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 Súri sannleikurinn um rakastjórnun - Þekkingin er til, en húsin leka samt enn Sigurður Sigurðsson Skoðun Breyttur einkunnakvarði gerir námsmatið ekki skýrara Hjálmar Bogi Hafliðason,Jón Páll Haraldsson,Kristín Jóhannesdóttir,Margrét Sverrisdóttir,Snædís Valsdóttir,Þóranna Rósa Ólafsdóttir Skoðun Mamma ég lofa Lára G. Sigurðardóttir Skoðun Að byrja á röngum enda – vítahringur vímuefnavanda, afbrota og refsinga Margrét Dís Yeoman Skoðun Þetta hjólar sig ekki sjálft Birgir Birgisson Skoðun Landsréttur gefur út óútfylltan tékka fyrir hvers kyns ofbeldi Sigrún Sif Eyfeld Jóelsdóttir Skoðun Vefsíðan er dauð! Lengi lifi amma dreki! Geir Sigurður Jónsson Skoðun Hvað er svona sérstakt við börn fædd í apríl? Nanna Kristín Tryggvadóttir Skoðun Nýtum betur gagnreyndar aðferðir í skólum Skúli Helgason Skoðun Spjall við Guð Atli Sævar Guðmundsson Skoðun Skoðun Skoðun Það er alltaf til fé fyrir næstu framkvæmd—Hvenær ætlum við að læra? Vilhelm Jónsson skrifar Skoðun Landsréttur gefur út óútfylltan tékka fyrir hvers kyns ofbeldi Sigrún Sif Eyfeld Jóelsdóttir skrifar Skoðun Nýtum betur gagnreyndar aðferðir í skólum Skúli Helgason skrifar Skoðun Súri sannleikurinn um rakastjórnun - Þekkingin er til, en húsin leka samt enn Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Að byrja á röngum enda – vítahringur vímuefnavanda, afbrota og refsinga Margrét Dís Yeoman skrifar Skoðun Breyttur einkunnakvarði gerir námsmatið ekki skýrara Hjálmar Bogi Hafliðason,Jón Páll Haraldsson,Kristín Jóhannesdóttir,Margrét Sverrisdóttir,Snædís Valsdóttir,Þóranna Rósa Ólafsdóttir skrifar Skoðun Lögfræði er engin eðlisfræði – fullveldi er ekki þyngdarkraftur Bergur Hauksson skrifar Skoðun Mamma ég lofa Lára G. Sigurðardóttir skrifar Skoðun Þetta hjólar sig ekki sjálft Birgir Birgisson skrifar Skoðun Vefsíðan er dauð! Lengi lifi amma dreki! Geir Sigurður Jónsson skrifar Skoðun Öflugasta endurhæfingarstofnun Íslands verður að fá slagkraft á ný Halldór Víglundsson skrifar Skoðun Spjall við Guð Atli Sævar Guðmundsson skrifar Skoðun Hvað er svona sérstakt við börn fædd í apríl? Nanna Kristín Tryggvadóttir skrifar Skoðun Dauðalæsi: Þegar samtalið skiptir mestu máli Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Þegar samþykki virðist verða að ábyrgð brotaþola Herdís Ósk Sveinbjörnsdóttir. skrifar Skoðun ÁTVR, Ölgerðin og breyttir tímar Jón Páll Haraldsson skrifar Skoðun Gilda engin lög um óvígða sambúð? Eva Hauksdóttir skrifar Skoðun Ríkisstjórnin sker niður þjónustu við börn Lilja Dögg Alfreðsdóttir skrifar Skoðun Vill fólk að allir leikir skipti máli? Jón Fannar Árnason skrifar Skoðun Bannað að gagnrýna konur – það er kvenfyrirlitning Íris Erlingsdóttir skrifar Skoðun Mannleg reisn á ekki að vera munaður – um aðstæður fólks sem leitar eftir mataraðstoð Sunna Lind Adessa skrifar Skoðun Styðjum Kúbu, verjum byltinguna, Bandaríkin burt með krumlurnar! Gylfi Páll Hersir skrifar Skoðun Þjóðaröryggi, fæðuöryggi og almannahagsmunir Ingibjörg Davíðsdóttir skrifar Skoðun Hvers vegna starfa 632 starfsmenn ríkisins við að selja áfengi fyrir Ölgerðina? Lúðvík Bergvinsson skrifar Skoðun Darwin og samkynhneigðin Ásgeir M Rudolfsson skrifar Skoðun Upprætum fátækt á Íslandi! Anna Margrét Bjarnadóttir,Steinunn Þóra Árnadóttir skrifar Skoðun Uppnám í Uppsveitum Sigurður Ingi Jóhannsson skrifar Skoðun Bætur fyrir lögregluaðgerðir lítið kynntar Bjarni Þór Sigurbjörnsson skrifar Skoðun Verjum það sem við höfum – byggjum upp það sem þarf Guðmundur Haukur Jakobsson skrifar Skoðun EES-samningurinn: Tími til kominn að endurmeta stöðu Íslands? Eggert Guðmundsson 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.
Súri sannleikurinn um rakastjórnun - Þekkingin er til, en húsin leka samt enn Sigurður Sigurðsson Skoðun
Breyttur einkunnakvarði gerir námsmatið ekki skýrara Hjálmar Bogi Hafliðason,Jón Páll Haraldsson,Kristín Jóhannesdóttir,Margrét Sverrisdóttir,Snædís Valsdóttir,Þóranna Rósa Ólafsdóttir Skoðun
Að byrja á röngum enda – vítahringur vímuefnavanda, afbrota og refsinga Margrét Dís Yeoman Skoðun
Landsréttur gefur út óútfylltan tékka fyrir hvers kyns ofbeldi Sigrún Sif Eyfeld Jóelsdóttir Skoðun
Skoðun Landsréttur gefur út óútfylltan tékka fyrir hvers kyns ofbeldi Sigrún Sif Eyfeld Jóelsdóttir skrifar
Skoðun Súri sannleikurinn um rakastjórnun - Þekkingin er til, en húsin leka samt enn Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Að byrja á röngum enda – vítahringur vímuefnavanda, afbrota og refsinga Margrét Dís Yeoman skrifar
Skoðun Breyttur einkunnakvarði gerir námsmatið ekki skýrara Hjálmar Bogi Hafliðason,Jón Páll Haraldsson,Kristín Jóhannesdóttir,Margrét Sverrisdóttir,Snædís Valsdóttir,Þóranna Rósa Ólafsdóttir skrifar
Skoðun Öflugasta endurhæfingarstofnun Íslands verður að fá slagkraft á ný Halldór Víglundsson skrifar
Skoðun Mannleg reisn á ekki að vera munaður – um aðstæður fólks sem leitar eftir mataraðstoð Sunna Lind Adessa skrifar
Skoðun Hvers vegna starfa 632 starfsmenn ríkisins við að selja áfengi fyrir Ölgerðina? Lúðvík Bergvinsson skrifar
Súri sannleikurinn um rakastjórnun - Þekkingin er til, en húsin leka samt enn Sigurður Sigurðsson Skoðun
Breyttur einkunnakvarði gerir námsmatið ekki skýrara Hjálmar Bogi Hafliðason,Jón Páll Haraldsson,Kristín Jóhannesdóttir,Margrét Sverrisdóttir,Snædís Valsdóttir,Þóranna Rósa Ólafsdóttir Skoðun
Að byrja á röngum enda – vítahringur vímuefnavanda, afbrota og refsinga Margrét Dís Yeoman Skoðun
Landsréttur gefur út óútfylltan tékka fyrir hvers kyns ofbeldi Sigrún Sif Eyfeld Jóelsdóttir Skoðun