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貓奴鏟屎官們看過來!全球獨創的腎病偵測法,竟是利用貓砂!?

PanSci_96
・2020/01/15 ・1643字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 559 ・八年級
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現代社會,寵物貓是許多人家中的一分子,關懷貓咪的健康也是飼主的責任。

可是貓不會說話,飼主工作忙碌時,難免忽略了貓咪在行為中展現的疾病徵兆,尤其是最需要被早期發現的貓咪健康頭號殺手——腎病。

在科技部專題計畫的支持下,交通大學光電系冉曉雯教授,交通大學物理所孟心飛教授與高雄中興動物醫院黃明如副院長合作,針對貓腎病的體外檢測技術進行開發,只要使用一般市售貓砂,就可成功分析出貓尿尿素的濃度,從而反應貓的腎病狀況。

檢測的系統為團隊過去多年建立的「雙光纖微反應槽」技術,由兩根光纖搭配 3D 列印的感測槽,並以低成本的電子零件組裝,即可進行即時性的偵測。

而這是世界上首次從一般貓砂就可以偵測貓腎病的獨創技術。

世界上首次能用貓砂偵測腎病的獨創技術!圖/Pixabay@Pexels

貓砂竟然有辦法偵測主子的身體狀況?

近幾年來,動物疾病的體外檢測技術仍相當缺乏,且動物的病徵並不明顯,等到飼主發現動物出現明顯的行為變化時,病況通常已經相當嚴重。

而若能開發動物可以使用的疾病偵測工具,將有助於早期發現早期治療。

然而,體外檢測通常仰賴尿液、唾液或呼氣的偵測,要在動物身上取得這些檢體,並不容易。因此,開發出可以有效搜集檢體進行偵測的方法是此類技術發展的關鍵。

在家貓當中,腎病是最普遍的疾病,根據推測,超過一半的 10 歲以上寵物貓患有慢性腎臟病。

我……我不想得腎病啊。圖/Inge Wallumrød@Pexels

貓的呼氣、唾液、尿液均不易取得,因此團隊使用過去多年開發的「雙光纖微反應槽」做為尿素偵測工具,使用一般市面上常用的貓砂,待吸收貓尿後經過加水稀釋過濾,分析其尿液尿素。

經過半年的研究,發現此貓砂分析方法確實能反應貓的腎病狀況,可以提供動物診所或居家使用。

這個可攜帶可即時反應的尿素偵測工具「雙光纖微反應槽」,過去已成功應用於慢性腎臟病患者人體臨床實驗中的唾液尿素檢測,並於 2019 年生醫感測領域的重要期刊《Biosensors and Bioelectronics》發表。

該工具可以僅使用半顆米粒大小的唾液就可進行即時偵測,且克服了傳統光纖生化感測器易因光纖對位不準造成信號偏移的問題。

這個技術裡使用的「雙光纖微反應槽」只需靠著 3D 列印槽上的刻痕粗略對位,就能確保系統感測特性的穩定性。

待貓砂吸收貓尿後經過加水稀釋過濾,搭配感測槽分析其尿液尿素,確實能反應貓的腎病狀況。圖/科技部提供

比起分析貓砂,還會有更方便的?

目前,適合居家簡易操作的尿素探測棒也正在發展中。

研究團隊將引入冉曉雯團隊與法國國家科學院謬魯斯材料研究院 Dr. Olivier Soppera 共同指導的光直寫半導體製程技術,而此技術可以很容易的在塑膠棒上面製作出半導體元件。

而已發表的系列工作還有使用深紫外光雷射對氧化銦鎵鋅溶液進行圖案化製作電晶體、使用雙光子紅外光雷射使氧化鈦溶液產生具有導電性能的石墨烯化微碳顆,結合這些光直寫技術,預計 2020 年內可完成尿素探測棒,提供居家易操作的貓砂偵測。

前述的跨領域甚至跨國的研究成果,部分已發表於具領導地位的生物感測與生醫電子《Biosensors and Bioelectronics》以及先進材料《Advanced Materials》期刊,這些成果對於未來拓展動物體外檢測以及人體唾液/尿液中各類分子的偵測有很大的幫助。

