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 Verður valdagræðgi Flokks fólksins honum að falli? Júlíus Valsson Skoðun Kæru landar – Eigum við að hafna samningi sem við höfum ekki séð? Þorvaldur Ingi Jónsson Skoðun Þjóðin föst í Groundhog Day krónunnar Baldur Pétursson Skoðun Valdatafl eða nauðsynlegt stopp á gölluðu frumvarpi? Jóhann Helgi Stefánsson Skoðun Verður Ísland brothætt byggð? Sigurjón Þórðarson Skoðun Börnin fyrst, en þau bíða enn Steindór Þórarinsson,Jón K. Jacobsen Skoðun Velferð þarf rými Þorvaldur Davíð Kristjánsson Skoðun Halldór 27.06.2026 Halldór Að semja við sjálfan sig Sigurjón Njarðarson Skoðun Tengsl eru innviðir samfélagsins Rannveig Tenchi Ernudóttir Skoðun Skoðun Skoðun Verður valdagræðgi Flokks fólksins honum að falli? Júlíus Valsson skrifar Skoðun Tengsl eru innviðir samfélagsins Rannveig Tenchi Ernudóttir skrifar Skoðun Kæru landar – Eigum við að hafna samningi sem við höfum ekki séð? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar Skoðun Börnin fyrst, en þau bíða enn Steindór Þórarinsson,Jón K. Jacobsen skrifar Skoðun Að semja við sjálfan sig Sigurjón Njarðarson skrifar Skoðun Þjóðin föst í Groundhog Day krónunnar Baldur Pétursson skrifar Skoðun Verður Ísland brothætt byggð? Sigurjón Þórðarson skrifar Skoðun „Kannski“ Sigurður Árni Reynisson skrifar Skoðun Velferð þarf rými Þorvaldur Davíð Kristjánsson skrifar Skoðun Ábyrgð í orði og verki Lilja Dögg Alfreðsdóttir,Stefán Vagn Stefánsson skrifar Skoðun Stóru verkefnin leysum við saman Stefán Vagn Stefánsson skrifar Skoðun Valdatafl eða nauðsynlegt stopp á gölluðu frumvarpi? Jóhann Helgi Stefánsson skrifar Skoðun Dánaraðstoð: Varúð má ekki verða að forræðishyggju Ingrid Kuhlman skrifar Skoðun Farsæld barna: Ekkert annað en rómantísk saga á blaði Ingibjörg Einarsdóttir skrifar Skoðun Hver á þennan bústað? Já eða nei? Stefán Hrafn Jónsson skrifar Skoðun Brexit og fyrirhuguð þjóðaratkvæðagreiðsla hér á landi Meyvant Þórólfsson skrifar Skoðun How to ruin a university system with one law Colin Fisher skrifar Skoðun Upplýst umræða og framsal ríkisvalds Margrét Einarsdóttir skrifar Skoðun Skólinn er alltaf vandinn Íris E. Gísladóttir skrifar Skoðun Geisp Þorgerður María Þorbjarnardóttir skrifar Skoðun Dánaraðstoð fyrir deyjandi fólk: Á ótti við framtíðina að ráða úrslitum? Svanur Sigurbjörnsson skrifar Skoðun Það sem kynslóðir byggðu – og okkar ábyrgð að varðveita Sveinn Kristjánsson skrifar Skoðun Handan óttans: Hvers konar Ísland viljum við byggja? Bjarndís Helena Mitchell skrifar Skoðun Lifandi hvalir skapa líka verðmæti Rannveig Grétarsdóttir skrifar Skoðun Þegar íslenskir embættismenn auglýsa ísraelskt njósnafyrirtæki Ragnhildur Hólmgeirsdóttir,Magnús Magnússon skrifar Skoðun Hangið frammi á gangi í von um fréttir Hjörtur J. Guðmundsson skrifar Skoðun Viðreisn gengur í verkin Róbert Ragnarsson skrifar Skoðun Mannréttindi í Reykjavík í hættu Eldur Smári Kristinsson skrifar Skoðun Hvernig líður fjölskyldunni? Auður Axelsdóttir skrifar Skoðun Heilbrigðisráðherra slær eigið heimsmet Vilhjálmur Hjálmarsson 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 Kæru landar – Eigum við að hafna samningi sem við höfum ekki séð? Þorvaldur Ingi Jónsson skrifar
Skoðun Dánaraðstoð fyrir deyjandi fólk: Á ótti við framtíðina að ráða úrslitum? Svanur Sigurbjörnsson skrifar
Skoðun Þegar íslenskir embættismenn auglýsa ísraelskt njósnafyrirtæki Ragnhildur Hólmgeirsdóttir,Magnús Magnússon skrifar