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
本文與 高柏科技 合作，泛科學企劃執行。
當我們談論能擊敗輝達（NVIDIA）、Google、微軟，甚至是 Meta 的存在，究竟是什麼？答案或許並非更強大的 AI，也不是更高速的晶片，而是你看不見、卻能瞬間讓伺服器崩潰的「熱」。
2024 年底至 2025 年初，搭載 Blackwell 晶片的輝達伺服器接連遭遇過熱危機，傳聞 Meta、Google、微軟的訂單也因此受到影響。儘管輝達已經透過調整機櫃設計來解決問題，但這場「科技 vs. 熱」的對決，才剛剛開始。
不僅僅是輝達，微軟甚至嘗試將伺服器完全埋入海水中，希望藉由洋流降溫；而更激進的做法，則是直接將伺服器浸泡在冷卻液中，來一場「浸沒式冷卻」的實驗。
但這些方法真的有效嗎？安全嗎？從大型數據中心到你手上的手機，散熱已經成為科技業最棘手的難題。本文將帶各位跟著全球散熱專家 高柏科技，一同看看如何用科學破解這場高溫危機！
這並非新問題，1961年物理學家蘭道爾在任職於IBM時，就提出了「蘭道爾原理」（Landauer Principle），他根據熱力學提出，當進行計算或訊息處理時，即便是理論上最有效率的電腦，還是會產生某些形式的能量損耗。因為在計算時只要有訊息流失，系統的熵就會上升，而隨著熵的增加，也會產生熱能。
換句話說，當計算是不可逆的時候，就像產品無法回收再利用，而是進到垃圾場燒掉一樣，會產生許多廢熱。
要解決問題，得用科學方法。在一個系統中，我們通常以「熱設計功耗」（TDP，Thermal Design Power）來衡量電子元件在正常運行條件下產生的熱量。一般來說，TDP 指的是一個處理器或晶片運作時可能會產生的最大熱量，通常以瓦特（W）為單位。也就是說，TDP 應該作為這個系統散熱的最低標準。每個廠商都會公布自家產品的 TDP，例如AMD的CPU 9950X，TDP是170W，GeForce RTX 5090則高達575W，伺服器用的晶片，則可能動輒千瓦以上。
散熱不僅是AI伺服器的問題，電動車、儲能設備、甚至低軌衛星，都需要高效散熱技術，這正是高柏科技的專長。
在電腦世界裡，散熱的關鍵就是把熱量「交給」導熱效率高的材料，而這個角色通常是金屬散熱片。但散熱並不是簡單地把金屬片貼在晶片上就能搞定。
現實中，晶片表面和散熱片之間並不會完美貼合，表面多少會有細微間隙，而這些縫隙如果藏了空氣，就會變成「隔熱層」，阻礙熱傳導。
為了解決這個問題，需要一種關鍵材料，導熱介面材料（TIM，Thermal Interface Material）。它的任務就是填補這些縫隙，讓熱可以更加順暢傳遞出去。可以把TIM想像成散熱高速公路的「匝道」，即使主線有再多車道，如果匝道堵住了，車流還是無法順利進入高速公路。同樣地，如果 TIM 的導熱效果不好，熱量就會卡在晶片與散熱片之間，導致散熱效率下降。
那麼，要怎麼提升 TIM 的效能呢？很直覺的做法是增加導熱金屬粉的比例。目前最常見且穩定的選擇是氧化鋅或氧化鋁，若要更高效的散熱材料，則有氮化鋁、六方氮化硼、立方氮化硼等更高級的選項。
典型的 TIM 是由兩個成分組成：高導熱粉末（如金屬或陶瓷粉末）與聚合物基質。大部分散熱膏的特點是流動性好，盡可能地貼合表面、填補縫隙。但也因為太「軟」了，受熱受力後容易向外「溢流」。或是造成基質和熱源過分接觸，高分子在高溫下發生熱裂解。這也是為什麼有些導熱膏使用一段時間後，會出現乾裂或表面變硬。
為了解決這個問題，高柏科技推出了凝膠狀的「導熱凝膠」，說是凝膠，但感覺起來更像黏土。保留了可塑性、但更有彈性、更像固體。因此不容易被擠壓成超薄，比較不會熱裂解、壽命也比較長。
