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利用恆星影像技術協助保存梵諦岡珍貴的古老典籍

臺北天文館_96
・2012/01/15 ・1159字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 516 ・六年級

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梵諦岡圖書館人員,目前正在使用歐洲太空總署(ESA)發展出來的衛星觀測星空影像儲存技術,逐一將圖書館中的古老典籍予以數位化,讓這些古老典籍繼續得以保存,希望未來數百年後的子孫都還能見到這些珍貴的典籍。

歐洲太空總署和美國航太總署(NASA)等機構的科學家從1970年代開始發展所謂的「FITS」 影像檔案格式。這種源自電波天文學的檔案格式,是「普適圖像傳輸系統(flexible image transport system)」的簡稱,這種數位檔案格式在資料的最前方有個所謂的「檔頭(text header)」,可將拍攝的日期時間、曝光長短、儀器、濾鏡、拍攝者等各項參數記錄下來,提供分析者參考利用,目前廣泛使用在許多太空任務的影像資料儲存與傳輸工作中。此外,FITS是所謂的開源(open source)格式,在這個數位時代,不受限於單一公司或機構,不必轉換成另一種檔案格式,也不會隨著電腦系統的更迭而無法開啟,甚至不需要身為專業天文學家,只要有可讀取FITS檔案的程式,如GIMP、IRAS、MaxIM DL、Astroart等,任何人都可讀取從FITS檔案格式建立至今的所有FITS檔,對資料保存工作而言,非常有利。

Some of the texts in the Vatican library are more than 1000 years old. Credits: Vatican Library  這種為了恆星影像而誕生的天文檔案格式,現在有了迥異的使命:保存全球最龐大的古籍收集地之一的珍寶。梵諦岡圖書館成立於西元1475年,是世界上最古老的圖書館之一,目前收藏了數萬筆手抄本,以及印刷術發明之後製作的複製本,有些古籍的年代達1800年之久。由於梵諦岡圖書館中的古老典籍大都是纖細脆弱的古老手抄本,每被接觸一次,都可能造成一點無法挽回的傷害。因此究竟如何保存這些典籍,是個艱難的挑戰。科學家最後終於從ESA大多數科學衛星的影像技術獲得靈感。

Scanning old texts takes patience, care and high technology. Credits: Vatican Library  義大利國家天文物理研究所(National Institute for Astrophysics)Giuseppe Di Persio和位在義大利羅馬城內的梵諦岡圖書館合作,對部分古籍進行掃瞄的數位化工作,並以FITS檔案格式儲存,讓未來的科學家可以像是研究古籍原版一樣,對這些典籍進行科學研究,而且更容易取得這些數位檔案,不怕背負損毀原版的千古罪名。這種源於恆星影像的拍攝與儲存技術,是利用掃瞄軟體,分析從各種不同角度拍攝到的影像,自動計算後產生一幅正確的平面影像,所以不需要如同現行的掃瞄機一樣,將古籍原版以玻璃板壓平來掃瞄,因為這種方式會讓這些古老的書頁變形。這種掃瞄工作急不得,得耐心的一頁一頁慢慢來,而且如圖中所示,負責掃瞄的工作人員得配戴口罩與手套,以免損害這些古籍。工作雖辛苦,但為了成就未來數百年的典藏與研究大業,相信這些工作人員都甘之如飴吧!

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資料來源:Star images helping to save Vatican books[2011.12.19]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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臺北天文館_96
482 篇文章 ・ 44 位粉絲
臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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大資訊時代也是大駭客時代!——你該認識的駭客新興手法
科技大觀園_96
・2022/01/21 ・2496字 ・閱讀時間約 5 分鐘

正在瀏覽這篇文章的你,很可能正被看不見的腥風血雨所籠罩——這不是危言聳聽,因為第三次世界大戰的戰場,極有可能就發生在網路上。網路與數位化的浪潮勢不可擋,面對資安環境高速變遷帶來的新興風險,我們又該如何自保防身?來聽聽資安專家——中山大學資訊管理系陳嘉玫教授怎麽說!

