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破解廣告話術—「鈦」扯手鍊

科學月刊_96
・2011/03/14 ・3999字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 540 ・八年級

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電視購物中主持人及來賓舌燦蓮花地介紹各式產品,甚至進行許多實驗證明他們的說法,我們要傻傻地接受嗎?還是應該仔細思考其中的陷阱呢?

文 / 曾耀寰(任職中研院天文所)

日前在第四台購物頻道看到一則電視廣告,仔細一看,發現內容實在太扯,必須得好好說明一下。我們知道商品廣告推銷的手法有很多,從早期的單刀直入,到後來的情境轉移,真可寫成一部廣告演進史,尤其是情境轉移,造就了一堆經典廣告,例如「鑽石恆久遠,一顆永流傳」,就是將浪漫的結婚轉化成推銷鑽石。而我在電視第四台看到的廣告是要推銷鈦鍺手鍊,這支廣告手法突破傳統,以看似科學的手法進行推銷之實,堪稱是偽科學的經典。

這個鈦鍺手鍊的推銷重點在於防範電磁波,一開始利用恐嚇的手法告訴大家電磁波無所不在,並且是危害健康的殺手,接著利用現場的科學實驗,顯示鈦鍺手鍊可以阻斷電磁波。乍看之下,好像真有這麼一回事,鈦鍺手鍊不僅強身,還可以護身,就像神功護體般,讓配戴的人免於電磁恐慌。

唬人的廣告手法

總地來看,這支廣告的手法不外兩套策略,一、電磁波是個壞東西;二、鈦鍺手鍊可以阻斷電磁波,大家買鈦鍺手鍊就對了。這兩套策略都用了看似權威的方式為他們的產品背書。首先他們拿了一本小冊子《漫談電磁波》,並強調是行政院衛生署國民健康局所出版的(圖一),這本小冊子的電子檔就放在國民健康局的網站上,大家都可以下載參考內容。

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在廣告中,主持人特別強調這是政府出版,具有公正性和權威性,然後指著小冊子的第十一頁中的幾段注意事項,其中一項是要大家對家電用品保持距離,例如使用吹風機要保持30 公分的距離。接著以恐嚇的口吻強調電磁波的可怕,殊不知,小冊子一開始就告訴大家:「WHO下之研究機構國際癌症研究署2002 年專家會議的報告指出,電力設備產生的極低頻電磁場,僅可能對兒童白血病有影響。除此之外,其他的癌症是否與電磁場暴露有關,均未獲得證實」。書裡頭也清楚表示「每種癌症都有不同的特性和致病原因,貿然將所有癌症的病因都歸咎於電磁場,反而忽略了不良生活形態、飲食習慣、基因等因影響,也非正確觀念」。這是斷章取義的典型手法,只選擇某一段對自己有利的,故意忽小冊子最重要的部分,加以用恐嚇的口吻,以便達到他推銷產品的最終目的。

更扯的是主持人接著解釋保持安全的距離要達30 公分,為了讓觀眾更有感覺,主持人立刻拿出一支長尺,告訴大家用吹風機應該要在這支長尺之外,以保安全(圖二)。仔細端詳,主持人拿出來的尺也太長了些,通常成人手掌張開,大拇指尖到小拇指尖的距離大約是20 公分, 30公分大約是一個半的寬度,但廣告用的尺最少有60 公分長,見該廣告在科學成分上太不嚴謹。另外一種可能性,是為了告訴大家,要隨時對家電用品保這樣長的距離是不可行的,唯有使用鈦鍺手鍊才比較實際。

