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 Þið dirfist að kalla mig fasista og rasista? Davíð Bergmann Skoðun Þegar þeir sem segjast þjóna þjóðinni ráðast á hana Ágústa Árnadóttir Skoðun Ætla stjórnvöld virkilega að eyðileggja eftirlaunasjóði verkafólks endanlega? Vilhjálmur Birgisson Skoðun Rödd barna og ungmenna hunsuð í barnvænu sveitarfélagi? París Anna Bermann Elvarsdóttir,Heimir Sigurpáll Árnason,Fríða Björg Tómasdóttir,Lilja Dögun Lúðvíksdóttir,Bjarki Orrason,Sigmundur Logi Þórðarson,Aldís Ósk Arnaldsdóttir,Leyla Ósk Jónsdóttir,Rebekka Rut Birgisdóttir,Ólöf Berglind Guðnadóttir,Íris Ósk Sverrisdóttir Skoðun Opið bréf til Ölmu Möller, heilbrigðisráðherra Anna Margrét Hrólfsdóttir,Lilja Guðmundsdóttir Skoðun Ísland smíðar – köllum á hetjurnar okkar Einar Mikael Sverrisson Skoðun Fagleg rök fjarverandi við opinbera styrkveitingu Bogi Ragnarsson Skoðun Hvenær kemur að okkur? Hjördís María Karlsdóttir Skoðun Án greiningar, engin ábyrgð Gísli Már Gíslason Skoðun Réttlæti næst ekki með ranglæti Ingibjörg Isaksen Skoðun Skoðun Skoðun Opið bréf til Ölmu Möller, heilbrigðisráðherra Anna Margrét Hrólfsdóttir,Lilja Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Réttlæti næst ekki með ranglæti Ingibjörg Isaksen skrifar Skoðun Fagleg rök fjarverandi við opinbera styrkveitingu Bogi Ragnarsson skrifar Skoðun Ætla stjórnvöld virkilega að eyðileggja eftirlaunasjóði verkafólks endanlega? Vilhjálmur Birgisson skrifar Skoðun Heilbrigðistækni getur gjörbylt aðgengi og gæðum í heilbrigðisþjónustu Erla Tinna Stefánsdóttir skrifar Skoðun Ísland smíðar – köllum á hetjurnar okkar Einar Mikael Sverrisson skrifar Skoðun Yfir 90% ferðamanna eru ánægðir með dvöl sína á höfuðborgarsvæðinu Inga Hlín Pálsdóttir skrifar Skoðun Hvenær kemur að okkur? Hjördís María Karlsdóttir skrifar Skoðun Frjór jarðvegur fyrir glæpagengi til að festa rætur Halldóra Mogensen skrifar Skoðun Án greiningar, engin ábyrgð Gísli Már Gíslason skrifar Skoðun Rödd barna og ungmenna hunsuð í barnvænu sveitarfélagi? París Anna Bermann Elvarsdóttir,Heimir Sigurpáll Árnason,Fríða Björg Tómasdóttir,Lilja Dögun Lúðvíksdóttir,Bjarki Orrason,Sigmundur Logi Þórðarson,Aldís Ósk Arnaldsdóttir,Leyla Ósk Jónsdóttir,Rebekka Rut Birgisdóttir,Ólöf Berglind Guðnadóttir,Íris Ósk Sverrisdóttir skrifar Skoðun Verkin sem ekki tala Bryndís Haraldsdóttir skrifar Skoðun Myndir þú hætta að flokka ruslið? – Sjálfbærni er ekki tíska Helga Björg Steinþórsdóttir,Eva Magnúsdóttir skrifar Skoðun Þið dirfist að kalla mig fasista og rasista? Davíð Bergmann skrifar Skoðun Gleymdu að vanda sig Vanda Sigurgeirsdóttir skrifar Skoðun Vindhögg Viðskiptaráðs Finnbjörn A. Hermannsson skrifar Skoðun Skref aftur á bak fyrir konur með endómetríósu Sigurður Ingi Jóhannsson skrifar Skoðun Staða leikskólamála í Reykjanesbæ Guðný Birna Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Gervigreindaraðstoð: Kennarinn endurheimtir dýrmætan tíma Björgmundur Guðmundsson skrifar Skoðun Tökum höndum saman áður en það er of seint Karólína Helga Símonardóttir skrifar Skoðun PWC – Traustsins verðir? Björn Thorsteinsson skrifar Skoðun Rasismi útskýrir stuðning við þjóðarmorð Ingólfur Gíslason skrifar Skoðun Skuldin við jörðina: Kolefnisstjórnun skiptir sköpum Nótt Thorberg skrifar Skoðun Pólitískar kreddur á kostnað skattgreiðenda Kristinn Karl Brynjarsson skrifar Skoðun Þetta eru börnin sem ég hef áhyggjur af í skólakerfinu Rakel Linda Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Óttumst við það að vera frjálsar manneskjur í frjálsu landi? Arnar Þór Jónsson skrifar Skoðun Loftslagsváin bíður ekki Ívar Kristinn Jasonarson skrifar Skoðun Hvers vegna að kenna leiklist? Rannveig Björk Þorkelsdóttir,Jóna Guðrún Jónsdóttir skrifar Skoðun Jafnt aðgengi að geðheilbrigðisþjónustu fyrir öll Telma Sigtryggsdóttir skrifar Skoðun Svikin loforð í leikskólamálum Reykjanesbæjar Gígja Sigríður Guðjónsdóttir 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.
