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防貓咪敲鍵盤軟體—《搞笑諾貝爾獎》

行路出版_96
・2016/09/05 ・1519字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 479 ・五年級

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⊙д⊙! 圖/sethness

「當貓咪的爪子落下時,貓咪的重量加上貓咪行進時的作用力,會產生好幾磅的力量施加在鍵盤上,主要力道是來自貓咪的腳掌。貓咪的腳掌落在鍵盤上時,腳掌的角度和腳趾的姿勢,會產生許多複雜的變化。這作用力會在鍵盤上輸入特有的打字形態,包括不尋常的時間模式,貓咪所有或走或躺的運動模式,能讓牠們打的字更加地好辦識。」─摘自廠商所提供的技術簡報

正式宣布—

搞笑諾貝爾獎電腦科學獎頒給亞利桑那土桑市的克里斯.耐斯汪達(Chris Niswander),他發明了「貓咪剋星(PawSense)」,這個軟體可以偵測出貓咪在你的電腦鍵盤上行走。你可以在 BitBoost Systems 公司買到「貓咪剋星」。

克里斯.耐斯汪達(念成 nice-wander)是電腦科學家,也是土桑市曼沙社訊的主編。他用了個聰明的方法探討貓咪和電腦的問題。他先說明了這個問題:「貓咪在鍵盤上或走或爬時,可能會輸入一些隨意的指令或資料,這也許會毀損檔案,甚至造成電腦當機。不管你是正在電腦旁,或只是離開一下下,都可能發生這種情形。」對此他想了解決辦法。他說:「貓咪剋星是個實用的軟體,能保護你的電腦不受貓咪破壞,它能很快偵測並阻止貓在鍵盤上輸入資料,也能幫你訓練貓咪遠離電腦。」

大家了解為什麼要阻止貓咪耍任性之後,他們最想知道的是:這是怎麼做到的?

耐斯汪達先生先是很有禮貌地回答第一個問題,然後他解釋說:「貓咪剋星藉由衡量各種速度和可靠的因素,來偵測貓咪打字,它可以藉由分析打字的時間長度與組合,來分辦到底是誰在打字,貓咪剋星通常認為,貓只有一或二腳會踩在鍵盤上。」當貓咪剋星發現貓跑到鍵盤上時,就會採取行動,播放震耳欲聾的打擊樂,或大聲播送耐斯汪達先生錄製的噓聲,或是其他聽起來舒服,但貓咪不喜歡的音樂。耐斯汪達先生說,聲音對耳聾的貓沒有效,但電腦如果偵測到有貓,貓咪剋星就能阻止貓輸入任何資料─螢幕上會出現「疑似偵測到貓在輸入」這條訊息,接著電腦會要求你或貓咪輸入「人類」兩字。目不識丁的貓咪有可能瞎貓碰到死老鼠地輸入正確答案,但這機率微乎其微!

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要證明你是人,請輸入”human”。圖/貓咪剋星

耐斯汪達先生已經為他的貓咪剋星申請專利,他說他正在研發「寶寶剋星(BabySense)」這項產品,但還需要更多研究資料,不確定何時可以問巿。同時,他也告知購買貓咪剋星的顧客們,如果不想讓電腦遭受寶寶的毒手,那麼寶寶剋星正在研發中。「如果你的寶寶用雙手或拳頭砰砰砰地往鍵盤上打,那麼隨意輸入的資料模式,應該非常近似於貓咪輸入的模式,那麼貓咪剋星就能夠發揮功效。但如果你的寶寶一次只敲打一個鍵,那麼貓咪剋星就會認為,你的寶寶是真正的人。」

由於耐斯汪達先生讓電腦不受貓咪破壞,還連帶讓電腦對寶寶有最基本的因應對策,因此贏得了 2000 年搞笑諾貝爾獎電腦科學獎。耐斯汪達先生從亞利桑那州的土桑市前來領獎時說:「我想謝謝我姊姊的貓咪飛寶,因為牠讓我相信這真是個好主意。我想我要說的就只有這些了,再次謝謝飛寶,謝謝!」耐斯汪達先生說完謝辭之後,李奧尼.漢布羅先生(Leonid Hambro)站上講台,獻上對耐斯汪達先生的讚辭。漢布羅先生是紐約愛樂交響樂團的前任首席鋼琴家,十年來都和他的搭檔─鋼琴家兼喜劇演員維特.鮑爾(Victor Borge)一起巡迴表演。他們為今天的盛會演奏的是 1921 年齊茲.康佛雷(Zez Confrey)的曲子〈琴鍵上的小貓〉(Kitten on the Keys)。