方便與安全,兩者不可兼得也

註冊或登入會員、設定和輸入密碼、提供各種個資如網頁瀏覽記錄,來換取和生活大小事離不了關係的線上服務,已經是數位原住民的日常。而在高度依賴網路、講求高效率的今日,我們都希望電腦軟體和手機 APP 的使用能越方便越好,但一味追求便捷,卻可能讓自己露出資安破綻,叫不法分子有機可乘。

陳嘉玫
陳嘉玫教授。圖/中山大學管理學系

「越安全的東西,越不方便使用。」陳嘉玫教授指出,安全與方便自古兩難全,如何找到兩者之間的平衡就是關鍵。

資工系出身、喜歡寫程式的陳教授,曾在美國花旗銀行全球資訊網路研究總部擔任要職。該企業内部一切開發需求重視安全遠勝於方便的嚴謹文化,成為她日後投身資安領域的契機。

客制化誘餌與駭客聯盟,讓威脅更升級

科技的進步,也見證駭客攻擊手法的進化錄。研究網路安全多年的陳教授指出,每個時期的使用者都有不同的使用習慣,從早期的電子郵件,到現在的臉書和 Line 群組,都是心懷不軌者潛伏之處。他們長期觀察和收集目標攻擊對象相關資訊、和刺探目標網路,利用人性的弱點,客製化各種引人上鈎的「誘餌」,來獲得他們想要的機密資訊。這就是網路犯罪最常見的社交工程(Social engineering)攻擊和釣魚式攻擊。

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社交軟體
駭客會利用社交軟體散播許多客製化的釣魚攻擊。圖/pixabay

過去駭客都單打獨鬥,但現在也出現分工明確、系統化的「駭客聯盟」。目前的攻擊趨勢,也演變成更危險的進階持續性威脅攻擊(Advanced Persistent Threats,簡稱 APT)。APT 是針對一個特定組織,長期滲透、客製化且多階段的網路攻擊。為了全方面瞭解目標攻擊對象、擬定有效戰略,駭客除了進行技術面的研究,會對目標組織做身家調查,包括員工名單、財務狀況、社交活動、社群網路留言。APT 棘手之處在於,如果一個戰術行不通,駭客會持之以恆,不斷嘗試直到找出破口。

「韓國黑暗日」(Dark Korea),就是著名的 APT 攻擊事件之一。這場韓國史上最大駭客攻擊,推論是由北韓主導,至少歷經八個月的精心策劃。駭客偷渡惡意程式到多家電視媒體與金融服務的電腦與伺服器,進行破壞性攻擊,造成各項服務停擺多日,韓國將這次攻擊視為國家級的戰爭行為。

如今「資訊即權力」當道,國家勢力著手培養駭客已不是新聞,不少國家也紛紛成立不需要一槍一彈的「第四軍種」——資通電軍 (俗稱網軍)。比起傳統軍武,發起資訊戰,無需花費一槍一彈,卻對社會經濟產業造成極大的衝擊。

資通電軍
許多國家成立資通電軍來發起或是抵禦資訊戰。圖/pixabay

零時差漏洞,得之可得天下?

提到駭客攻擊,就不得不談談號稱可一秒癱瘓世界的零時差漏洞(zero-day vulnerability)。零時差漏洞是可謂資安界最害怕的威脅,是指當漏洞被發現,而軟體開發商尚未發布修補程式 (patch) 之前,在這段時間,任何使用該軟體的主機,都有此安全漏洞,都有可能遭受駭客攻擊。

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不過,要取得零時差漏洞也非易事。陳教授以武俠小説作比喻,零時差漏洞就像壓箱底的最後法寶,除非遇到最難纏的對手,否則駭客也不會輕易使出這一殺手鐧。這些高利用價值的漏洞,在黑市可是千金難換。一個小小的零時差漏可能掌握著一國民生基礎架構的命脈,是要挾國安的重要籌碼,可得也可毀滅天下。

為了避免讓自身弱點落入他人手中,很多公司重金懸賞發現該公司產品的安全漏洞的駭客。而就像江湖上同時存在邪道與正派,除了進行不法勾當、謀取利益的黑帽(Black Hat)駭客,也有著用意良善的白帽(White Hat)駭客。這個典故源自美國西部電影中,正派戴著白帽,而反派往往著黑帽的形象。

白帽駭客維護精益求精的駭客文化,以「提升安全性」為目的,挖掘程式漏洞,提供開發商漏洞資訊,以改善該系統的安全性,稱得上是駭客武林中的俠義心腸的一群。

駭客
駭客也可以區分為以不法途徑牟取利益的黑帽駭客,與幫助開發商提升安全性的白帽駭客。

守護資安,人人有責

雖然武俠故事的鎂光燈往往都聚焦在少數幾個武林高手身上,但江湖其實更大部分是由你我這樣平凡老百姓組成。陳教授坦言,很多人誤以為資安都是 IT(Information Technology)或 MI((Manager Information System)部門的責任,但守護資安,應是所有使用者的責任。

