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 Hvenær ber fullorðið fólk ábyrð? Guðrún Ósk Þórudóttir Skoðun Á að láta trúð ráða ferðinni? Ingólfur Steinsson Skoðun Trans fólk er ekki að biðja um sérmeðferð Eydís Ásbjörnsdóttir Skoðun Ofþétting byggðar í Breiðholti? Þorvaldur Daníelsson Skoðun Vinnubrögð Carbfix eru ámælisverð Ólafur Sigurðsson Skoðun Vofa illsku, vofa grimmdar Haukur Már Haraldsson Skoðun Hugsanaskekkja forsætiráðherra í Evrópumálum – Þetta eru tvö skref! Ole Anton Bieltvedt Skoðun Þetta er ekki raunverulegt réttlæti Snorri Másson Skoðun Kópavogur forgangsraðar í þágu kennara, barna og skólastarfs Ásdís Kristjánsdóttir Skoðun Ábyrgð auglýsenda á íslenskri fjölmiðlun Daníel Rúnarsson Skoðun Skoðun Skoðun Það á að hafa afleiðingar að níðast á varnarlausu fólki Kristján Þórður Snæbjarnarson skrifar Skoðun Börnin borga fyrir hagræðinguna í Kópavogi Sigurbjörg Erla Egilsdóttir skrifar Skoðun Hvernig er veðrið þarna uppi? Diljá Mist Einarsdóttir skrifar Skoðun Að leita er að læra Ragnar Sigurðsson skrifar Skoðun Vöxtur hugverkaiðnaðar á biðstofunni Erla Tinna Stefánsdóttir,Hulda Birna Kjærnested Baldursdóttir skrifar Skoðun Viska: Sterkara stéttarfélag framtíðarinnar Ingibjörg Þóra Haraldsdóttir skrifar Skoðun Þetta er ekki raunverulegt réttlæti Snorri Másson skrifar Skoðun Ábyrgð auglýsenda á íslenskri fjölmiðlun Daníel Rúnarsson skrifar Skoðun Vofa illsku, vofa grimmdar Haukur Már Haraldsson skrifar Skoðun Á að láta trúð ráða ferðinni? Ingólfur Steinsson skrifar Skoðun Kópavogur forgangsraðar í þágu kennara, barna og skólastarfs Ásdís Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Ofþétting byggðar í Breiðholti? Þorvaldur Daníelsson skrifar Skoðun Trans fólk er ekki að biðja um sérmeðferð Eydís Ásbjörnsdóttir skrifar Skoðun Hvenær ber fullorðið fólk ábyrð? Guðrún Ósk Þórudóttir skrifar Skoðun Hugsanaskekkja forsætiráðherra í Evrópumálum – Þetta eru tvö skref! Ole Anton Bieltvedt skrifar Skoðun Opið bréf til ráðherranna Hönnu Katrínar og Ingu Sæland - blóðmeramálið Árni Stefán Árnason skrifar Skoðun Vinnubrögð Carbfix eru ámælisverð Ólafur Sigurðsson skrifar Skoðun Öllum til hagsbóta að bæta hag nýrra Íslendinga Marta Wieczorek skrifar Skoðun Raunveruleg úrræði óskast takk! Guðmundur Ingi Þóroddsson skrifar Skoðun (Ó)merkilegir íbúar Örn Smárason skrifar Skoðun Vangaveltur um ábyrgð og laun Sigurbjörg Erla Egilsdóttir skrifar Skoðun Gervigreind í daglegu lífi: 15 dæmi Björgmundur Örn Guðmundsson skrifar Skoðun Til hvers að læra iðnnám? Jakob Þór Möller skrifar Skoðun Komir þú á Grænlands grund Gunnar Pálsson skrifar Skoðun Ólöglegir ópíóðar: Skaðaminnkandi þjónusta bráðnauðsynleg Ósk Sigurðardóttir skrifar Skoðun Hlustum á náttúruna Svandís Svavarsdóttir skrifar Skoðun Skattheimta sem markmið í sjálfu sér Guðrún Hafsteinsdóttir skrifar Skoðun Tæknin hjálpar lesblindum Guðmundur S. Johnsen skrifar Skoðun Tryggja þarf aðkomu sjómanna að fiskveiðiráðgjöfinni Sigurjón Þórðarson skrifar Skoðun Opið bréf til Friðriks Þórs Steven Meyers,Guðrún Elsa Bragadóttir,Ása Helga Hjörleifsdóttir,Brúsi Ólason,Erlendur Sveinsson,Heather Millard 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 Það á að hafa afleiðingar að níðast á varnarlausu fólki Kristján Þórður Snæbjarnarson skrifar
Skoðun Vöxtur hugverkaiðnaðar á biðstofunni Erla Tinna Stefánsdóttir,Hulda Birna Kjærnested Baldursdóttir skrifar
Skoðun Kópavogur forgangsraðar í þágu kennara, barna og skólastarfs Ásdís Kristjánsdóttir skrifar
Skoðun Hugsanaskekkja forsætiráðherra í Evrópumálum – Þetta eru tvö skref! Ole Anton Bieltvedt skrifar
Skoðun Opið bréf til ráðherranna Hönnu Katrínar og Ingu Sæland - blóðmeramálið Árni Stefán Árnason skrifar
Skoðun Opið bréf til Friðriks Þórs Steven Meyers,Guðrún Elsa Bragadóttir,Ása Helga Hjörleifsdóttir,Brúsi Ólason,Erlendur Sveinsson,Heather Millard skrifar