正封平面〔無書腰〕72dpi

 

 

 

本文摘自《最有梗的桂冠:搞笑諾貝爾獎》行路出版

 

 

 

 

 

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行路為「讀書共和國」出版集團旗下新創的出版社,出版知識類且富科普或哲普內涵的書籍,科學類中尤其將長期耕耘「心理學+腦科學」領域重要、具時代意義,足以當教材的出版品。 行路臉書專頁:https://www.facebook.com/WalkPublishing

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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半導體以前的半導體:從礦石收音機到電晶體——《圖解半導體》
台灣東販
・2022/11/21 ・3430字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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從礦石收音機到電晶體

直到 1947 年末,美國發明電晶體後,人類才正式開始使用半導體。不過在這之前,人類已經在使用類似半導體的東西,礦石檢波器就是其中的代表。

日本從 1925 年開始放送廣播,最早的收音機使用的是礦石檢波器。檢波器是一種可以接收電波,並從中提取出聲音與音樂等資訊訊號的元件。使用天然存在之礦石製作出來的檢波器,就叫做礦石檢波器。

礦石檢波器。圖/東販

圖 1-1 是礦石檢波器的原理。檢波器的構造是以金屬製的針碰觸著方鉛礦這種特殊礦石(圖 1-1(a))。

電流容易從金屬針流向礦石,卻很難從礦石流向金屬針(圖 1-1(b))。這種特殊的性質稱為整流性,也是半導體的特性。

對於擁有整流性的物質來說,容易讓電流通過的方向稱為順向,不容易讓電流通過的方向則稱為逆向

換言之,順向的電阻較低,逆向的電阻較高。之後會說明理由,總之有這種特性的元件,可用於製作檢波器。而順向與逆向的電阻比值愈大,可以製成愈靈敏的礦石檢波器。

礦石檢波器的原料是天然礦石,所以品質並不固定。針的接觸位置不同時,靈敏度也不一樣。所以製作礦石檢波器時,必須試著尋找能夠使針的敏感度達到最佳的特定位置。雖然品質不穩定,但製作簡便又便宜,也不用消耗電力,所以早期的收音機常會使用礦石檢波器。

當時的收音機少年也熱中於用礦石檢波器,自己動手製作礦石收音機。以前筆者(井上)年紀還小的時候,就曾自己製作礦石收音機。調整好礦石檢波器後,就可以清楚聽到廣播電台的聲音,讓人相當興奮。為了盡可能提高接收電波時的靈敏度,我當時也下了不少工夫。

這裡就來簡單說明用檢波器,從電波中提取出資訊訊號的原理吧。

訊號的接收與提取

接收無線電波訊號。圖/東販

如圖 1-2 所示,欲以無線電波傳送聲音、音樂等頻率較低的波時,需先將其轉變成頻率較高的波才行。

這個操作稱為調變。圖中,以調變器混合資訊訊號波(同圖①)與頻率較高的載波(同圖②)後,可以得到同圖③般的波,然後再發送這種無線電波(同圖④)。

檢波器接收到這種無線電波(同圖⑤)後,由於只會讓正向的調變波通過,故可得到同圖⑥般的波。這種波含有頻率較低的訊號波與頻率較高的載波,所以需再通過低通濾波器(只讓低頻率的波通過的濾波器),抽取出訊號波(同圖⑦)。

在真空管收音機盛行起來之後,人們便不再使用礦石檢波器。不過,在第二次世界大戰時,礦石檢波器又起死回生。使用礦石檢波器的雷達,在第二次世界大戰相當活躍。

雷達的原理。圖/東販

雷達如圖 1-3 所示,可透過指向性高的天線,朝特定對象發射高頻率電波脈衝,再接收由該對象反射回來的電波,並計算時間差,以測量出與該對象的距離與方向。之所以要使用高頻率電波,是因為頻率愈高,愈能正確識別出細小的物體。

這種雷達使用的無線電波叫做微波,頻率在 3GHz~10GHz 左右。若要用真空管檢波器,從頻率那麼高的無線電波中檢出訊號,必須使用體積很大、電容量很大的真空管才行,所以真空管不適用於高頻率的檢波器。

