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 Af með hausana, burt með styttuna Sigurður Haraldsson Skoðun Ekki benda á mig Ebba Margrèt Magnúsdóttir Skoðun Forstjórahringekjan Áslaug Eir Hólmgeirsdóttir,Hildur Ösp Gylfadóttir Skoðun Þetta er skrýtin latína Ingvar S. Birgisson Skoðun Latínan bjargaði íslenskunni minni Kayla Amy Eleanor Harðardóttir Skoðun Hagnýtar húðflúraforvarnir Gísli Garðarsson Skoðun Tími byltingarinnar er runninn upp — Síðasta byltingin var 1994 Ásgeir Jónsson Skoðun Hvað ef við erum hrædd við ranga framtíð? Rakel Hinriksdóttir Skoðun Skaðleg efni ógna heilsu barna Guðrún Lilja Kristinsdóttir Skoðun Sporin hræða Snorri Másson Skoðun Skoðun Skoðun Viljum við ekki örugga leikskóla? Pétur Halldórsson skrifar Skoðun Sólarpönk, er bjartsýni uppreisn? Diana Sus,Þuríður Helga Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Skaðleg efni ógna heilsu barna Guðrún Lilja Kristinsdóttir skrifar Skoðun Reynslan skiptir máli – við þurfum að meta hana af sanngirni Edda Jóhannesdóttir skrifar Skoðun Latínan bjargaði íslenskunni minni Kayla Amy Eleanor Harðardóttir skrifar Skoðun Hagnýtar húðflúraforvarnir Gísli Garðarsson skrifar Skoðun Þetta er skrýtin latína Ingvar S. Birgisson skrifar Skoðun Hvað ef við erum hrædd við ranga framtíð? Rakel Hinriksdóttir skrifar Skoðun Lesblinda og prófamenning Snævar Ívarsson skrifar Skoðun Tími byltingarinnar er runninn upp — Síðasta byltingin var 1994 Ásgeir Jónsson skrifar Skoðun Forstjórahringekjan Áslaug Eir Hólmgeirsdóttir,Hildur Ösp Gylfadóttir skrifar Skoðun Varnarbarátta Úkraínu og Rússlandsskatturinn Pawel Bartoszek skrifar Skoðun Af með hausana, burt með styttuna Sigurður Haraldsson skrifar Skoðun Að standa með Úkraínu er að standa með okkur sjálfum Þorgerður Katrín Gunnarsdóttir skrifar Skoðun Taktu þátt í að móta ungmennastefnu Íslands Guðmundur Ari Sigurjónsson skrifar Skoðun Skipulag endurreisnar í Grindavík og annars staðar Sólveig Þorvaldsdóttir skrifar Skoðun Kjarni máls sem við forðumst að ræða Gunnar Salvarsson skrifar Skoðun Hinn breytti heimur fjöl-skyldna Matthildur Björnsdóttir skrifar Skoðun Sporin hræða Snorri Másson skrifar Skoðun Ert þú nýr formaður vinstrisins? Hlynur Már Ragnheiðarson skrifar Skoðun Skautað framhjá þjóðinni Júlíus Valsson skrifar Skoðun Traustið er löngu farið úr velferðarkerfinu Sigríður Svanborgardóttir skrifar Skoðun Til hamingju, Reykjavík! Einar Bárðarson skrifar Skoðun Þess vegna er Svíþjóð að standa sig vel Eyþór Eðvarðsson skrifar Skoðun Galopið ávísanahefti skattgreiðenda í Hafnarfirði Óskar Steinn Jónínuson Ómarsson skrifar Skoðun Kjarabarátta Viðskiptaráðs Jónas Yngvi Ásgrímsson skrifar Skoðun Þriðja heimsstyrjöldin Arnór Sigurjónsson skrifar Skoðun Af hverju er engin slökkvistöð í Kópavogi? Jónas Már Torfason skrifar Skoðun Hlutfall kennara í leikskólum er lögbundið – ekki skoðun Anna Lydía Helgadóttir skrifar Skoðun Þorpið okkar allra Andri Rafn Ottesen 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.