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「資安其實就是攻與防。知己知彼,才能百戰百勝。」

陳教授一再強調,要打造良好的資安環境,從小教育年輕一代正確使用手機、電腦等電子設備的資安知識,才是最有效的方式。根據調查,管理層級的主管越重視資安,透過資安教育訓練和宣導提高員工資安意識,才能在組織中形塑健全的資安文化。

除了管理好個人資訊和帳號密碼外,在上網時多存一份疑問,才能在第一時間發現不對勁、主動通報,越資訊化的時代,我們也越沒有隱私,駭客攻擊防不勝防。因此在江湖上行走時,常常更新資安資訊,隨時保持警惕,是避免遭受攻擊的不二法門。

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科技大觀園_96
82 篇文章 ・ 1126 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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小強求生術(上):原來踩爆蟑螂沒有想像中的簡單——《破解動物忍術》
三民書局_96
・2020/03/10 ・3145字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 456 ・五年級

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  • 作者/胡立德;譯者/羅亞琪
  • 編按:本篇沒有蟑螂圖片,請安心服用!

黎明時分,柏克萊生物系的學生高什克‧賈拉雅姆 (Kaushik Jarayam) 聽見蟑螂竄走的聲音,他正坐在生命科學系館的階梯上吃貝果,就跟每天早晨一樣。貝果的屑屑掉落在水泥階梯上, 竄走的聲音愈來愈大,甚至演變成窸窣聲,同時,附近山茱萸樹下的落葉堆也開始出現動靜。

他看見灌木叢中冒出兩根長長的觸角,接著是一抹褐色物體朝他的腳衝來。高什克本能地站起身,胡亂踩踏了幾下,大部分只踩到水泥地,但其中一下踩到了一個小生物,發出壓扁的聲音。那個生物迅速逃跑,衝進他剛剛坐著的階梯上的一個小縫隙。

看到蟑螂,大家常出現的反應就是:我踩,我踩,我踩死你!圖/GIPHY

那是似乎天下無敵的美洲蟑螂 (Periplaneta americana),即使鞋子踩中了牠,牠卻還逃得了,高什克不禁感到好奇:蟑螂怎麼有辦法活過這樣的重擊?在進行縝密的實驗後,高什克將會發現這些動物看起來很堅硬,實際上卻很柔軟。在研究的歷程中,他將發明一種可被輾壓的機器人,會變形,但不會碎裂。

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以柔克剛,軟一點才有存活的可能

高什克正在攻讀生物學博士學位,但是他從未上過任何一堂生物學的課程。他在印度的邦加羅爾長大,這個地方在他小時候還是個小鎮,但後來發展成一座繁忙的都市,有許多資訊科技人才湧入。他曾就讀印度理工學院孟買校區,專攻機械工程,特別是製造領域。

在我們的世界,隨處可見製造的痕跡,例如加工成型的塑膠或鑄造的金屬,這當中大部分的成品都是堅硬的。高什克將開始了解,製造業的發展前沿不再是如何讓機器和裝置更加堅硬,而是如何把這些東西變得更柔軟。

物品看起來很堅固,但還是一被輾壓就碎了 QQ。圖/GIPHY

高什克對製造產生興趣時,正值四軸飛行器剛被開發出來。四軸飛行器有四個各自獨立的旋翼,如同正方形的四個象限般排列。旋翼的數量使四軸飛行器非常具有機動性,可以定點旋轉、俯衝、懸停以及隨飛隨停。

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早期的四軸飛行器有一個問題,那就是它們的性能遠超過存活能力,它們飛行的速度太快了, 如果撞到東西,便直接碎屍萬段。因此,工程師開始在飛行器外圍包覆一種類似倉鼠滾輪的保護裝置,倘若發生碰撞,保護裝置會先被壓碎,以便保護裡頭的旋翼。

於是,高什克便開始研究蟑螂的運動,因為牠似乎無論受到什麼樣的撞擊都似乎無法被摧毀。

跟蟑螂學習如何「完整地」活下來

從蟑螂的角度來看,這種能力是必需的,因為牠們一直處在被掠食者吃掉的危險當中,蜥蜴、貓、鳥等動物都很樂意大啖蟑螂這種具有豐富蛋白質與脂肪的營養來源。一旦被抓住,蟑螂很快就會遭到嚼食吞嚥, 因此能存活的唯一機會就是加速逃跑,愈快愈好。