廣告中的科學實驗

我們接著談談廣告所謂的科學實驗。利用科學實驗來推銷商業產品,一直以來都看似極具說服力,不管是減肥產品,或者健康食品, 都是標榜科學認證。曾經有健康食品號稱可以改善一般人的酸性體質,因為酸性體質容易致癌(不知從何處得來的訊息)。因此廣告的宣傳手法就是做一些化學實驗,將稀釋的鹽酸盛放在燒杯內,加入他們的產品,結果鹽酸溶液被中和了,代表吃他們的產品可以中和酸性體質。這麼說來,傳統的水晶800肥皂也是鹼性,不知吃哪一種產品比較合適改善酸性體質,若以價格面來看,水晶800的贏面還比較大呢。

暫且放下健康食品議題,我們還是回到鈦鍺手鍊的廣告。根據他們之前提出的國民健康局宣導手冊,斷章取義地恐嚇大家電磁波的可怕,為他們的產品鋪陳出一條蹊徑。主持人接著宣稱他們的產品鈦鍺手鍊可以阻擋電磁波,光是口頭宣稱是不夠的,科學實驗又被拿出來當作效果認證的法寶。廣告中的科學實驗就是用儀器測量電磁波的強度,他們測量了檯燈、電扇、吹風機、電鍋、手機等日常電器,儀器顯示的數據大的嚇人,例如電鍋顯示出969,檯燈顯示出816 ,吹風機則是678(圖三)。然後將鈦鍺手鍊放在儀器和電器之間,結果發現儀器顯示出的數值全部歸零,表示鈦鍺手鍊有阻隔電磁波的效用。鈦鍺手鍊真的可以阻斷電磁波嗎?

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圖二:主持人拿出一根宣稱30 公分的棍子,告訴觀眾使用吹風機的安全距離,實際目測發現最少也有60 公分。

對於廣告裡的實驗,我們得做些功課,特別是重複相同的實驗,重新檢驗,讓科學的東西更科學。首先我們得先知道電磁波測量到底是量什麼東西,我們用過體重器,體重器是測量我們的重量,所以測量電磁波的儀器就是測量磁場的強度,市面上可以買到測量極低頻電磁波強度的儀器。電磁波是電場和磁場的波動,極低頻是指電磁波頻率在30~300赫之間,我們家電所使用的交流電頻率是60 赫,一般的電磁波測量器都有寫明測量所適用的頻率範圍。

在做測量的時候,不僅得到的數值很重要,更重要的是單位。小時候常和同學耍嘴皮子,例如和同學打賭, 賭金是1000 ,結果賭輸了,同學要起賭金, 於是便賴皮說是沙子1000 顆,或日幣1000 毛,這時就可知道單位的重要。單位有很多種,重量有重量的單位(公克重、英鎊),長度有長度的單位(公分、英寸),而測量磁場的單位是高斯(G)。

即便是同一種單位,也有程度大小的不同,例如長度單位公里,公里的千分之一是公尺,同樣的,高斯的千分之一是毫高斯(mG),磁場的另一種單位是特斯拉(Tesla),特斯拉是高斯的一萬倍,微特斯拉(μ T)則是特斯拉的百萬分之一。雖然有高斯、毫高斯、特斯拉、微特斯拉這麼多種,主要還是要看用哪種單位比較方便。舉例來說,地球的平均磁場強度是0.5 高斯,或者說500 毫高斯。

圖三:第四台的電磁波測試,(A)測量到的吹風機磁場數值有678 。(B)放入鈦鍺手鍊,數值立刻歸零,影片中的測量儀器不易判斷出是哪種儀器。

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磁場是什麼?