重出江湖的礦石檢波器

此時就輪到礦石檢波器重出江湖了。使用礦石檢波器時,針與礦石只要有一個接觸點就行了,電容量很小,在高頻率時也能正常運作。

如前所述,礦石檢波器的運作並不穩定,無法直接用於戰爭。於是歐美國家便紛紛投入研發性能更好、能夠取代礦石檢波器的新型檢波器,最後得到的就是矽晶(半導體)與鎢針的組合。

矽晶是由人工製成的均質結晶,所以不需要像使用礦石時那樣,用金屬針尋找、調整最佳的接觸位置。

而且,隨著雷達矽檢波器的研究持續發展,科學家們也發現了矽晶是相當典型的半導體。

為了提高結晶的純度,矽晶的精製技術也跟著進步,這和戰後電晶體的發明也有一定關聯。而且,因為製造出高性能的檢波器,所以人們也開始使用像是微波這類過去幾乎不用的高頻率無線電波。相關技術在戰後開放給民間使用,於是電視與微波通訊也開始使用這些無線電波。

雖然我並沒有要肯定戰爭行為,但戰爭確實也有促進科學技術發展的一面。

戰爭確實也有促進科學技術發展的一面。圖/pexels

半導體就是這種東西—溫度與雜質可提高電導率

接著就讓我們進一步說明,半導體究竟是什麼東西吧。

所有物質大致上可依導電性質分為兩類,分別是可導電的「導體」,以及不能導電的「絕緣體」。

導體的電阻較低,電流容易通過,譬如金、銀、銅等金屬皆屬於導體。另一方面,絕緣體的電阻較高,電流難以通過,橡膠、玻璃、瓷器皆屬於絕緣體。

我們可以用電阻率 ρ(rho:希臘字母)來描述物質的電阻大小。電阻率的單位是〔Ω・m〕,電阻率愈大,電阻就愈大。

導體、半導體、絕緣體的分類。圖/東販

如圖 1-4 所示,雖然沒有明確的定義,不過導體指的通常是電阻率在 10-6Ω・m 以下的物質,絕緣體指的則是電阻率在 107Ω・m 以上的物質。

相對於電阻率,有時會用電導率 σ(sigma:希臘字母)來描述物質的電阻大小。電導率為電阻率的倒數(σ=1∕ρ),單位為〔Ω-1・m-1〕。與電阻率相反,電導率愈大,電阻就愈小。

相對於此,半導體如名所示,性質介於導體與絕緣體之間;電阻率也介於導體及絕緣體之間,即 10-6〜107Ω・m。代表性的半導體如矽(Si)與鍺(Ge)。

半導體的特徵不僅在於電阻率的大小,更有趣的是,隨著溫度與微量雜質濃度的不同,半導體的電阻率數值也會有很大的變化。圖 1-5 為溫度對半導體電阻率的影響示意圖。圖中縱軸寫的是電導率 σ,但要注意的是,縱軸的 σ 值其實是對數尺度。

溫度對半導體電阻率的影響。圖/東販

由這個圖可以看出,一般而言,隨著溫度的上升,金屬的電導率會下降(電阻率上升);但半導體則相反,在 200℃ 以下的範圍內,溫度上升時,半導體的電導率會跟著上升(電阻率下降)。

1839 年,法拉第在硫化銀 Ag2S 上首次發現了這種隨著溫度的上升,電導率會跟著上升的奇妙現象。雖然他不知道為何會如此,不過,這確實是人類首次發現半導體性質的例子。

電流是電子的流動,所以電導率提升,就代表半導體內的電子數變多了。電子原本被半導體原子的+電荷束縛著,無法自由移動。不過當溫度上升,獲得熱能後,電子就能脫離原子的束縛自由移動了。

這種能自由移動的電子(自由電子)數目增加後,會變得較容易導電,電導率跟著上升。這就是半導體的一大特徵。

高純度的半導體結晶在室溫下熱能不足,幾乎不存在自由電子,所以可視為絕緣體。

不過,如果在半導體結晶內添加極微量的特定元素雜質(Ge 與 Si 以外的某些元素),便可大幅降低電流通過半導體的難度。這也是半導體的一大特徵(詳情將在 1-5 節中說明)。