為了躲避掠食者,最好是跑得越快越好,越快越好~圖/GIPHY

蟑螂隨時準備逃命,牠們可以在 \(\frac{1}{50}\) 秒的時間內做出反應,比人類快上 10 倍;牠們能以每秒 25 倍體長的速度奔跑,相當於一輛車以每小時 450 公里的速度前進。

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速度是蟑螂生存的關鍵,因為太重要了,所以蟑螂沒有時間閃躲物體,只能直直一頭撞上。

如果你把這個動作用高速攝影機拍下,接著慢速播放,就會看見蟑螂是衝撞牆壁,回彈,接著才直爬上牆。如果牆壁下方有小縫隙,牠會以最快的速度把身體擠進去,這個行為可以讓牠在體型大上許多的掠食者面前消失無蹤,牠們通常是僥倖成功的。

蒙大拿州的生物學家塔拉‧馬吉尼斯 (Tara Maginnis) 曾對野外昆蟲進行一次普查。昆蟲生來會有六隻腳,但在野外捕獲的昆蟲之中,腳的平均數目卻是五隻,這些五腳昆蟲算是幸運的了,牠們勉強成功逃脫,可以再多橫行一天。

模擬野外環境,觀察蟑螂的荒野逃生

由於蟑螂速度太快,在野外很難觀察,高什克便在實驗室裡做了一個障礙訓練場。

想要有效逃生,首先要先學會變形!圖/GIPHY

蟑螂喜歡生活在散落著枯枝落葉的林地上,在這樣的環境中,其褐黑相間的體色有助完美偽裝。高什克建了一個開放的走道,末端是一個隧道入口,隧道屋頂只有兩枚硬幣疊起來的高度,是蟑螂站立時高度的 \(\frac{1}{4}\)。當蟑螂要進入隧道時,就會像黃金獵犬要把身體擠進信箱一樣。

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高什克用高速攝影機拍攝蟑螂進入隧道的動作,從遠方看, 這隧道口就像是個小縫隙。在進入隧道前,蟑螂會先把長長的觸角伸進去,探索完裡面的空間之後,牠會短暫停頓,接著再把頭塞進縫隙,瞧瞧裡面。有時,牠得硬塞好幾次,頭才進得去。

蟑螂高 1.2 公分,是縫隙高度的 4 倍,為了擠進洞裡,牠用前腳往前走。縫隙很低,因此當牠把頭塞進去時,身體會往上傾斜 45 度,導致後腳在半空中亂踢。蟑螂處變不驚,繼續用前腳把身體拉進縫隙,短短 1 秒鐘,整隻蟑螂已經進到縫隙中,從掠食者的角度看,蟑螂就像是憑空消失了。

高什克用玻璃排成隧道的牆壁,這樣就能看到裡面。蟑螂幾乎把自己擠壓到完全扁平,牠在站立時,腳通常是位在身體下方,但現在卻像螃蟹一樣水平攤開。高什克拿一根棒子往隧道裡戳,模仿貓把爪子伸進去的動作。令人驚訝的是,蟑螂竟以螃蟹走路的方式遠離棒子。

他又多戳了幾下,蟑螂加快速度並開始跑了起來,雖然這時身體仍處在被壓平的狀態。被壓扁的動物還能夠全速衝刺,令高什克十分訝異。我們在開車經過狹窄巷弄時,並不會全速行進,若全速行進的話,車子很容易就會損壞到無以修復的地步。

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穿戴盔甲的蟑螂,天生就有被壓扁的潛能?

雖然蟑螂看起來全身覆蓋著閃亮的盔甲,但牠們其實有許多柔軟的關節,讓身體能極度靈活地形變。例如,蟑螂腳上的每一個關節都是由柔軟可形變的半透明膜所組成,就如中世紀騎士的盔甲在膝蓋和肩膀部位有著互相重疊的甲片一般。蟑螂的腹部也覆滿了百葉窗般互相重疊的甲片,高什克認為,這些重疊的甲片允許蟑螂的身體在壓平時往側邊擴展。蟑螂天生就是可以被壓扁的。

蟑螂在承受強大的外力後,還能毫髮無傷地走開呢!圖/GIPHY

為了測試蟑螂的極限,他把蟑螂放在機械式壓機裡,四面都有透明牆壁,以防蟑螂脫逃。接著,他施加等同於蟑螂體重 900 倍大的力在牠身上,相當於把人壓在一間單房公寓底下。

