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 Hver á arfinn? Gunnar Ármannsson Skoðun Í hvaða vitleysu erum við stödd? Ragnheiður Stephensen Skoðun Skuggamansal á Íslandi Sævar Þór Jónsson Skoðun Grateful Dead á Sæbrautinni Júlíus Valsson Skoðun Landsleikar RÚV! Sigurlín Margrét Sigurðardóttir Skoðun Skattlagning til velsældar Hannes Lúðvíksson Skoðun Baráttan er ekki búin Mordekaí Elí Esrason Skoðun Við erum ekki jafn ömurleg og við höldum Þorsteinn Tjörvi Sigurðsson Skoðun Til hamingju Reykjanesbær með leikskólana okkar Guðný Birna Guðmundsdóttir Skoðun Er Þórarinn Tyrfings nýja framtíð Vogs? Bergþóra Haralds Eiðsdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Hvar eru þingmenn NV-kjördæmis? Sigurður Páll Jónsson skrifar Skoðun Noregur styrkir EES – Ísland verður að fylgja Rögnvaldur Guðmundsson skrifar Skoðun Landsleikar RÚV! Sigurlín Margrét Sigurðardóttir skrifar Skoðun Við erum ekki jafn ömurleg og við höldum Þorsteinn Tjörvi Sigurðsson skrifar Skoðun Bjórinn sem slapp við suðurferðina Elís Pétur Elísson skrifar Skoðun Í hvaða vitleysu erum við stödd? Ragnheiður Stephensen skrifar Skoðun Skattlagning til velsældar Hannes Lúðvíksson skrifar Skoðun Baráttan er ekki búin Mordekaí Elí Esrason skrifar Skoðun Hver á arfinn? Gunnar Ármannsson skrifar Skoðun Að tala um dauðann er að tala um lífið Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Til hamingju Reykjanesbær með leikskólana okkar Guðný Birna Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Skuggamansal á Íslandi Sævar Þór Jónsson skrifar Skoðun Grateful Dead á Sæbrautinni Júlíus Valsson skrifar Skoðun Þjóðarsjúkrahúsið seinkar Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Er gervigreindin spegill mannkyns Kristján Logason skrifar Skoðun Er Þórarinn Tyrfings nýja framtíð Vogs? Bergþóra Haralds Eiðsdóttir skrifar Skoðun Tólf ára ákvað ég að gera bíó Arnar Benjamín Kristjánsson skrifar Skoðun Hvað segja gögnin í raun um ásakanir á hendur séra Friðriki Theódór S. Halldórsson skrifar Skoðun Það er sárt að tapa kosningum Heimir Már Pétursson skrifar Skoðun Er enn þess virði að leggja á sig langt háskólanám? Gunnar Alexander Ólafsson skrifar Skoðun Engin fjölskylda á að þurfa að standa ein Eydís Ásbjörnsdóttir skrifar Skoðun Þegar reglurnar gilda ekki jafnt Ágúst Karlsson skrifar Skoðun Utanríkisstefna án ábyrgðar? Erna Bjarnadóttir skrifar Skoðun Heiður hússins: Um kynferðisofbeldi í nánum samböndum Hrafnhildur Kjerúlf Sigmarsdóttir skrifar Skoðun PISA-skellur en hvað svo? Inga Sæland skrifar Skoðun Hver verndar velferð barna þegar náttúran blandar kynjunum? Jón Þór Ólafsson skrifar Skoðun Einhliða bergmálshellir og heimildir sem hrynja Lilja Benatov Hjartar skrifar Skoðun KEMUR TÓLFAN? Hilmar Jökull Stefánsson skrifar Skoðun Ábyrgðinni má ekki útvista til tækninnar Karen Ósk Nielsen Björnsdóttir skrifar Skoðun Gervigreindin kaupir ekki það sem hún skilur ekki Jens Gunnarsson 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 Heiður hússins: Um kynferðisofbeldi í nánum samböndum Hrafnhildur Kjerúlf Sigmarsdóttir skrifar