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影印機的發明|科學史上的今天:10/22

張瑞棋_96
・2015/10/22 ・1089字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 529 ・七年級

1938年的今天,美國發明家卡爾森(Chester F. Carlson, 1906-1968)成功印出世界上第一張影印複本;上頭是他所寫的文字:「10.-22.-38 ASTORIA」,以紀念這一天與誕生地:紐約的Astoria區。

世界上第一張影印複本。圖片來源:Xerox@wikipedia

他位於此處的實驗室其實是丈母娘的房子,因為老婆受不了他把家裡搞得異味撲鼻,才下令他把實驗室從家裡廚房移來這裡。卡爾森白天在一家律師事務所的專利部門上班,只能利用下班時間研究。他已頗習慣於蠟燭兩頭燒,他幼時父親罹患結核病與關節炎,經濟拮据,因此他自八歲起就得利用課餘時間打工以分擔家中生計。1930年,他自加州理工學院物理系畢業後,到貝爾實驗室上班,但三年後就因上經濟大蕭條惡化而慘遭裁員,1934年才在目前這家公司安定下來。

這個工作常需要複寫多份文件,但用複寫紙還是太慢,油印太麻煩,柯達公司的照相複製又太貴,因此卡爾森深覺需要一個更便捷、成本更低的複製方式。他從科學期刊讀到某些材料經光照射後會改變其導電性,因此開始著手研究他稱為「電子照相」的技術,終於在1938年10月22日成功在蠟紙上複印出原稿。

然而當他試圖推銷這項技術時卻四處碰壁,包括IBM、GE等大公司都拒絕了他。就在卡爾森已經死心時,1944年,他對前來公司洽談專利事宜的客戶巴特爾(Battelle)機構聊起他的構想,竟然引起他們的興趣,願意投資開發。兩年後,相紙製造商哈洛得(Haloid)也加入行列,並主導了商品的開發,終於在1949年推出世界上第一台影印機Xerox Model A;取自希臘文”Xeros”(乾燥),以別於柯達公司採用洗相片方式的「濕式」複製。

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不過Model A仍須使用蠟紙,售價也偏高,賣得並不好;直到1959年開發出使用普通紙的Xerox 914,並採月租方式才大受歡迎。哈洛得公司於1961年乾脆將公司改名為”Xerox”(全錄),從此成了影印的代名詞(就像現在google是搜尋的代名詞一樣)。

全錄公司深感科技創新的重要性,於1970年成立「帕洛阿托研究中心」。雷射印表機與乙太網路都誕生於此處,彩色電腦螢幕、滑鼠、圖形介面等技術也是在此商品化,可說是塑造了現代電腦的樣貌。

卡爾森本人也因為影印機的專利金收入而致富,1968年《財富》雜誌還將他列入美國最有錢的人之一。不過卡爾森去函表示自己屬於五千萬美元以下那一級,指雜誌多估了一億五千萬。卡爾森所言屬實,因為他已默默捐贈了一億五千萬美元給公益事業與學校。「死為窮人」(”to die as a poor man”)是他的理念,但他還來不及達成,就在紐約戲院看電影時心臟病突發而亡,享年62歲。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 945 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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