比賽垃圾投籃相信是每個人成長的必經過程，不過通常垃圾桶都設計不良，不是角度不對就是開口太小，讓人難以丟到，也不會自己接。現在因為技術發展，自己會接垃圾的垃圾桶已經出現了！利用微軟的kinect系統，可以即時的在空間中定位出人的位置以及丟垃圾的方像速度與垃圾的飛行位置，加上適當的程式計算，就可以知到垃圾桶該移動去哪才會接到垃圾。
為了開發這樣的系統，發明者還研發出了一種傳動方式，可以利用一個軸的旋轉與輪子的滾動，快速改變垃圾桶的運動方向跟位置。雖然目前的命中率有限，也不能真的丟太快，不過照著技術發展，如果有心，這樣的困難應該很快就會被克服。怎麼丟都丟得進去的垃圾桶應該已經不遠了！
（有點搞笑的介紹:P 其實很不錯的發明，如果用在災害防止或是無人照顧上，可能有意想不到的功能。）
轉載自 Scimage 科學影像
本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。
到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。
在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。
因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。
很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？
首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。
細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。
如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。
因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。
HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！
1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。
有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。
當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。
現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。
除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？
其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。
低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。
然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。
0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒 PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。
在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。
然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。
在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。
此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。
為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。
即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。
好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。
HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。
為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。
這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：
空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍
在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。
工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。
而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。
關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。
這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。
總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。
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華盛頓大學的電腦科學家開發出一套姿勢辨識技術，使這樣的想像離現實更近一步。研究者已經證明，利用我們周遭的 Wi-Fi 訊號變化，來偵測特定運動，且不需要透過人身上的感應器或攝影機，是有可能成真的！
透過一個適合的 Wi-Fi 路由器以及客廳裡的幾個無線裝置，使用者就能夠在家中的任何房間，以簡單的手勢來控制他們的電子裝置與家電。
「這以新的方式重新運用（repurposing）已存在的無線訊號，」主持這項研究、UW 電腦科學與工程助理教授的 Shyam Gollakota 表示，「你真的可將無線網路用於姿勢辨識而不需要佈署更多感應器。」
UW 研究團隊包括 Shwetak Patel，電腦科學與工程、電子工程助理教授，及其實驗室。這項技術，他們稱之為「WiSee」，已投稿到第十九屆 International Conference on Mobile Computing and Networking（MobiCom）。
此概念類似於使用攝影機來辨識姿勢的 Xbox Kinect －不過 UW 技術更簡單、便宜而且使用者不用與他們想要控制的裝置待在同一個房間。那是因為 Wi-Fi 訊號能夠穿牆，而且不會受到可見光的約束或聲音的限制。
UW 研究者打造一款「智慧」接收裝置，它會聆聽房內各種裝置的無線傳輸，包括智慧型手機、筆電以及平板。一個標準的 Wi-Fi 路由器就很適合當作一個接收器來用。
當一個人移動，會稍微改變無線訊號的頻率。移動一隻手或一隻腳，會導致接收器偵測到一種模式（pattern）的變化，稱為都卜勒頻移（Doppler frequency shift）。
這些頻率的變化非常小，只有幾赫茲，相較之下Wi-Fi 訊號則有 20 MHz 的頻寬並在 5 GHz 的頻率下運作。研究者開發出一套演算法，用以偵測這些細微的偏移。這項技術同時也將裝置在沒有傳輸時的無線訊號間隙納入考量。
這項技術能辨識九種不同的全身姿勢，從推、拉、揮拳到全身扭動（full-body bowling）。研究者在一處有二間臥房與一間辦公空間的公寓裡，以五位使用者進行測試。在展現的 900 種姿勢中，WiSee 能準確分類其中的94%。
「這是第一款『全家』姿勢辨識系統，使用者不需要拿感應器，或是在每個房間佈署攝影機，」參與這項研究的學生Qifan Pu表示。
這套系統需要具有多根天線的接收器。直觀地說，每根天線調整成某種特定的使用者運動，故至多有五人可同時在相同的住所內移動而不會使接收器混淆。如果某人想要使用 WiSee，她可以完成某種特定的、重複的姿勢順序，以存取接收器。這種「密碼」概念亦能使系統保持安全並防止鄰居－或駭客控制你家中的裝置。
一旦無線接收器鎖定使用者，她能完成一般的姿勢以便與她家裡的裝置或家電互動。接收器能被程式化成「將特定姿勢」理解為「與特定裝置相關」。
在這種情況下，一間智慧家（smart home）將能夠成真，讓妳能夠簡單的揮揮手就關閉爐子，或著在床上打開咖啡機。
計畫的下一步要能夠一次控制多個裝置。
※ 按：這樣很像魔法師，施法前還要先用啟動咒語。
資料來源：Wi-Fi signals enable gesture recognition throughout entire home. Phys.org [Jun 04, 2013]
轉載自 only-perception
比賽垃圾投籃相信是每個人成長的必經過程，不過通常垃圾桶都設計不良，不是角度不對就是開口太小，讓人難以丟到，也不會自己接。現在因為技術發展，自己會接垃圾的垃圾桶已經出現了！利用微軟的kinect系統，可以即時的在空間中定位出人的位置以及丟垃圾的方像速度與垃圾的飛行位置，加上適當的程式計算，就可以知到垃圾桶該移動去哪才會接到垃圾。
為了開發這樣的系統，發明者還研發出了一種傳動方式，可以利用一個軸的旋轉與輪子的滾動，快速改變垃圾桶的運動方向跟位置。雖然目前的命中率有限，也不能真的丟太快，不過照著技術發展，如果有心，這樣的困難應該很快就會被克服。怎麼丟都丟得進去的垃圾桶應該已經不遠了！
（有點搞笑的介紹:P 其實很不錯的發明，如果用在災害防止或是無人照顧上，可能有意想不到的功能。）
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儘管有各種體感方式，感受到自己動態在遊戲世界裡移動仍然沒有被實現，目前發展的一些行走移動介面都很難達到小型與真實運動感的結合。這影片介紹了怎麼利用簡單的彈簧跳床來做為身體運動移動的介面。在彈跳床下面四個角落安裝的四個紅外線距離偵測裝置，所以當人在上面行走或運動的時候可以偵測人踩的動態，在移動方向性上使用一個額外的偵測器感應腳步所面對的方向。影片上展示這樣的系統可以讓人在虛擬的世界有自由運動的感覺，或許不久以後可以開發出利用這種系統的遊戲裝置，或是運動慢跑導覽裝置！
原文發表於科學影像Scimage