磁場到底如何產生?通常有電流通過的地方,四周就會有磁場,至於一般文具店購買的磁鐵,雖然沒有電流,但磁鐵裡頭的電子會有自轉和公轉,電子一動就會產生對應的小磁場,由於這些小磁場排列一致,不會相互抵銷,形成了一個總磁場,這是磁性物質的特性。因此磁場的產生可以歸類成兩大類,一個是磁性物質本身所帶的磁場,另一個是電流所產生的。磁場是肉眼看不見的,但磁場會對帶電的物質起作用,產生磁力,推動帶電物質。例如兩根通有電流的電線,由於各自會形成磁場,又會受到對方磁場影響,於是兩根電線會有相吸或相斥的磁力作用。而受到磁力的強弱是根據電流的大小以及距離的遠近而定,離得越遠,受到的磁力作用越小。

既然知道電流會產生磁場,因此任何需要電的產品都一定會有磁場產生。我借了一台普通的電磁波測試器(magnetic field meter),售價約新台幣1590元,世駿電子生產,型號為TENMARS TM-191 ,這是一款2 0 0 9 年下半年推出的產品,可以測量磁場強度。TM-191 可以選擇兩種測量的單位——毫高斯和微特斯拉,屬於測量極低頻電磁波的儀器,解析度約0.1/1 毫高斯,也就是說如果變化在1 毫高斯以下,是無法分辨出來的。我就用這台TM-191測量周遭常見的電器用品,結果如圖四。



圖四:TM-191 在近距離(幾乎貼近待測目標)測量使用中的(A)電風扇、(B)液晶電視、(C)電冰箱、(D)微波爐的磁場強度,分別為109.8mG、0.8mG 、3.3mG 、120.6mG 。(E)另外在40 公分的距離下測量使用中的微波爐,得到3.5mG 。

破解廣告騙術

圖五:筆者透過電視購物,直接購買一條鈦鍺手鍊,作為實驗之用。

由此我們可以發現,廣告出現的電磁波測量數值根本沒有一點意義可言,因為單從電視畫面來看,不知道該儀器是否為測量磁場的儀器,更重要的是沒有顯示單位。例如廣告中測量吹風機顯示數值為678,但根據我的測量,在吹風機後方5公分的磁場是65 毫高斯。磁場強度和測量的距離有關,除了吹風機外,一般家電使用的距離都離我們很遠,根據國際非游離輻射防護協會(ICNIRP)所訂的電磁波環境建議值是833毫高斯,一般家電用品所產生的磁場都不會超過這個標準。

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本文的重點是要探討電視購物頻道推銷的鈦鍺手鍊是否可以阻擋電磁波,該廣告用了號稱科學的手法證明他們的產品。為了證實這一點,我直接透過電視購物頻道買了一條相同的鈦鍺手鍊(圖五),照著廣告的方式測量磁場強度。實驗的對象是一般家用的吹風機,在吹風機後方距離5 公分的位置測量磁場強度,得到的數值約65 毫高斯,接著在吹風機和TM-191 之間放入購買的鈦鍺手鍊,得到的數值為65.1毫高斯,相差數值不大,在測量儀器的誤差範圍內(圖六)。

另外,筆者也針對其他電器用品進行相同的實驗,都沒辦法做到讓鈦鍺手鍊明顯阻絕電磁波,讓磁場強度歸零,因此可以推論鈦鍺手鍊根本不能阻擋電磁波。鈦鍺手鍊不會明顯影響家電用品使用時所產生的磁場,甚至沒有磁場強度歸零的現象發生。

雖然這個結果對筆者來說,一點也不意外,但本篇文章希望告訴讀者,只要有心,你也可以重複這項科學實驗,並得到相同的結論,結論是——這條手鍊只能當作裝飾品使用,完全沒有阻絕電磁波的作用,不要過度期待手鍊的額外效用。(本文圖片皆由作者提供)


圖六:(A)測量吹風機的磁場強度,數值為65mG 。(B)將購買的鈦鍺手鍊放入,結果磁場強度為65.1mG 。

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本文刊登於《科學月刊》2011年3月號。自3月起,科學月刊與PanSci合作,將精選當期科月好文透過PanSci帶給大家!敬請期待。

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科學月刊_96
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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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量子力學可以幫你判斷物體溫度?從古典物理過渡到近代的一大推手——黑體輻射
PanSci_96
・2024/03/24 ・3634字 ・閱讀時間約 7 分鐘

