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 Skóli án aðgreiningar má missa sín Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir Skoðun Norðurlönd gætu misst Grænland og Færeyjar ef endurskoðun Helsingforssamningsins dregst á langinn Maiken Poulsen Englund,Lars Barfoed,Torbjörn Nyström,Sara Fleischer,Hrannar Björn Arnarsson Skoðun Telur Samfylkingin að Mette Frederiksen sé rasisti? Elliði Vignisson Skoðun Í framlínu náttúruverndar í 50 ár Magnús Hallur Jónsson Skoðun Að segja satt frá og gera það strax! Álfheiður Ingadóttir Skoðun Ofbeldi kemur ekki úr vegabréfi. Það sprettur af fátækt, útilokun og lygum Ian McDonald Skoðun Starfsfólk Reykjavíkurborgar er ekki tilraunaverkefni Brynhildur Heiðar- og Ómarsdóttir,Þorkell Heiðarsson Skoðun Piparsveinar fagna nýútkominni skýrslu um strandveiðar Kjartan Sveinsson Skoðun Loftbrú og Ölfusárbrú eru mikilvægari en börn Grímur Atlason Skoðun Þátttaka skiptir máli – alþjóðlegur dagur iðjuþjálfunar Þóra Leósdóttir Skoðun Skoðun Skoðun Til kall Drífa Snædal skrifar Skoðun Skóli án aðgreiningar má missa sín Kristín Kolbrún Waage Kolbeinsdóttir skrifar Skoðun Reykjavíkurborg pissar í skóinn sinn – og kallar það hagræðingu Sigurður Sigurðsson skrifar Skoðun Atlaga að fátækt Kolbrún Áslaugar Baldursdóttir skrifar Skoðun Starfsfólk Reykjavíkurborgar er ekki tilraunaverkefni Brynhildur Heiðar- og Ómarsdóttir,Þorkell Heiðarsson skrifar Skoðun Loftbrú og Ölfusárbrú eru mikilvægari en börn Grímur Atlason skrifar Skoðun Hvernig tala ég við barnið mitt um netið? Skúli Bragi Geirdal skrifar Skoðun Ríkið þrengir að frelsi og samkeppni á fjölmiðlamarkaði Gísli Stefánsson skrifar Skoðun Árangursrík stjórnsýsla – Heilsa eldri borgara – nýtum það sem virkar Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Öll börn eru hluti af liðinu Thelma Dögg Grétarsdóttir skrifar Skoðun Heljarhestar um veturnætur Ása Hlín Benediktsdóttir skrifar Skoðun Grafið undan faglegu starfi – Skipulagsbreytingar á starfi félagsmiðstöðva frá sjónarhorni starfsmanns Ari Orrason skrifar Skoðun Telur Samfylkingin að Mette Frederiksen sé rasisti? Elliði Vignisson skrifar Skoðun Við eigum matreiðslumenn í fremstu röð Þórir Erlingsson skrifar Skoðun Verum duglegri að sjá hvert annað Valdimar Víðisson skrifar Skoðun Málshraðasögur Dvalarleyfi Eva Hauksdóttir skrifar Skoðun Þátttaka skiptir máli – alþjóðlegur dagur iðjuþjálfunar Þóra Leósdóttir skrifar Skoðun Hugsjónasvelta Reykjavík Líf Magneudóttir ,Sanna Magdalena Mörtudóttir skrifar Skoðun Málverkið og mælikvarðinn - Um litadýrð, líffræði og fegurð Hilmar Kristinsson skrifar Skoðun Um Stafræna heilsu: Karp er best með forsjá Alma D. Möller skrifar Skoðun Piparsveinar fagna nýútkominni skýrslu um strandveiðar Kjartan Sveinsson skrifar Skoðun Loftbrúin fjarlægist skosku leiðina Berglind Harpa Svavarsdóttir skrifar Skoðun Norðurlönd gætu misst Grænland og Færeyjar ef endurskoðun Helsingforssamningsins dregst á langinn Maiken Poulsen Englund,Lars Barfoed,Torbjörn Nyström,Sara Fleischer,Hrannar Björn Arnarsson skrifar Skoðun Þingmaðurinn sem ruglaði saman gagnrýni og andstöðu Hjálmar Bogi Hafliðason skrifar Skoðun Að segja satt frá og gera það strax! Álfheiður Ingadóttir skrifar Skoðun Um traust, ábyrgð og fagmennsku í listsamkeppnum Markús Þór Andrésson,Anna Rún Tryggvadóttir skrifar Skoðun Árangur LEB er ótvíræður – en fátækt eldri borgara er þjóðarskömm Björn Snæbjörnsson skrifar Skoðun Takk fyrir, ferðamaður! Björgvin Jóhannesson skrifar Skoðun Sérstaða Íslands: forskot eða fjötur um fót? Hugrún Elvarsdóttir skrifar Skoðun Í framlínu náttúruverndar í 50 ár Magnús Hallur Jónsson 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.
Norðurlönd gætu misst Grænland og Færeyjar ef endurskoðun Helsingforssamningsins dregst á langinn Maiken Poulsen Englund,Lars Barfoed,Torbjörn Nyström,Sara Fleischer,Hrannar Björn Arnarsson Skoðun
Starfsfólk Reykjavíkurborgar er ekki tilraunaverkefni Brynhildur Heiðar- og Ómarsdóttir,Þorkell Heiðarsson Skoðun
Skoðun Reykjavíkurborg pissar í skóinn sinn – og kallar það hagræðingu Sigurður Sigurðsson skrifar
Skoðun Starfsfólk Reykjavíkurborgar er ekki tilraunaverkefni Brynhildur Heiðar- og Ómarsdóttir,Þorkell Heiðarsson skrifar
Skoðun Árangursrík stjórnsýsla – Heilsa eldri borgara – nýtum það sem virkar Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar
Skoðun Grafið undan faglegu starfi – Skipulagsbreytingar á starfi félagsmiðstöðva frá sjónarhorni starfsmanns Ari Orrason skrifar
Skoðun Norðurlönd gætu misst Grænland og Færeyjar ef endurskoðun Helsingforssamningsins dregst á langinn Maiken Poulsen Englund,Lars Barfoed,Torbjörn Nyström,Sara Fleischer,Hrannar Björn Arnarsson skrifar
Skoðun Um traust, ábyrgð og fagmennsku í listsamkeppnum Markús Þór Andrésson,Anna Rún Tryggvadóttir skrifar
Skoðun Árangur LEB er ótvíræður – en fátækt eldri borgara er þjóðarskömm Björn Snæbjörnsson skrifar
Norðurlönd gætu misst Grænland og Færeyjar ef endurskoðun Helsingforssamningsins dregst á langinn Maiken Poulsen Englund,Lars Barfoed,Torbjörn Nyström,Sara Fleischer,Hrannar Björn Arnarsson Skoðun
Starfsfólk Reykjavíkurborgar er ekki tilraunaverkefni Brynhildur Heiðar- og Ómarsdóttir,Þorkell Heiðarsson Skoðun