記者會後合影。左三起國立交通大學光電工程學系教授冉曉雯、科技部工程技術研究發展司副司長郭箐、中興動物醫院副院長黃明如、國立交通大學物理研究所教授孟心飛,及交大光電系研究團隊。圖/科技部提供
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PanSci_96
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看可愛動物圖片,能重燃婚姻愛的火花?
valerie hung
・2017/06/29 ・1328字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 536 ・七年級
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即使童話故事裡的結尾常輕描淡寫道:「在盛大的婚禮後,他們從此過著幸福快樂的日子。」但 2001 年的一份研究發現,即使每天都維持一模一樣的相處模式,夫妻對婚姻的滿意度仍會從新婚那一天起逐漸下降啊!

難道這幸福感就像打出去的棒球,回不來了嗎?就沒有方法能幫助兩人重燃舊日熱情嗎?如果你剛好有這樣的煩惱,可以參考佛羅里達州立大學(Florida State University)心理學家詹姆士.K.麥克納提(James K. McNulty)與其研究團隊發現的妙招:「把你另一半的照片和可愛動物照片搭在一起看」!

根據發表在心理科學學會(Association for Psychological Science)《心理科學》期刊Psychological Science)的研究,麥克納提的團隊想知道,有沒有可能讓人們在想到另一半時,悄悄置入正面「聯想」(association),藉此提升婚姻滿意度呢?

「我們把另一半跟正面感受的連結程度,會影響到我們判斷自己感情生活的好壞;而正面聯想不只來自於伴侶,也可以來自可愛動物等與婚姻無關的東西。」麥克納提解釋。

研究團隊稱此流程為評價制約(evaluative conditioning),並設計一套實驗來重新塑造已婚人士對另一半的直覺感受。

實驗找來 144 對年齡小於四十歲,結婚不到五年的夫妻。請他們先完成一系列的關係滿意度調查,其中包含對另一半的本能反應。

接下來,所有的受試者被要求連續六周,每三天就獨自一人看完一串剪接過的影像,其中夾雜著他們伴侶的照片。唯一的差別是,實驗組受試者觀看的影像包含正向刺激(positive stimuli)的圖片,如會讓人不自覺露出「喔嗚~~(大心)」表情的狗狗照片以及「美好(wonderful)」等字眼;控制組受試者的影像包含的則是鈕扣等較中性的圖。

Photo by Daniel Stockman@flickr, by CC 2.0

為了測試影像是否影響受試的夫妻檔,這些伴侶每兩周就會進行一次「對另一半的內隱態度」測驗,方法為讓受試者快速看過一系列人臉照(其中包含受試者伴侶的臉),然後要求受試者不加思索地回答對這些圖像的情緒。

科學家驚訝的發現,連續數周同時觀看配偶照片與可愛動物及其它正向刺激圖像的實驗組受試者,和那些花了同樣時間觀看配偶照片與中性圖像的控制組受試者相比,實驗結束後對另一半的直覺反應(automatic reaction)更加正面,對婚姻的滿意度也更高。

「我原本懷疑這麼簡單且跟婚姻無關的元素,真的能影響人們對婚姻的感受嗎,但(評價制約)實驗的成效讓我有點驚訝。」麥克納提表示。

當然,這不是說每天用可愛動物照對你的配偶洗腦(?)就可以解決所有婚姻問題,研究團隊表明,兩人在婚姻中的互動才是建立正向反應的關鍵因素。

雖然評價制約法的背後機制還不明確,但研究人員認為這或許可以用在婚姻諮詢,或幫助那些得長期分居兩地,感情逐漸變淡的伴侶改善婚姻關係。麥克納提坦承本次研究受到美國國防部的支持,他被委託要找出方法,幫忙那些因為配偶留守軍營或派到駐外單位,需承受長期分離之苦的夫妻。

 

原始論文:

  • James K. McNulty, Michael A. Olson, Rachael E. Jones, Laura M. Acosta. Automatic Associations Between One’s Partner and One’s Affect as the Proximal Mechanism of Change in Relationship Satisfaction: Evidence from Evaluative Conditioning. Psychological Science, 2017; 095679761770201 DOI: 10.1177/0956797617702014

參考資料:

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第一顆全 MIT 衛星「福衛五號」準備好升空啦
PanSci_96
・2017/07/19 ・2121字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 527 ・七年級
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  • 福衛五號在太空中心進行打包裝箱作業。首圖來源/國研院提供

文/歐宇祥(泛科學特派記者)

第一顆 100% 台灣自製的高解析度遙測衛星——福衛五號,歷時 6 年的開發,終於要送上太空囉!