1894 年,美國物理學家邁克生(Albert Abraham Michelson)作為芝加哥大學物理系的創立者,在為學校的瑞爾森物理實驗室(Ryerson Physical Laboratory)落成典禮致詞時,表示:「雖然無法斷言說,未來的物理學不會比過去那些驚奇更令人驚嘆,但似乎大部分的重要基本原則都已經被穩固地建立了。」

以我們現在的後見之明,這段話聽起來固然錯得離譜,但在當時,從 17、18 到 19 世紀,在伽利略、牛頓、馬克士威等前輩的的貢獻之下,物理學已經達成了非凡的成就。

我們現在稱為古典的物理學,對於整個世界的描述幾乎是面面俱到了,事實上沒有人預料到 20 世紀將出現徹底顛覆世界物理學認知的重要理論,量子力學。

而這最一開始竟只是出自於一件不起眼的研究,關於物體發出的光。

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萬物皆輻射

在此我們要先理解一個觀念:所有物體無時無刻不在發出電磁波輻射,包括了你、我、你正使用的螢幕,以及我們生活中的所有物品。

至於為什麼會這樣子呢?其中一個主要原因是,物體都是由原子、分子組成,所以內部充滿了帶電粒子,例如電子。這些帶電粒子隨著溫度,時時刻刻不停地擾動著,在過程中,就會以電磁波的形式放出能量。

除了上述原因之外,物體發出的電磁波輻射,還可能有其他來源,我們就暫時省略不提。無論如何,從小到大我們都學過的,熱的傳遞方式分成傳導、對流、輻射三種,其中的輻射,就是我們現在在談的,物體以電磁波形式發出的能量。

那麼,這些輻射能量有什麼樣的特徵呢?為了搞清楚這件事,我們必須先找個適當的範本來研究。

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理想上最好的選擇是,這個範本必須能夠吸收所有外在環境照射在上面的光線,只會發出因自身溫度而產生的電磁輻射。這樣子的話,我們去測量它發出的電磁波,就不會受到反射的電磁波干擾,而能確保電磁波是來自它自己本身。

這樣子的理想物體,稱為黑體;畢竟,黑色物體之所以是黑的,就是因為它能夠吸收外在環境光線,且不太會反射。而在我們日常生活中,最接近理想的黑體,就是一點也不黑、還超亮的太陽!這是因為我們很大程度可以肯定,太陽發出來的光,幾乎都是源於它自身,而非反射自外在環境的光線。

或者我們把一個空腔打洞後,從洞口發出的電磁波,也會近似於黑體輻射,因為所有入射洞口的光都會進入空腔,而不被反射。煉鐵用的鼓風爐,就類似這樣子的結構。

到目前為止,一切聽起來都只是物理學上一個平凡的研究題目。奇怪的是,在對電磁學已經擁有完整瞭解的 19 世紀後半到 20 世紀初,科學家儘管已經藉由實驗得到了觀測數據,但要用以往的物理理論正確推導出黑體的電磁波輻射,卻遇到困難。正是由此開始,古典物理學出現了破口。

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黑體輻射

由黑體發出的輻射,以現在理論所知,長得像這個樣子。縱軸代表黑體輻射出來的能量功率,橫軸代表黑體輻射出來的電磁波波長。

在理想狀況下,黑體輻射只跟黑體的溫度有關,而跟黑體的形狀和材質無關。

以溫度分別處在絕對溫標 3000K、4000K 和 5000K 的黑體輻射為例,我們可以看到,隨著黑體的溫度越高,輻射出來的能量功率也越大;同時,輻射功率最高的波段,也朝短波長、高頻率的方向靠近。

為了解釋這個曲線,物理學家們開始運用「當時」畢生所學來找出函數方程式,分成了兩派:

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一派是 1896 年,由德國物理學家維因(Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien),由熱力學出發推導出的黑體輻射公式,另一派,在 1900 與 1905 年,英國物理學家瑞立(John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh)和金斯(James Jeans),則是藉由電磁學概念,也推導出了他們的黑體輻射公式,稱為瑞立-金斯定律。

你看,若是同時擺上這兩個推導公式,會發現他們都各自對了一半?

