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 Kominn tími til í Kópavogi María Ellen Steingrímsdóttir Skoðun Slapp lifandi út af elliheimili Margrét Sigríður Guðmundsdóttir Skoðun Sögnin að banna Hans Alexander Margrétarson Hansen Skoðun Þjóð í vaxtafjötrum hafta Sveinn Atli Gunnarsson Skoðun Ertu ekki hress? Sigurbjörg J. Helgadóttir Skoðun Listin að blekkja heila þjóð Halldóra Mogensen Skoðun Mér er ekki sama Þorkell Daníel Eiríksson Skoðun Er fagmennska kennara einskis virði? Þóranna Rósa Ólafsdóttir Skoðun STRAX-D Rúnar Freyr Gíslason Skoðun Af hverju eru sum hús full af lífi en önnur tóm? Rannveig Tenchi Ernudóttir Skoðun Skoðun Skoðun Mér er ekki sama Þorkell Daníel Eiríksson skrifar Skoðun Vaxtarmörk eða valdsmörk sveitarstjórna Orri Björnsson skrifar Skoðun Lýðheilsa og leiðin til Siglufjarðar Pétur Heimisson skrifar Skoðun Sterkur skólabær – vinnum þetta saman Jóhannes Már Pétursson skrifar Skoðun Það sem skiptir raunverulega máli Guðbjörg Ingunn Magnúsdóttir skrifar Skoðun Af hverju eru sum hús full af lífi en önnur tóm? Rannveig Tenchi Ernudóttir skrifar Skoðun STRAX-D Rúnar Freyr Gíslason skrifar Skoðun Tónlistarborgin eflist! Skúli Helgason skrifar Skoðun Kominn tími til í Kópavogi María Ellen Steingrímsdóttir skrifar Skoðun Tunglskot og tilraunastofa Ásta Kristín Sigurjónsdóttir skrifar Skoðun Sögnin að banna Hans Alexander Margrétarson Hansen skrifar Skoðun Hvað sagði konan? G.Eygló Friðriksdóttir skrifar Skoðun Öflugur framhaldsskóli á Suðurnesjum er réttlætismál Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir skrifar Skoðun Við stöndum á tímamótum Ellý Tómasdóttir skrifar Skoðun Samkeppnisreglur sem myndlistarmenn hafa komið sér saman um Emma Heiðarsdóttir,Eva Ísleifs,Jóna Hlíf Halldórsdóttir,Unndór Egill Jónsson skrifar Skoðun Námsárangur í frjálsu falli — hversu lengi ætlum við að horfa á? Nína Berglind Sigurgeirsdóttir skrifar Skoðun Þjóð í vaxtafjötrum hafta Sveinn Atli Gunnarsson skrifar Skoðun Samningsmarkmið Íslands mega ekki vera leyndarmál Júlíus Valsson skrifar Skoðun Dánaraðstoð og hjúkrunarfræðingar: Hvað segja gögnin? Bjarni Jónsson skrifar Skoðun Lögreglu-Ríkið Ólafur Stephensen skrifar Skoðun Þarf einhverja yfirbyggingu í skólamálum Mosfellsbæjar? Haukur Skúlason skrifar Skoðun Verkin tala! Kristinn Jakobsson skrifar Skoðun Vandinn er ekki lóðaskortur Óli Örn Eiríksson skrifar Skoðun Af hverju? - Af hverju ekki? Halldór Bachmann skrifar Skoðun Er staða Garðabæjar jafn sterk og við höldum? Tinna Borg Arnfinnsdóttir ,Hreiðar Jónsson skrifar Skoðun Er fagmennska kennara einskis virði? Þóranna Rósa Ólafsdóttir skrifar Skoðun Að þora að vera til fyrirmyndar Trausti Jóhannsson skrifar Skoðun Orkan sem skapar verðmæti Sævar Freyr Þráinsson skrifar Skoðun Er Kristrún Frostadóttir viljandi að reyna að leiða þjóðina inn í ESB? Gunnar Ármannsson skrifar Skoðun Eru 700 milljónir á ári ekki miklir peningar? Róbert Ragnarsson 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 Öflugur framhaldsskóli á Suðurnesjum er réttlætismál Hólmfríður Jennýjar Árnadóttir skrifar
Skoðun Samkeppnisreglur sem myndlistarmenn hafa komið sér saman um Emma Heiðarsdóttir,Eva Ísleifs,Jóna Hlíf Halldórsdóttir,Unndór Egill Jónsson skrifar
Skoðun Námsárangur í frjálsu falli — hversu lengi ætlum við að horfa á? Nína Berglind Sigurgeirsdóttir skrifar
Skoðun Er staða Garðabæjar jafn sterk og við höldum? Tinna Borg Arnfinnsdóttir ,Hreiðar Jónsson skrifar
Skoðun Er Kristrún Frostadóttir viljandi að reyna að leiða þjóðina inn í ESB? Gunnar Ármannsson skrifar