今天(7 月 19 日),國家實驗研究院於新竹科學園區,特地為福爾摩沙衛星五號(以下簡稱福衛五號)舉辦衛星運送的啟運儀式。儀式結束後,衛星將送往桃園機場,等待今晚近午夜 23:30 登上飛機。啟程飛往美國。8 月 25 日再由 SpaceX 公司的獵鷹九號(Falcon 9)火箭發射升空,代替前輩福衛二號繼續「關照」地球。

當記者來到新竹科學園區時,福衛五號已經被裝箱完成,安置在卡車上。印有可愛衛星插畫的箱子上有許多人的簽名,象徵對福衛五號的期盼與祝福。

許多人在福衛五號的外箱簽名表示祝福。圖片來源:泛科學攝影

在啟運典禮上,衛星研發的靈魂人物、太空中心主任張桂祥真情流露,語帶哽咽地表示這 6 年開發,最想感謝的就是研發團隊的所有夥伴。「福衛五號讓我們國內的團隊,從衛星的設計、製造、組合到最後的操作、影像處理,得以從頭到尾經歷一次,是建立我們團隊信心跟經驗的最大價值。」

在啟運儀式上,太空中心主任張桂祥特地感謝研發團隊的所有夥伴。圖片來源:國研院提供

福衛五號背負著什麼樣的重責大任?

大家還記得超時服役的元老級衛星福衛二號嗎?每天繞行地球 14 圈,對地拍攝、監控地球情況的福衛二號,在南亞海嘯、莫拉克颱風和日本 311 地震都及時提供影像,成為救災的生力軍,福衛五號預計成為它的接班人,遙測以協助勘災、國土安全、環境監控等重大任務。

相較一般訂製衛星所需的 4、5 年,第一次自主研發衛星的台灣團隊僅花了 6 年,就做出高解析度的任務衛星,張桂祥說:「雖然不滿意,但是可以接受的」,也期望福衛五號能順利完成預定的 5 年任務。

「我們真的是關關難過,關關過。」張桂祥表示,從參與、合作到自主研發,團隊遇到很多挑戰,而衛星運到美國後,還有許多關卡等待克服,但研究團隊仍會努力面對、解決。

等待裝箱的福衛五號。圖片來源:國研院提供

獨特的是,福衛五號搭載了「先進電離層探測儀(AIP)」,讓它除了遙測並對地拍攝即時影像之外,還可以用來建置太空氣候模式、觀測電漿擾動變化,以及研究電離層在地震前的異動現象,除了為台灣監測地震前兆,建置會直接影響通訊科技的太空天氣也是任務重點。

能做到這些超厲害事蹟的 AIP ,被研究團隊命名為「太空魔方」,而這也是國內首度自製的「科學酬載」登上衛星,更是國際間首創多合一功能的電漿量測儀器!它輕巧的設計能夠減少衛星的耗能負擔和重量,除了福衛五號,未來也可能應用在更小型的衛星上。

幾經波折的福衛五號,即將送往美國發射升空!

