Guðmundur Edgarsson skrifar
Skoðun Hér eru sex veigamikil rök gegn inngöngu Íslands í Evrópusambandið Eggert Sigurbergsson skrifar
Skoðun Þegar gögn verða að upplýsingaóreiðu: Nokkrum staðleysum Halldórs Jörgens Olesen svarað Kristinn Sv. Helgason skrifar
Hver þorir næst? Knútur Emil Jónasson,Dagmar Ýr Stefánsdóttir,Hermann Ingi Gunnarsson,Unnur Brá Konráðsdóttir,Jóhanna Hreinsdóttir,Ásta Stefánsdóttir,Aldís Hafsteinsdóttir,Bergþór Bjarnason,Haraldur Þór Jónsson Skoðun