維因近似 Wien approximation 只在高頻率的波段才精確。而瑞立-金斯定律只對低頻率波段比較精確,更預測輻射的強度會隨著電磁波頻率的提升而趨近無限大,等等,無限大?――這顯然不合理,因為現實中的黑體並不會放出無限大的能量。

顯然這兩個解釋都不夠精確。

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就這樣,在 1894 年邁克生才說,物理學可能沒有更令人驚嘆的東西了,結果沒幾年,古典物理學築起的輝煌成就,被黑體輻射遮掩了部分光芒,而且沒人知道,這是怎麼一回事。

普朗克的黑體輻射公式

就在古典物理學面臨進退維谷局面的時候,那個男人出現了——德國物理學家普朗克(Max Planck)。

1878年學生時代的普朗克。圖/wikimedia

普朗克於 1900 年就推導出了他的黑體輻射公式,比上述瑞立和金斯最終在 1905 年提出的結果要更早,史稱普朗克定律(Planck’s law)。普朗克假想,在黑體中,存在許多帶電且不斷振盪、稱為「振子」的虛擬單元,並假設它們的能量只能是某個基本單位能量的整數倍。

這個基本單位能量寫成 E=hν,和電磁輻射的頻率 ν 成正比,比例常數 h 則稱為普朗克常數。換言之,黑體輻射出來的能量,以hν為基本單位、是一個個可數的「量」加起來的,也就是能量被「量子化」了。

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根據以上假設,再加上不同能量的「振子」像是遵循熱力學中的粒子分佈,普朗克成功推導出吻合黑體輻射實驗觀測的公式。

普朗克的方程式,同時包含了維因近似和瑞立-金斯定律的優點,不管在低頻率還是高頻率的波段,都非常精確。如果我們比較在地球大氣層頂端觀測到的太陽輻射光譜,可以發現觀測數據和普朗克的公式吻合得非常好。

其實有趣的是普朗克根本不認為這是物理現象,他認為,他假設的能量量子化,只是數學上用來推導的手段,而沒有察覺他在物理上的深遠涵意。但無論如何,普朗克成功解決了黑體輻射的難題,並得到符合觀測的方程式。直到現在,我們依然使用著普朗克的方程式來描述黑體輻射。不只如此,在現實生活中,有許多的應用,都由此而來。

正因為不同溫度的物體,會發出不同特徵的電磁波,反過來想,藉由測量物體發出的電磁波,我們就能得知該物體的溫度。在疫情期間,我們可以看到某些場合會放置螢幕,上面呈現類似這樣子的畫面。

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事實上,這些儀器測量的,是特定波長的紅外線。紅外線屬於不可見光,也是室溫物體所發出的電磁輻射中,功率最大的波段。只要分析我們身體發出的紅外線,就能在一定程度上判斷我們的體溫。當然,一來我們都不是完美的黑體,二來環境因素也可能產生干擾,所以還是會有些許誤差。

藉由黑體輻射的研究,我們還可以將黑體的溫度與發出的可見光顏色標準化。

在畫面中,有彩虹背景的部分,代表可見光的範圍,當黑體的溫度越高,發出的電磁輻射,在可見光部分越偏冷色系。當我們在購買燈泡的時候,會在包裝上看到色溫標示,就是由此而來。所以,如果你想要溫暖一點的光線,就要購買色溫較低,約兩、三千 K 左右的燈泡。

