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從古代烽火到未來 6G!《通信科技大解密》帶你全方位探索通信技術的演變

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/10/14 ・1097字 ・閱讀時間約 2 分鐘

圖 / 《通訊科技大解密》提供

現代生活中的通信科技,從手機、電腦到 Wi-Fi,無所不在。《通信科技大解密》是一檔國科會科普產品製播計畫支持,並由國立臺灣師範大學賴以威副教授與泛科知識股份有限公司攜手合製。節目將帶領觀眾一窺通信科技的發展歷程,並讓大家了解這些技術是如何改變我們的生活。此外,節目除了在民視台灣台播出,因應現代人的收視習慣改變,節目也同步上架至數感實驗室的 YouTube 頻道,讓大眾能隨時隨地觀看。

通信科技不僅是日常生活的基礎,未來的 6G 技術更是全球科技競爭的焦點。臺灣政府已開始布局 6G 市場,其它國家如美、中、歐盟也紛紛備戰此領域。想維持臺灣的科技優勢,不能只專注於半導體或 AI 的發展,通訊科技同樣不可忽視。賴以威老師想透過《通信科技大解密》這個節目,為大眾建立通訊科技的基礎知識,讓更多人了解它的重要性,同時為未來的產業培養跨域人才,確保臺灣在全球通訊科技競賽中占領先地位。

錄製《通訊科技大解密》側拍。圖 / 《通訊科技大解密》提供

《通信科技大解密》節目分為四大主題:

【第一部分:通信的起源】首先帶領觀眾探索通信技術的起源,從書信、旗語到古代烽火臺,介紹古代社會如何傳遞訊息,了解通訊技術如何一步步演進,形成現代通信的基礎;現代3C產品不可或缺的靈魂--晶片和電話的發明,如何改變資訊的傳遞速度與範圍。

【第二部分:通信科學家的故事】聚焦改變通信歷史的關鍵人物,從摩斯發明電報,到貝爾創造電話,再到喬治·布爾與克勞德·香農為現代通信技術奠定數學與理論基礎。此外,還介紹展頻技術的發明者海蒂·拉瑪的故事,讓觀眾了解這些偉大科學家的生平與如何影響通信科技的發展。

【第三部分:生活中的通信名詞】觀眾將進入一個與日常生活息息相關的通信世界,了解 Wi-Fi、頻寬、物聯網、6G、衛星通信、Li-Fi 等名詞的意涵及其應用,並介紹環境通信和氣球通信等前瞻技術的潛力,深入淺出地解釋看似複雜的技術名詞。

【技術部分:解密通信技術】節目也會帶領觀眾進入核心通信技術的解密過程,例如通信模型、錯誤更正碼等,介紹數學是如何影響現代通信技術、如何確保訊息傳輸的準確性。

《通信科技大解密》一共 16 集,觀眾可在數感實驗室的 YouTube 頻道(https://reurl.cc/GpOy9p)隨時重溫完整內容。無論是對通信科技充滿好奇的學生,還是對未來技術感興趣的社會大眾,都能透過這系列節目輕鬆獲取知識。

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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從 3G 到 6G:行動通信的進化之路
數感實驗室_96
・2024/06/20 ・825字 ・閱讀時間約 1 分鐘

本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

摩斯發明電報和貝爾發明電話,這些似乎是上古時代的科技,其實都發生在過去兩百年內。而手機,作為近五十年來的產物,又經歷了怎樣的演變呢?

讓我們來探討行動通信是如何從 3G 發展到 6G 的。

1989 年,一張名為《The Great Radio Controversy》的搖滾專輯發布,迅速走紅,登上告示牌熱門榜。雖然專輯的歌詞與通信無關,但它的名字「偉大的無線電爭議」確實讓人聯想到無線通信的歷史。而這張專輯的樂團名為 Tesla,沒錯,這正是向那位傳奇的天才科學家特斯拉致敬。特斯拉對無線通信的貢獻可謂奠基石般的重要,而從 3G 到 6G,行動通信技術又經歷了哪些突破和變革呢?讓我們一起深入了解。

行動通信的歷史雖然只有短短幾十年,但其中包含的豐富內容實在說不完。從精彩的發明故事到商業競爭,再到行動通信所帶來的社會變革,每一個環節都值得深入探討。而在這集影片中,我們僅僅觸及了冰山一角。

下一集將深入探討 WiMAX 那成功的哥哥——Wi-Fi,也就是大家熟悉的無線區域網路技術。讓我們繼續探索這些改變世界的科技!