此時腹部甲片輕輕擴張,讓蟑螂柔軟的內臟得以透過柔軟的透明膜被推出。蟑螂的體內大部分是液體,因此當身體受到向下的壓力時,也就意謂體液必需從某處流出,而流出的地方就在甲片之間。當外力消除後,這些透明膜會把蟑螂推回正常的形狀。

蟑螂在承受這麼大的外力後,仍能毫髮無傷地走開,牠們就像一顆裝有馬達的壓力水球,縱使被壓扁到認不出原貌,仍能繼續行走。蟑螂可以承受多大的下壓力而不死亡,就要看牠的外骨骼能承受多大的體內液壓了。

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所以殺蟑螂,還是用噴得比較有效(?)圖/GIPHY

然而,機器人就不會有這樣的限制,它們互相連結的部位可以是空氣,而不必是液體,就跟紙鶴一樣,機器人具有被壓成一張紙後仍可繼續運作的潛力。高什克受到蟑螂承受輾壓的能力所啟發,決定製作一個人造版本。

——本文摘自泛科學 2020 年 3 月選書《破解動物忍術:如何水上行走與飛簷走壁?動物運動與未來的機器人》,2020 年 1 月,三民出版

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利用恆星影像技術協助保存梵諦岡珍貴的古老典籍
臺北天文館_96
・2012/01/15 ・1159字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 516 ・六年級

梵諦岡圖書館人員,目前正在使用歐洲太空總署(ESA)發展出來的衛星觀測星空影像儲存技術,逐一將圖書館中的古老典籍予以數位化,讓這些古老典籍繼續得以保存,希望未來數百年後的子孫都還能見到這些珍貴的典籍。

歐洲太空總署和美國航太總署(NASA)等機構的科學家從1970年代開始發展所謂的「FITS」 影像檔案格式。這種源自電波天文學的檔案格式,是「普適圖像傳輸系統(flexible image transport system)」的簡稱,這種數位檔案格式在資料的最前方有個所謂的「檔頭(text header)」,可將拍攝的日期時間、曝光長短、儀器、濾鏡、拍攝者等各項參數記錄下來,提供分析者參考利用,目前廣泛使用在許多太空任務的影像資料儲存與傳輸工作中。此外,FITS是所謂的開源(open source)格式,在這個數位時代,不受限於單一公司或機構,不必轉換成另一種檔案格式,也不會隨著電腦系統的更迭而無法開啟,甚至不需要身為專業天文學家,只要有可讀取FITS檔案的程式,如GIMP、IRAS、MaxIM DL、Astroart等,任何人都可讀取從FITS檔案格式建立至今的所有FITS檔,對資料保存工作而言,非常有利。

Some of the texts in the Vatican library are more than 1000 years old. Credits: Vatican Library  這種為了恆星影像而誕生的天文檔案格式,現在有了迥異的使命:保存全球最龐大的古籍收集地之一的珍寶。梵諦岡圖書館成立於西元1475年,是世界上最古老的圖書館之一,目前收藏了數萬筆手抄本,以及印刷術發明之後製作的複製本,有些古籍的年代達1800年之久。由於梵諦岡圖書館中的古老典籍大都是纖細脆弱的古老手抄本,每被接觸一次,都可能造成一點無法挽回的傷害。因此究竟如何保存這些典籍,是個艱難的挑戰。科學家最後終於從ESA大多數科學衛星的影像技術獲得靈感。

Scanning old texts takes patience, care and high technology. Credits: Vatican Library  義大利國家天文物理研究所(National Institute for Astrophysics)Giuseppe Di Persio和位在義大利羅馬城內的梵諦岡圖書館合作,對部分古籍進行掃瞄的數位化工作,並以FITS檔案格式儲存,讓未來的科學家可以像是研究古籍原版一樣,對這些典籍進行科學研究,而且更容易取得這些數位檔案,不怕背負損毀原版的千古罪名。這種源於恆星影像的拍攝與儲存技術,是利用掃瞄軟體,分析從各種不同角度拍攝到的影像,自動計算後產生一幅正確的平面影像,所以不需要如同現行的掃瞄機一樣,將古籍原版以玻璃板壓平來掃瞄,因為這種方式會讓這些古老的書頁變形。這種掃瞄工作急不得,得耐心的一頁一頁慢慢來,而且如圖中所示,負責掃瞄的工作人員得配戴口罩與手套,以免損害這些古籍。工作雖辛苦,但為了成就未來數百年的典藏與研究大業,相信這些工作人員都甘之如飴吧!

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資料來源:Star images helping to save Vatican books[2011.12.19]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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