半導體的自由電子,也可以透過光能觸發。

英國的史密斯於 1873 年時發現了這種現象。他用光照射擁有半導體性質的硒(Se)時,發現硒的電阻變小了(內光電效應)。

1907 年,英國的朗德對碳化矽(SiC)結晶施加電壓賦予能量時,發現結晶會發光。這種能讓光與電能互相變換的特性,也是半導體的特徵。

——本文摘自《圖解半導體:從設計、製程、應用一窺產業現況與展望》,2022 年 11 月,台灣東販出版,未經同意請勿轉載。

台灣東販
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台灣東販股份有限公司是在台灣第1家獲許投資的國外出版公司。 本公司翻譯各類日本書籍,並且發行。 近年來致力於雜誌、流行文化作品與本土原創作品的出版開發,積極拓展商品的類別,期朝全面化,多元化,專業化之目標邁進。

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【2022 年搞笑諾貝爾和平獎】用八卦守護世界和平!先等等,你聽到八卦是真的嗎?
Yiting_96
・2022/10/14 ・2950字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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「欸欸你知道嗎隔壁班的雅婷又換一個男朋友了啦,而且看起來比她大很多歲耶!」

「我同事的弟弟的老公的姊姊的小孩,最近考上醫學系但又說他不想當醫生啦,現在的小孩吼⋯⋯」

八卦一般指的是閒言閒語、對他人說長道短,也常被用來代稱為演藝圈的小道消息、緋聞等。圖/Pixabay

你是個喜歡八卦的人嗎?根據維基百科上面的定義,八卦一般指的是閒言閒語、對他人說長道短,也常被用來代稱為演藝圈的小道消息、緋聞等。但如果讓我對八卦做名詞釋義的話,大概就是「關心身旁朋友身體健康感情糾葛工作學業順不順利」這種與朋朋間的正向交流(眨眼比心)。

身為一位喜歡與朋朋交流八卦的人,資訊的正確性就很重要了。但要怎麼知道這個八卦內容是真是假?今年(2022)搞笑諾貝爾和平獎用數學模型告訴你答案:人們傾向對想合作的人說真話,對不願為伍的人說假話

講八卦到底有什麼幫助?

「我絕對不可能得到諾貝爾獎,這大概是我最接近諾貝爾獎的一次!」今年和平獎的得獎研究來自一個跨國合作團隊,成員之一的艾希特大學(University of Exeter)管理學教授 Kim Peters ,在接受澳洲科普媒體 COSMOS 訪問時說到。

在研究領域中,「八卦」的定義其實非常廣泛,只要我們跟他人聊到當事者,而那個當事者恰好不在現場的時候,就會被認定是在講八卦——這幾乎是我們每天都在做的事!但講八卦到底有什麼幫助?Kim Peters 說明,八卦其實可以幫助我們更了解社會環境。例如誰該相信、誰又是個騙子,這也對我們在社會互動中選擇跟哪些人合作、做出哪些行為而言相當重要,可以幫助人們更適應社會生活。

八卦其實可以幫助我們更了解社會環境,也可以幫助人們更適應社會生活。圖/Pixabay

讓我們回到研究內容,雖然八卦對人們的社會生活來說很重要,但我們要怎麼在這個真真假假的花花世界中,知道八卦的內容是真、是假?為了分辨出八卦的真假、哪些人會對你說真話,研究團隊以經濟學中的訊號理論(signaling theory)、適應性相互依賴(fitness interdependence)為基礎設計了一個新的分析模型。

用訊號理論當基礎建立一個分析模型

先來談談什麼是訊號理論。假設今天有A、B兩個人要進行交易,A就會對B釋出一部分自己商品的內容,讓交易能夠順利完成;若是將交易的物品換成「資訊」的話,資訊提供者A就會對資訊接收者B說出這項資訊的一部分內容,以最大化自己最終能得到的效益。而「誠實訊號」(honest signaling)模型,則是用來分析在什麼條件下這種效益最大化可以導致誠實均衡(honest equilibrium),也就是B從A那邊獲取可靠的資訊後,可以反過來幫助A得到更多的效益。由於要完成一個八卦的最小單位是三個人——發出訊息的八掛者、接收者、被談論的目標,若是想分析真、假八卦與人際互動之間的關係,就不能直接挪用訊號理論。