更多、更完整的內容,歡迎上數感實驗室 Numeracy Lab 的 YouTube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊!

參考資料

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數感實驗室_96
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數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

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大科學人專訪 | 賴以威:在趣味數學教育推廣中,跨越時空和爸爸、孩子活在一起
LIS_96
・2022/10/06 ・2911字 ・閱讀時間約 6 分鐘

他是賴以威,台灣師範大學電機系副教授,數學推廣平台——數感實驗室共同創辦人,同時也是一名小說家,出版過多本著作,在這些斜槓身分之外,他還是三個孩子溫柔的爸爸。

一路順遂的求學歷程,「成為教育者」的志向,不曾出現在這位資優生的人生選項裡,直到 27 歲那年父親驟逝,他決定傳承爸爸推廣趣味數學的遺志。

如何從一位數理資優生走向教職,賴以威的故事和教育觀點,邀請你一起往下閱讀>>>

一生重要的影響

談起自己的求學歷程、性格態度,賴以威的父親——賴雲台老師無非是他生命中的關鍵影響。在賴以威心中,爸爸是嚴師也是慈父、是教練也是最好的玩伴,下棋、玩牌是父子倆共同的日常興趣,他們一邊鬥智,也一邊鬥嘴,自己的數學興趣和能力也在其中逐漸養成。

「我的爸爸是一個自我要求很高的人,受他的影響,讓我開始督促自己要努力,給自己高標準,發揮最大的潛力。」賴以威憶起高中就讀師大附中科學班的日子,在高手雲集的班上,當時的成績並不出色。準備大學聯考的那年,父親慎重地表達對他的期待,但賴爸爸以一種溫柔的方式寄予厚望,每天都接送他上放學,賴以威笑說當時自己就像廢人一樣,「父親表達關心的方式,是盡可能幫我處理掉一些雜事,讓我能專心在唸書上,也因為這樣讓我覺得更應該要好好念書回應他」,於是他開始制定讀書規劃並紀律落實,重新把基本功打好,起初成績並無太多起色,但經過一學期的醞釀,最後大學聯考錄取了台大電機系。

內在的求知欲、外在的期待和眼光

作為一位擅長讀書的孩子,成長過程不免背負著家長和學校的高度期待,賴以威不諱言:「其實學生時期兢兢業業追求更好的課業表現,也是希望能夠滿足周邊大人們的期待,不想讓他們失望」,即使是一位盡力滿足大人期待的乖乖牌資優生,他也深知「樂於求知」的內在動機,才能一直支持他熬過伏案苦讀的聯考時光。

「我一直對求知很有興趣,遇到不懂就想要去搞清楚,喜歡把事情想透徹。當遇到數學問題,如果學到新方法,我會想要搞清楚為什麼,A 方法不能做嗎?一定要用 B 方法嗎?學到 C 方法,也會想著能不能用來解決過去碰到的問題。」看似活在他人的期待,但賴以威在學習、解題的過程,保有著自己的小叛逆!好奇、挑戰中得來的「融會貫通」,讓他發自內心獲得成就感,「把事情搞懂,對我來說是很有意義和開心的事情」!

賴以威認為「求知慾」是支持他撐過聯考時光的動力。 圖/envato.elements

數感爸爸,把數學帶進孩子的日常生活

在某個平凡日子,遠在德國當客座研究員的賴以威,突如其來的接到父親患肺腺癌末期的噩耗。

即使賴以威立刻飛回台灣陪伴爸爸,但一心只想把握僅剩時間的賴爸爸,仍持續不輟的為推廣趣味數學奔走,虛弱的身體終究不堪過勞,不到兩個月的時間即離開人世。

沒人接下賴雲台老師生前的重大託付,賴以威在父親離開後試著投入,沒想到從中做出興趣,也找到與爸爸連結的實感,於是他決定創立「數感實驗室」,繼承爸爸臨終前最用心投入的事 。