結語

事實上,在黑體輻射研究最蓬勃發展的 19 世紀後半,正值第二次工業革命,當時鋼鐵的鍛冶技術出現許多重大進步。

德國鐵血宰相俾斯麥曾經說,當代的重大問題要用鐵和血來解決。

就傳統而言,煉鋼要靠工匠用肉眼,從鋼鐵的顏色來判斷溫度,但若能更精確地判斷溫度,無疑會有很大幫助。

德國作為鋼鐵業發達國家,在黑體輻射的研究上,曾做出許多貢獻,這一方面固然可能是學術的求知慾使然,但另一方面,也可以說跟社會的需求與脈動是完全吻合的。
總而言之,普朗克藉由引進能量量子化的概念,成功用數學式描述了黑體輻射;這件事成為後來量子力學發展的起點。儘管普朗克本人沒有察覺能量量子化背後的深意,但有另一位勇者在數年後繼承了普朗克的想法,並做出意味深長的詮釋,那就是下一個故事的主角――愛因斯坦的事了。

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「真.無線充電」?試試電磁波獵能手環,你的身體就是最好的捕能裝置!
PanSci_96
・2023/04/22 ・2679字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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你的手機能無線充電嗎?不過,雖說是無線充電,但還是得要放在充電盤上,由充電盤連結一條電線,這樣的充電方式,想必跟大家期待的「真.無線充電」有落差。

好消息是,有人提出一種藉由捕捉空間中的無線電波、獲得電能的無線充電方式,所以代表這些電能是完全免費的!但……這是真的嗎?

隔空充電可行嗎

現在我們已經可以透過無線網路串連全球的資訊,但是遠距能量傳輸卻尚未成真。

當代的無線通訊裝置,舉凡手機電話、wifi 網路、無線電、衛星定位等,都可以靠著不斷地發射無線電波來交換訊息。不過其實仔細想想,無線電波、電磁波其實就是不斷變化的電磁場。既然可以透過磁場變化來傳遞能量,那這些強大的電磁波網絡,是不是也可以拿來傳遞電能呢?

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實際上還真有類似的例子,一百年前最早的收音機竟然完全不需要插電!礦石收音機只需要天然礦石、金屬針、線圈和一些電線,就能收到附近廣播電台送出的訊號,轉換成聲音並放出。

那麼為什麼沒有沿用至今呢?主要就是效率的問題。礦石收音機需要不斷調整金屬針接觸礦石的位置,還得拉長長的天線來捕捉更多的無線電波;市售的礦石收音機玩具,甚至附有一條長長的鱷魚夾電線,可以接到大型金屬家具,產生更清楚、更大聲的聲音。當然這種收音機很快就被以電驅動的真空管收音機取代了。

2021 年初小米曾發表過隔空充電技術專利,利用指向型遠距充電,系統會先定位出手機的位置,再透過多個天線組成的陣列將電波瞄準發射給手機,克服電磁波發散的問題,據稱能在數公尺內進行無線 5W 的無線充電,雖然還不到快充,但也算是革命性突破。不過目前還在技術發表階段,尚未正式推出。

礦石收音機是利用天然礦石或晶體,加上天線、地線和調諧電路,所製成的收音機。圖/維基百科

無線射頻獵能

再換個角度思考,能量在傳遞的時候會向四周發散,而我們生活周遭到處都是會發出電磁波的 3C 產品,那能不能反過來,捕捉這些由其他電器溢散的電磁波,並轉為能量呢?

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還真的有人這麼做了。收集這些廢能,並轉化成可用電能的技術,就稱為「無線射頻獵能」。近十年來,有許多相關的技術與研究,不過效率大多還未到達實用階段。

就在今年一月,美國麻州大學團隊發表了一種可以用於無線射頻獵能的線圈手環,而且功率竟然比一般的線圈天線高十倍以上。

有趣的是,其實他們當時並不是在研究無線充電,而是如何使用 LED 快速閃爍來傳遞訊息;這種名為可見光通訊 VLC 的技術,有望成為未來 6G 通訊的方式。但發現到,這種技術需要 LED 以每秒數百萬次的頻率閃爍,過程中會釋放出大量不可用的無線電波,浪費掉許多能量;於是轉念一想,嘗試用線圈收集這些逸散的能量,降低傳訊時的能量浪費。