除了裝箱,運送衛星的過程也不能大意!不僅由警車開道,載運卡車也以時速 60 公里,穩穩地前進桃機華儲公司。到達華儲倉庫後,再由負責人員檢查再檢查,才用堆高機移動、送進倉庫等待今晚運往美國。看著衛星送進倉庫,福衛五號計劃主持人張和本說,看著即將踏上全新旅程的福衛五號,形容「就像是嫁女兒」一樣,「我們也對女兒非常有信心,雖然還是有點緊張,但還是相信他可以順利地把影像照回來。」

福衛五號計劃主持人張和本。圖片來源:泛科學攝影

除了勘災與國土安全,福衛五號的對地拍攝影像還能用在防災、科技外交、學術研究及人道救援等任務,但是聽起來這麼厲害的福衛五號,想要真正升空之路卻是波波折折。原本計畫於 2016 年發射,但因為發射地點暫時關閉,或是火箭「爆炸」,使正式發射一再延宕。

除了這次自主研發的「首例」福衛五號,下一顆福衛七號,共有 12 顆小衛星與 1 顆自主衛星,是個衛星群(Constellation)。不同於福衛五號是遙測衛星,第二顆自製衛星「福衛七號」將是氣象科學衛星。自主衛星在 2017 下半年將開始測試,太空中心期望能在 2019 年完成,並在 2020 年發射。(延伸閱讀:與福衛七號共乘火箭的衛星同伴們

回到福衛五號身上,它的高解析度、太空魔方與完全 MIT,都創下紀錄。雖然台灣還無法自主發射火箭,但作為國家太空發展的長遠計畫,未來也計畫建立自主衛星平台,讓相關領域的技術人才與產業更加活絡,而福衛五號的完成,也有很大希望能帶動國內產業。

關於行政院院長林全前陣子期盼的「與商業做結合,推動太空產業」,張桂祥談及其中可能性,直言並非那麼容易,因為產業需要內需、市場、成本與競爭力等諸多考量,「衛星產品最重要的就是要有『飛行的驗證』。」如果成功,那國內產業界要推廣產品到國際市場,將會較現在更有利。

圖片來源:國研院提供

歷任福衛小檔案

泛科學編輯團隊製表,資料來源:國研院。

 

延伸閱讀:

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就是那個暮光女!克莉絲汀.史都華發表人工智慧論文
valerie hung
・2017/01/20 ・928字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 577 ・九年級
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你可能因為知名吸血鬼電影《暮光之城》系列或李安執導的《比利.林恩的中場戰事》而認識女星克莉絲汀.史都華,不過你還知道她其實對 AI 人工智慧充滿興趣,不但使用這項技術來進行創作,甚至發表相關論文!

2017 年在 1 月 19 日線上論文資料庫 AirXiv 上,史都華也與 Adobe 研發工程師喬許(Bhautik J Joshi)及 Starlight Studios 製作人夏皮羅(David Shapiro)共同發表了一篇論文,描述如何在她首部執導的短片《Come Swim》中使用人工智慧。AirXiv 研究資料庫由康乃爾大學(Cornell University)管理,發佈尚未通過同行審查的論文。

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圖說/《Come Swim》以半寫實風半印象派的方式描述一個男人的一天。圖片來源:IMDb

《Come Swim》靈感源自於史都華自己的一幅繪畫作品,論文描述史都華與團隊應用機器學習(machine learning)中「把一張圖的畫風與用色套用在另一張圖」的作法,把電影的場景轉變成史都華某一幅畫的畫風。

一開始團隊想直接讓演算法產出有藝術美感的圖像,但比想像中的困難,才改用電影圖像來創作。經過團隊一連串紋路的添加與修剪,演算法才逐漸懂得在最後的成像中加重這些元素。團隊甚至試圖調整演算法的參數,想讓轉換後的視覺效果能傳達出原始畫作的情感,例如半夢半醒的瞬間。

左圖為電影一幕,中圖為原畫作,右圖為 AI 轉換後的結果
圖說/左圖為電影一幕,中圖為史都華表達「剛睡醒,半夢半真實瞬間」的畫作,右圖為 AI 把畫作的風格套用在電影畫面後的結果。圖片取自於原始論文

隨著人工智慧持續發展,已有不少人試著用人工智慧進行小說、音樂與繪畫直接或二度創作,包含一度爆紅的「你的名字」新海誠濾鏡,以及 Google 的人工智慧程式 DeepDream,它能在辨識圖像畫面後加入新元素,創作出全新的畫作,甚至在 2016 年開了畫展賣畫呢!

 

參考資料:

原始論文:

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