OK，到這裡，「匝道」的問題解決了，接下來的問題是：這條散熱高速公路該怎麼設計？你會選擇氣冷、水冷，還是更先進的浸沒式散熱呢？
傳統的散熱方式是透過風扇帶動空氣經過散熱片來移除熱量，也就是所謂的「氣冷」。但單純的氣冷已經達到散熱效率的極限，因此現在的散熱技術有兩大發展方向。
其中一個方向是液冷，熱量在經過 TIM 後進入水冷頭，水冷頭內的不斷流動的液體能迅速帶走熱量。這種散熱方式效率好，且增加的體積不大。唯一需要注意的是，萬一元件損壞，可能會因為漏液而損害其他元件，且系統的成本較高。如果你對成本有顧慮，可以考慮另一種方案，「3D VC」。
3D VC 的原理很像是氣冷加液冷的結合。3D VC 顧名思義，就是把均溫板層層疊起來，變成3D結構。雖然均溫板長得也像是一塊金屬板，原理其實跟散熱片不太一樣。如果看英文原文的「Vapor Chamber」，直接翻譯是「蒸氣腔室」。
在均溫板中，會放入容易汽化的工作流體，當流體在熱源處吸收熱量後就會汽化，當熱量被帶走，汽化的流體會被冷卻成液體並回流。這種利用液體、氣體兩種不同狀態進行熱交換的方法，最大的特點是：導熱速度甚至比金屬的熱傳導還要更快、熱量的分配也更均勻，不會有熱都聚集在入口（熱源處）的情況，能更有效降溫。
整個 3DVC 的設計，是包含垂直的熱導管和水平均溫板的 3D 結構。熱導管和均溫板都是採用氣、液兩向轉換的方式傳遞熱量。導熱管是電梯，能快速把散熱工作帶到每一層。均溫板再接手將所有熱量消化掉。最後當空氣通過 3DVC，就能用最高的效率帶走熱量。3DVC 跟水冷最大的差異是，工作流體移動的過程經過設計，因此不用插電，成本僅有水冷的十分之一。但相對的，因為是被動式散熱，其散熱模組的體積相對水冷會更大。
從 TIM 到 3D VC，高柏科技一直致力於不斷創新，並多次獲得國際專利。為了進一步提升 3D VC 的散熱效率並縮小模組體積，高柏科技開發了6項專利技術，涵蓋系統設計、材料改良及結構技術等方面。經過設計強化後，均溫板不僅保有高導熱性，還增強了結構強度，顯著提升均溫速度及耐用性。
隨著散熱技術不斷進步，有人提出將整個晶片組或伺服器浸泡在冷卻液中的「浸沒式冷卻」技術，將主機板和零件完全泡在不導電的特殊液體中，許多冷卻液會選擇沸點較低的物質，因此就像均溫板一樣，可以透過汽化來吸收掉大量的熱，形成泡泡向上浮，達到快速散熱的效果。
然而，因為水會導電，因此替代方案之一是氟化物。雖然效率差了一些，但至少可以用。然而氟化物的生產或廢棄時，很容易產生全氟/多氟烷基物質 PFAS，這是一種永久污染物，會對環境產生長時間影響。目前各家廠商都還在試驗新的冷卻液，例如礦物油、其他油品，又或是在既有的液體中添加奈米碳管等特殊材質。
另外，把整個主機都泡在液體裡面的散熱邏輯也與原本的方式大相逕庭。如何重新設計液體對流的路線、如何讓氣泡可以順利上浮、甚至是研究氣泡的出現會不會影響元件壽命等等，都還需要時間來驗證。
高柏科技目前已將自家產品提供給各大廠商進行相容性驗證，相信很快就能推出更強大的散熱模組。
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離開公寓前忘了關燈嗎？沒問題。只要舉起你的手，手指在空中揮一下，你的燈將關閉。想要改變隔壁房間的音響系統正在播放的那首歌嗎？只要把手移向右側就能夠翻閱歌曲。
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。）
轉載自 Scimage 科學影像
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