Ætla stjórnvöld virkilega að eyðileggja eftirlaunasjóði verkafólks endanlega? Vilhjálmur Birgisson Skoðun
Rödd barna og ungmenna hunsuð í barnvænu sveitarfélagi? París Anna Bermann Elvarsdóttir,Heimir Sigurpáll Árnason,Fríða Björg Tómasdóttir,Lilja Dögun Lúðvíksdóttir,Bjarki Orrason,Sigmundur Logi Þórðarson,Aldís Ósk Arnaldsdóttir,Leyla Ósk Jónsdóttir,Rebekka Rut Birgisdóttir,Ólöf Berglind Guðnadóttir,Íris Ósk Sverrisdóttir Skoðun
Opið bréf til Ölmu Möller, heilbrigðisráðherra Anna Margrét Hrólfsdóttir,Lilja Guðmundsdóttir Skoðun
Skoðun Opið bréf til Ölmu Möller, heilbrigðisráðherra Anna Margrét Hrólfsdóttir,Lilja Guðmundsdóttir skrifar
Skoðun Ætla stjórnvöld virkilega að eyðileggja eftirlaunasjóði verkafólks endanlega? Vilhjálmur Birgisson skrifar
Skoðun Heilbrigðistækni getur gjörbylt aðgengi og gæðum í heilbrigðisþjónustu Erla Tinna Stefánsdóttir skrifar
Skoðun Yfir 90% ferðamanna eru ánægðir með dvöl sína á höfuðborgarsvæðinu Inga Hlín Pálsdóttir skrifar
Skoðun Rödd barna og ungmenna hunsuð í barnvænu sveitarfélagi? París Anna Bermann Elvarsdóttir,Heimir Sigurpáll Árnason,Fríða Björg Tómasdóttir,Lilja Dögun Lúðvíksdóttir,Bjarki Orrason,Sigmundur Logi Þórðarson,Aldís Ósk Arnaldsdóttir,Leyla Ósk Jónsdóttir,Rebekka Rut Birgisdóttir,Ólöf Berglind Guðnadóttir,Íris Ósk Sverrisdóttir skrifar
Skoðun Myndir þú hætta að flokka ruslið? – Sjálfbærni er ekki tíska Helga Björg Steinþórsdóttir,Eva Magnúsdóttir skrifar
Ætla stjórnvöld virkilega að eyðileggja eftirlaunasjóði verkafólks endanlega? Vilhjálmur Birgisson Skoðun
Rödd barna og ungmenna hunsuð í barnvænu sveitarfélagi? París Anna Bermann Elvarsdóttir,Heimir Sigurpáll Árnason,Fríða Björg Tómasdóttir,Lilja Dögun Lúðvíksdóttir,Bjarki Orrason,Sigmundur Logi Þórðarson,Aldís Ósk Arnaldsdóttir,Leyla Ósk Jónsdóttir,Rebekka Rut Birgisdóttir,Ólöf Berglind Guðnadóttir,Íris Ósk Sverrisdóttir Skoðun
Opið bréf til Ölmu Möller, heilbrigðisráðherra Anna Margrét Hrólfsdóttir,Lilja Guðmundsdóttir Skoðun