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蚊子剋星:「雷射炮」問世!

星際大戰等科幻電影中,雷射炮常拿來摧毀許多在飛行中的東西。這幾年來,你可能也看過一些科學新聞,報導用雷射殺死蚊子。也許你會有疑惑,殺蚊子需要這麼高科技嗎?有種用高價的大砲打小鳥的感覺!然而,2015年3月,美國一家做LED的公司 Lighting Science 加入執行這個計劃的Intellectual Ventures,要生產殺蚊的雷射產品。

利用雷射殺蚊子的想法,源自於天文物理學家 Lowell Wood,但真正研究這個想法的可行性,主要在2008年由蓋茲基金會贊助才開始,泛科學曾報導蓋茲基金會贊助的計劃。殺蚊計劃,目的是想消除瘧疾,而蚊子正是瘧疾的傳播者,雖然化學方法像殺蟲劑可以便宜又大量殺蚊,但是對環境破壞的問題,及蚊子的抗藥性問題一一浮現。

而2008年對蓋茲基金會提出的計劃中,目標是利用藍光DVD裡面的雷射加上一般消費性相機的感光器(CCD或CMOS),利用物理方法滅蚊,乾淨又環保,而成本可能可以控制在兩千元新台幣左右,希望能幫助非洲地區對抗瘧疾。

在討論這個產品之前,我們先來了解這個科技的原理。Intellectual Ventures 稱這個計劃的關鍵技術為「Photonic fence」(光子網),目標是要將光子網內的母蚊殲滅(因為只有母的蚊子會吸血),是不是很像先要在雷達網上找到敵機,然後才能鎖定目標,用飛彈把敵機打下來?這個產品利用紅外線 LED 照亮約25到100公尺以內的範圍內,並在範圍內的邊界放置反光板並利用紅外線攝影機監視這個反光板。一旦有昆蟲進入這個光網,部分光會被昆蟲擋掉,因此會在背後的反光板上留下剪影,而紅外線攝影機可根據量測到的剪影初步判斷是什麼昆蟲。

由於人眼看不到紅外線,這個光網對人類的眼睛來說是「隱形」的,不會特別吸引小孩子或昆蟲進入光網。

光子網示意圖,外圍紅光網防止蚊子侵入。Source: Wazaonline.com

接下來的關鍵技術,可要結合資訊科技及昆蟲知識了。首先是類似車牌或人臉辨識技術,電腦軟體必需根據影像大小、形狀等初步判定是不是蚊子。系統會射出另一道不會殺死蚊子的紅外線雷射,持續打在飛行中的目標物上,就像狙擊手的槍會先用紅紅的雷射點瞄準目標。打在蚊子上的紅外線雷射,除了持續追蹤蚊子,還能進一步提供資訊,像是蚊子大小、翅膀拍打的頻率及飛行速度,用來判定是公蚊子或母蚊子。母蚊子比較大,翅膀拍打的頻率也比較低,一旦系統軟體判定是母蚊子,就會啟動另一道致命的雷射光,把母蚊子轟下來!

由於雷射光點通常不到1公分,蚊子也很小,在30公尺遠距的情況下,需有1公分以內的發射精準度。蚊子翅膀被燒掉,自然就會掉下來。但根據研究,雷射功率不需要高到完全燒掉蚊子的翅膀,只要能破壞蚊子飛行能力即可打下蚊子。關於蚊子被雷射打下來的過程,可以參考由 Intellectual Ventures 提供的高速影片:

一般來說,光子能量愈高,愈容易被生物體吸收,(所以藍紫光比較容易讓眼睛產生黃斑部病變), 因此把蚊子翅膀燒掉所需的雷射功率愈低。彩虹中的紅橙黃綠藍靛紫中,光子能量高的紫光需要比較少功率,而紅光甚至紅外光需要較高的功率才能把蚊子打下來。另外,低功率雷射也可以藉由照更久的時間來將蚊子翅膀燒掉。目前 Lighting Science 及Intellectual Ventures 所用的產品是波長532奈米的綠光雷射,功率有3瓦情況下(其實比毫瓦級的光碟機雷射功率高很多,也比較貴),一秒可殺死50到100隻母蚊子。根據他們研究,如果用波長1微米的紅外光雷射來殺蚊子,大概需要12瓦左右。

用紅外光雷射殺蚊的好處是,人眼看不到殺蚊時所散射出的的雷射光,可殺蚊於無形。(這樣就沒有知道蚊子被轟下來的視覺效果了!)該公司表示,目前還沒有計劃生產成本千元左右的產品提供一般民眾使用。筆者估計,他們目前推出的機器,成本應該是以萬在計算的。

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Source: gigacircle

Intellectual Ventures 表示:「這個系統的目的,並不是要殺大量的蚊子,而是在一定的區域內形成沒有蚊子的保護網,而現在我們有能力去達成」。想像一下,什麼區域需要保護網呢?醫院是一個例子。醫院裡可能有帶有瘧疾或登革熱的病人,因此就需要沒有蚊子的保護網,避免健康的人被蚊子叮咬,阻止疾病繼續散播。不過,也是有人對這個系統不樂觀。避免蚊蟲叮咬,是不是可以用蚊帳就好?在非洲瘧疾嚴重的區域,電力系統不穩,如何操作這樣的雷射系統?但該公司表示,產品將會利用太陽能電池儲電,提供系統所需電力。

你是否會期待這樣的系統變成消費性電子產品,也就是售價約幾千元,但可以讓你附近變成沒有蚊子的保護網?目前這個產品的最佳範圍操作在25公尺到100公尺,蚊子太遠打不到,蚊子太近又飛的快時,雷射追蹤反應不及,鎖定不住。不過,科技不都是先從有再求好嗎?這個系統,從2008年到2015年花了7年時間從實驗室走到產業,也許十年後,人人都能在「死星雷射炮」所形成的光網保護下,避免蚊蟲叮咬也說不定!

最後,我們來看一下這個計劃的領導人Nathan Myhrvold 在2010年時,在TED上演示的系統吧~

  • 可以至原影片頁面打開中文字幕。

P.S. 曾有朋友跟筆者說,發明電蚊拍的人,應該得諾貝爾獎的。

延伸閱讀:

  1. Homepage of Intellectual Ventures Laboratory
  2. IEEE Spectrum – Laser Bug Zapper Inches To Market
  3. IEEE Spectrum -Backyard Star Wars
  4. Wikipedia – Mosquito Laser
  5. TED – Nathan Myhrvold:Could this laser zap malaria?

 

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關於作者

南宮簫笛哥

任職於中研院物理所,雷射光譜實驗室負責人,生物影像核心設施管理負責人,兼任科學月刊/科技報導副總編輯。擔任過國立臺灣大學、國立臺灣師範大學、美國麻省理工學院博士後研究員,工業技術研究院南分院工程師。曾被戲稱南宮博士,擅長簫及竹笛,故稱南宮簫笛哥 (「人講瘋豬哥」台語諧音)。