因為父親離開的突然,現在賴以威透過與孩子在一起的時光,把過去跟父親連結的吉光片羽找回來。

「寫作」一直是賴以威品嘗回憶、保存記憶和的方法,除了想念父親時書寫,現在他也在臉書上分享自己和孩子的日常互動、生活對話,其中四歲的二兒子「君君」有著極高的出鏡率,有位有問必答的數感爸爸,即使小小年紀,君君已經學會數數和基本運算。問起如何造就君君如此超齡的數學程度,賴以威分享:「關鍵在於把數學應用帶入孩子生活的大小場景」,每當孩子提出好奇和他討論,賴以威會反射性的將問題與數學連結,比如喜歡恐龍和太空的君君常常會突發奇想的問爸爸:「開車去月球要花少天?」、「木星和太陽誰大誰小?」,這些童言童語的問題,即使 Google 搜尋不到答案,父子倆也能藉由數學「自己算答案」。

人們喜歡把學過的、自己會的數學叫「常識」,沒有學過、不懂的數學叫「數學」

和以威老師談到四年一度「國際數學與科學教育成就趨勢調查 (TIMSS)2019」結果,台灣的孩子不管在數學、科學都名列前茅,學習的興趣及信心卻敬陪末座,賴以威說:「很多人不喜歡數學,是因為討厭數學課,而不是數學本身」,考試、代公式確實是數學的一部分,但不是數學的全部,科學也亦然。

「其實我們會的數學已經很多了,人們往往把數學想得太困難,與現實脫節」,數學無所不在,生活正應用著大量數學,如:買賣交易、存款、辦信用卡(基本運算、百分率、複利…等數學概念),然而這些生活中運用的數學,卻被自動化的被歸類於「常識」。

對於台灣教育的觀察與想法

這些年投入教育創新推動,賴以威認為現階段的台灣教育已明顯優於以往:「以前根本不會問小朋友喜不喜歡科學和數學,你先學就對了,到現在慢慢會強調孩子要有學習動機,關心他們喜不喜歡」,但賴以威深知,在升學主義的主旋律中,「學習動機」往往不是教育體制或家庭教育優先重視的部分,而我們都共同期待在未來的某一天「學習動機的重要性,將不再亞於學習知識本身」。

期待未來的某一天「學習動機的重要性,將不再亞於學習知識本身」。 圖/envato.elements

響應本次「LIS 第二季大科學計劃」,賴以威分享給我們的大科學人宣言:

❛❛ 如果人們不相信數學是簡單的,那麼他們只是不明白人生有多麼複雜。 ❜❜  ── 約翰.馮.諾伊曼

賴以威說:如果你是個大量使用數學的人,一定會知道「數學比起人生,簡單很多」,我們利用數學「探索知識」、「解決問題」,但現實世界中能真正被數學解決的問題還是有限,面對著未知的世界,數學能做到的僅僅是「預測」。

每個人天天面對著生離死別,即使有數學作為預測工具,仍得臣服於命運安排。

面對生命無常,現在賴以威更珍惜著每一刻與家人的平凡日子,在推廣趣味數學教育的同時,跨越時空和爸爸、孩子活在一起!

邀請您一同成為各行各業中的大科學人,您的捐款將支持「科學公益教材」的穩定開發,一起支持台灣科學教育,讓孩子從小開始像「科學家一樣思考」,帶著自信長大成為各行各業中「永保好奇」、「邏輯思辨」的大科學人!

【LIS 大科學計畫 ✦ 第二季】|​928 教師節暖心上線 ▸▸▸▸▸▸▸

❛ 教育不只是老師的事,這是我們的任務,下一個世代的科學史,現在就得開始寫起! ❜

每月小額捐款,就能支持全台十萬名孩子都期待的科學教材:https://bit.ly/3SUGyDO

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LIS_96
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LIS ( Learning in Science )情境科學教材,成立於2013年7月,是一個非營利組織,致力於為國中小自然教師及學生,設計有別於填鴨教育的科學教材,協助教師進行STEAM和科學素養導向的教學,讓教師更簡單地進行教學創新,幫助更多孩子找回對科學的學習動機,並培養解決問題的能力。 在 Youtube 頻道【LIS情境科學教材】上,我們會即時更新所有LIS教材的影片,而完整的教案、學習單,亦同步上傳於【LIS教材平台網】歡迎您前往瀏覽完整內容。