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 Íslenskur útgerðarmaður, evrópsk verkakona Sigurgeir B. Kristgeirsson Skoðun Embættismenn og stjórnmálamenn 30 ára Pétur Berg Matthíasson Skoðun Maður á sviði: Narsissisti í nánu sambandi Hrafnhildur Sigmarsdóttir Skoðun Áhrifaleysið – trúa menn því virkilega? Andrés Pétursson Skoðun Sýrland í stuttu máli Omran Kassoumeh Skoðun Bílastæði eru hættulegri en þú heldur Hrefna Sigurjónsdóttir Skoðun Köld eru kvennaráð – eða hvað? Halla Hrund Logadóttir Skoðun Er Vernd einkarekið fangelsi í dulargervi áfangaheimilis? Ólafur Ágúst Hraundal Skoðun Brottvísanir frá sjónarhorni íslenskukennara Sigurlín Bjarney Gísladóttir Skoðun Halldór 07.12.2024 Halldór Skoðun Skoðun Áhrifaleysið – trúa menn því virkilega? Andrés Pétursson skrifar Skoðun Íslenskur útgerðarmaður, evrópsk verkakona Sigurgeir B. Kristgeirsson skrifar Skoðun Embættismenn og stjórnmálamenn 30 ára Pétur Berg Matthíasson skrifar Skoðun Sýrland í stuttu máli Omran Kassoumeh skrifar Skoðun Er Vernd einkarekið fangelsi í dulargervi áfangaheimilis? Ólafur Ágúst Hraundal skrifar Skoðun Eftirlifendur fá friðarverðlaun Andrés Ingi Jónsson skrifar Skoðun Við getum stöðvað kynbundið ofbeldi Hildur Guðbjörnsdóttir skrifar Skoðun Dýravelferð dýranna Árni Alfreðsson skrifar Skoðun Réttur kvenna til lífs Ólöf Embla Eyjólfsdóttir skrifar Skoðun Bílastæði eru hættulegri en þú heldur Hrefna Sigurjónsdóttir skrifar Skoðun Fimmtíu ár frá Kvennafrídeginum árið 2025 Matthildur Björnsdóttir skrifar Skoðun Framtíðarsýn skóla og frístundastarfs í Lauganes- og Langholtshverfi Árelía Eydís Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Getur rafmagnið lært af símanum? Sigurður Jóhannesson skrifar Skoðun „Fé fylgi sjúklingi – ný útfærsla“ Teitur Guðmundsson skrifar Skoðun Aðgengi og lífsgæði eldri borgara í stafrænni framtíð: Hvað getum við gert betur? Hildur María Friðriksdóttir skrifar Skoðun Loftslagsmál eru orkumál Nótt Thorberg skrifar Skoðun Lánakvótar opna á nýja möguleika í hagstjórn Hallgrímur Óskarsson skrifar Skoðun Tímaskekkja í velferðarríki Stefán Þorri Helgason skrifar Skoðun Ahimsa: Siðferði kjöts og innflytjendamála Rajan Parrikar skrifar Skoðun Valkyrjustjórnin skyldi íslensk flugfélög til gæludýraflutninga í farþegaflugvélum Árni Stefán Árnason skrifar Skoðun Stigmögnun ofbeldis í nánum samböndum Kristín Snorradóttir skrifar Skoðun Brottvísanir frá sjónarhorni íslenskukennara Sigurlín Bjarney Gísladóttir skrifar Skoðun Mun ný ríkisstjórn Íslands endurskoða hvalveiðileyfið? Elissa Phillips skrifar Skoðun Hvernig tryggjum við raforkuöryggi almennings til framtíðar? Dagur Helgason skrifar Skoðun Erindisleysa Kennarasambandsins Ólafur Hauksson skrifar Skoðun Óvenjuleg hálka Sara Oskarsson skrifar Skoðun Það eru margar leiðir til að lækka vexti Ólafur Margeirsson skrifar Skoðun Voru aðdragandi og úrslit þingkosninga lýðræðisleg? Tómas Ellert Tómasson skrifar Skoðun Krísan sem heimurinn hundsar: kynbundið ofbeldi í átökum Birta B. Kjerúlf ,Kjartan Ragnarsson skrifar Skoðun Köld eru kvennaráð – eða hvað? Halla Hrund Logadóttir 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 Framtíðarsýn skóla og frístundastarfs í Lauganes- og Langholtshverfi Árelía Eydís Guðmundsdóttir skrifar
Skoðun Aðgengi og lífsgæði eldri borgara í stafrænni framtíð: Hvað getum við gert betur? Hildur María Friðriksdóttir skrifar
Skoðun Valkyrjustjórnin skyldi íslensk flugfélög til gæludýraflutninga í farþegaflugvélum Árni Stefán Árnason skrifar
Skoðun Krísan sem heimurinn hundsar: kynbundið ofbeldi í átökum Birta B. Kjerúlf ,Kjartan Ragnarsson skrifar