研究團隊發現,當線圈靠近金屬片時,收集能量的效率會變得更好。透過反射增強訊號,金屬片吸收環境中的電磁波再向外放出;隨著金屬片面積越大,攔截到的電磁波也越多,收集能量的效果也越好。

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但是無線充電就是要擺脫這些笨重的金屬板,於是研究人員開始拿生活周遭的 3C 產品來進行實驗。從獵能的功率來看,效果最好的依序是筆電、平板、手機。這和預期的一樣:面積越大,獵能效果越好。

然而,意想不到的是,實驗效果最好的,竟然是人體!

推測這是因為人體中含有大量水分,其容易導電、被極化的特性有助於蒐集空間中的電磁波。人體就是一根巨大的共振天線,能增加無線電訊號的發射效率,同樣的道理,也可以用來收集環境中的無線電波能量。

人體是巨大的共振天線!圖/GIPHY

研究團隊將線圈手環的設計稱為「Bracelet+」,是第一個借助人體的獵能裝置;後續又嘗試將線圈做成戒指和手環,希望能打造出輕便的隨身獵能裝置。

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那這樣是不是以後只要綁條線圈在手上,就再也不需要幫手機充電了呢?該線圈手環目前在數公尺的距離外最多可以捕獲微瓦等級的功率,也就是百萬分之一瓦。用這種電壓當然不可能幫手機充電,不過已經足以供應一些低功耗的隨身裝置,像是常見的智慧健康手環,或是負責監控體溫或血糖的元件,甚至類似心律調節器的植入式醫療器材,或許就可以利用該線圈設計,減少充電的頻率。

在 5G 物聯網的架構中,各種居家和隨身裝置必須隨時維持連線,如何為這些獨立、低功耗的裝置供電便成了重要的課題。在這種情況下,如果可以汲取周遭無線電波的廢能,不只可以節省能源,還能免去定期更換電池或充電的麻煩。

遠距充電熱潮

目前的 5G 和開發中的 6G 技術,都持續往電磁頻譜中更高頻率的部分去探索,設置覆蓋率更高、頻譜更寬的無線通訊網絡,而這些頻率的電磁波也將為無線充電帶來新的發展機會。

去年在 Scientific Reports 期刊上,有篇研究提出了 5G 網路作為電力網的想法。團隊針對 5G 使用的頻率設計出一種天線以及搭配的電路,可以在 180 公尺外接收到 6 微瓦,為無線電力網的夢想邁出了第一步。

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不過,在這波遠距無線充電的熱潮下,市面上也出現許多令人半信半疑的遠距充電技術。

例如 2011 年一家新創公司推出了超音波充電技術,宣稱可以透過空氣的震動替手機充電;然而,雖說超音波充電雖然在原理上可能可以運作,但在充電效率和經濟成本上根本不切實際,對人體健康的影響也相當有爭議。

除此之外,還有一家叫做 TechNovator 的公司推出了前所未聞的量子充電技術,他們宣稱可以透過「能量量子化」來傳輸能量,並且在「空間中創造能量結構」,還不需要任何形式的電磁場,就可以達成 100 瓦的無線充電!至於到底有沒有這麼好的事,就留給各位判斷了。

在所有物品與資訊都以無線網路相連的這個時代,無線的電力傳輸與電力網是關鍵的下一步;能夠有效的無線傳輸能量,才能讓我們生活周遭的智慧裝置擺脫電線的束縛,減少電池的消耗,成為一個自由移動,自給自足的物聯網。

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不論是透過可見光、wifi、還是 5G 訊號,無線且遠距的充電與獵能,將來勢必會有讓人驚豔的發展。

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PanSci_96
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