為了建立分析模型,團隊還需要另一個理論基礎——適應性相互依賴,描述了生物體之間的相互影響。生物體之間適應性相互依賴的高低,能以利害關係指數(stake index, s)表示,這項指數能顯示一個人的適應度變化與另一個人適應度變化的相關程度。例如A、B兩個人共同工作以維持生計,那麼彼此之間的福祉就會取決於另一個人是否做得好。正適應性相互依賴(s>0)顯示個體對彼此的生存、繁衍有正面影響;負適應性相互依賴(s<0),則代表個體對彼此的生存、繁衍為負面影響;當然也可能有不存在適應性相互依賴(s=0)的情況產生,表示個體對彼此的生存、繁殖沒有任何影響。

結合訊號理論與適應性相互依賴,團隊假設八卦者會選擇一種八卦策略(說真話、說假話)以最大化他們的效益。而八卦者要選擇說真話、假話,又會取決於八卦者與接收者、目標之間之間的適應性相互依賴程度,這些原因共同組成了八卦三元組(gossip triad,圖一)。

圖一:八卦者、接收者、目標之間的互動關係。八卦者會決定對接收者傳送真/假的八卦,接收者則會在遊戲中與目標互動。而八卦者能得到的效益以及他是否決定說真的八卦,則會取決於他與接收者、目標的相互依賴關係。圖/參考資料 1

在分析模型中套入四種不同的依賴關係

在模型建立好之後,團隊透過四種遊戲分析八卦者與目標、接收者之間不同的適應性相互依賴關係:

  1. 獵鹿遊戲:共同合作,接收者與目標互利
  2. 雪堆遊戲:共同合作,但只對接收者有利
  3. 幫助遊戲:共同合作,但只對目標有利
  4. 懲罰遊戲:有懲罰代價,以背叛為主的遊戲

實驗時,八卦者會決定對接收者說真/假八卦,接收者則會在遊戲中與目標互動。而透過模型分析,團隊發現八卦者能得到的效益以及他決定說真話/假話,將會取決於他與接收者、目標之間的相互依賴關係是正向或負向:

  1. 當八卦者與接收者、目標的整體適應度相互依賴關係為正,這項合作對接收者、目標都有利時,八卦者會傳遞真的訊息(獵鹿遊戲)
  2. 在對接收者有利的情況下,若八卦者與接收者的相互依賴關係比較高,那麼八卦者會傳遞真的消息(雪堆遊戲)
  3. 在對目標有利的狀況中,當八卦者與目標的相互依賴關係比較高,則八卦者也會傳遞真的消息(幫助遊戲)
  4. 由於懲罰會降低接收者與目標的效益,如果八卦者與接收者、目標的整體相互依賴關係為,八卦者也會選擇誠實(懲罰遊戲)

若將上面的結果講得白話一點,你可以想成:

  • 果果、千千、梅梅是好朋友(整體相互依賴關係高),如果千千跟果果說:「梅梅玩遊戲課金花了快十萬!」的八卦時,千千說的話大概是真的 ʕ •ᴥ•ʔ
  • 可可跟安安很好(相互依賴關係高),但可可超討厭花花(相互依賴關係低),當可可跟安安說:「欸花花昨天上完廁所沒洗手!」的八卦時,就有可能是可可在說謊 ಠ_ಠ
信賴關係低的時候,說出的八卦就有可能是在說謊 。圖/Pixabay

所以說八卦真的有助於世界和平嗎?

Kim Peters 表示,人們「說謊」是為了幫助盟友、傷害競爭對手。當你是八卦訊息的接收者時,你跟八卦者的之間關係、八卦者與被談論者之間的關係是正向或負向,將決定他說的是真話還是假話。這項模型解釋了人們為什麼會選擇分享真/假八卦,而其實我們在生活中也常直覺性的應用這個概念去分辨話題內容的真假。

所以這項研究真的能幫助世界和平嗎?「我是覺得這有點誇大了啦!」Kim Peters 笑著說。雖然八卦有助於人們的社會生活、維持社會的良好運作,但畢竟也不是每個人都喜歡被他人在背後議論(尤其是那些假消息)。此外,我們也要注意談論八卦可能對他人帶來的影響。在未來,當有人跟你分享他人的負面訊息時更要記得採取保留態度,以避免自己被錯誤的訊息欺騙,而後又將假消息傳播出去!

參考資料

Yiting_96
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在鳳梨田裡唸生科的人類,畢業後意外走上了科普路,目前還在緩慢前行中。喜歡有趣怪知識、諧音爛笑話,還有床。