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開放硬體來了!

活躍星系核_96
・2013/05/23 ・2712字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 534 ・七年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

文 / Kenson Chou,TOPC 台灣開放平台俱樂部 創辦人

開放硬體(open hardware),最近這幾年在全世界都掀起了風潮。其中比較知名的開放硬體,包含有 Arduino 快速電子打樣系統、Raspberry pi 樹莓、迷你PC、3D列表機…等等。這些裝置,不但簡單易用,價錢也非常便宜,對世界的DIY愛好者,有著廣大的吸引力,也對全人類科技電腦的進步,有著顯著的影響。有人預估開放硬體的出現,也將如網路改變人類的生活一樣,加速人類第三次工業革命的到來。既然開放硬體有如此巨大的魅力與影響力,就讓我們深入開放硬體的殿堂,一窺其全貌。

TOPC聚會的照片

什麼是開放硬體呢?

所謂開放硬體,就是硬體裝置(device)設計者將線路圖、佈線圖、零件表等關鍵技術資料,開放給一般大眾,讓所有人都能依據這些資料,使用、改進、製造更優良的硬體裝置。相對於開放硬體的開放,傳統的硬體裝置,所有關鍵資料都是屬於機密,當然也不會放到網路,開放給大眾。剛接觸開放硬體的人都會感覺驚訝:真的有人願意這麼作嗎?會把辛苦研發的產品分享出來?答案是確定的,真的有人如此作,而且還是不少人或團體。許多人推出開放硬體的目的也許不盡相同,但只要是開放,就符合「自由」、「分享」、「互惠」的基本精神,而這些精神,是令人鼓舞與讚賞的。

GPL遊戲規則

雖說自由、分享與互惠是開放硬體的精神,但要實際使用開放硬體,還是有些規則大家必須遵守,否則再好的精神,也無法長久持續下去。開放硬體的的規則主要是以GPL (general public license 通用公共授權條款)為代表。GPL當初是 由 Richard Stallman為了 GNU 計畫所撰寫(GNU 計畫是發展UNIX操作系統),而其目的,是為保證 GNU 軟體可以自由地被使用、複製、修改和發行,這與傳統商業授權條款用來限制使用者的目的完全相反。GPL 這種精神與內涵,後來陸續被其他人效法與使用。時至今日,除了當初的開放軟體外,開放硬體也同樣加入GPL的行列,使得GPL成為開放軟硬體使用最廣泛的授權條款了。當然,除了GPL以外,還有其他衍生LGPL與 BSD等類似授權條款,也被當作授權條款之一。

開放硬體內容

開放硬體到底開放哪些資料呢 ?一般而言,開放硬體所提供的開放資料包含下列幾個部份,有了這些資料,使用者就可以進行修改與複製。其中要注意的是,廠商依據其自身的考量,提供出來的開放資料不盡相同。另外,就算是廠商有提供這些關鍵技術資訊,也可能不是最新版本,也不會提供品質保證。這些開放資料的使用風險,使用者必須自己承擔。

  1. 線路圖 (schematic):線路圖是硬體裝置最重要的技術資料,有了線路圖,就可以據此產生佈線圖、零件表,最後將設備製造出來。所以一般而言,有號稱是開放硬體的裝置,線路圖一定會開放。
  2. 佈線圖 (Layout):就是零件(電容、電阻、關鍵IC)的佈置圖。許多開放硬體不一定會開放佈線圖。
  3. 零件表(Bill of Material):所有零件的列表,有了這個表,就可以據此製造開放裝置,計算出生產成本以及庫存管理。許多開放硬體不一定會開放零件表。
  4. 授權條款:廠商所宣告的授權條款,也因其自身考量而會不同,不過一般而言,還是以GPL或是LGPL/BSD為大宗。開放硬體絕大部份都有授權條款。
raspberry pi 相片,取自 www.raspberrypi.org

開放硬體的特色

售價低廉、容易使用、說明文件多、社群參與多,是開放硬體幾個鮮明特色。這些特色都源於開放硬體的最重要的部份:線路圖開放。

有了線路圖,就可以激起人類的好奇心與求知欲,參與的人就變多了,討論的人也變多了,當然就有熱情的人與社群願意分享許多使用經驗與產品說明;而這一切,都會加速開放硬體的推展。售價低廉是開放硬體一大特色,有了線路圖,理論上,誰都可以製造生產,不會被少數廠商壟斷,零售價當然就相對低廉許多。以前一片2000~3000NT的教學開發板,現在只要500~1000NT就解決了,對使用者而言是一大利多。源於義大利的 arduino 快速電子打樣系統,其最大優勢就是容易使用,一般電腦產品都需電腦專業人員才能修改或設計,但 arduino 提供一個簡單好用的開發平台,讓一般的DIY MAKER、藝術家、互動科技愛好者…..等等非電腦專業人員,也可以在 arduino 硬體板子上開發新的產品。

開放硬體與開放軟體的差異

有些人也許聽過開放軟體( open software),顧名思義,開放軟體就是將軟體原始碼(source code),開放給他人使用,如歷史悠久的linux操作系統就是開放軟體。那麼開放硬體與開放軟體有哪些異同呢?下面作個簡單的分析比較:

  1. 開放的精神:兩者都是一樣的,都是推廣自由、開放、分享的理念。
  2. 授權條款:也是相同,都是依據GPL或是衍生之相關授權如 LGPL,或是其他授權條款。
  3. 開放內容:不盡相同,開放軟體是以程式原始碼(source code)為開放標的,而開放硬體通常以線路圖、零件表為主,當然還要加上能夠在此開放硬體執行的開放原始碼(open source)。所以一般而言,開放硬體開放的內容包含軟硬體(也可以稱作開放平台),範圍比較廣。
  4. 開放者類型不同:開放軟體一般源於個人或社群,只要將原始碼放到網路,讓有興趣的人下載,即可達到傳播之目的,這種傳播方式一般不需要實際額外資金投入。而開放硬體一般源於社群或商業公司,主要原因是開放硬體需要經歷製造過程,如購料、加工、生產、庫存……等等,才能看到裝置實體,而這些製造過程需要實際資金投入才能完成。
arduino due 相片: www.arduino.cc
arduino due 相片,取自www.arduino.cc

開放硬體四個層次

目前市場上有各種不同種類的開放裝置,其應用方式不太相同,如果將其功能區分為四個層次就更容易了解。目前進展最快,銷售數量最大的,就屬於第二層的 miniPC(迷你PC) 與 第三層的 3D列表機。隨著市場擴大,更多不同應用的開放硬體將會陸續出現。

  1. 第一層 IC 層:這是最底層,也就是將IC的設計圖開放出來,這部份還不成熟。
  2. 第二層 板材層 (board level):目前市場上流行的 arduino、raspberry pi、miniPC……等等都屬於此類。
  3. 第三層 系統層( system level):這一層開放裝置,需要高度整合軟硬體資源,例如 3D 列表機需要整合3D繪圖軟體以及3D輸出裝置。
  4. 第四層 跨領域整合層:這一層開放裝置,除了整合嵌入軟硬體之外,還整合了生物醫學等不同領域的專業知識,例如個人DNA檢測機。

開放硬體的未來

藉由開放硬體逐漸深入生活,人類將更能享受彼此科技發展的成果。過去「COPY」的「惡行」,將轉化為人類大幅進化的「動力」。試想,如果網路上有許許多多的開放線路圖與開放原始碼,每個人都可以複製、修改、傳播,並據此激盪出更多的創意,然後再回饋開放給其他人。許多人也可以將精力與資源投入在更複雜與更需要解決的事物上,如此循環下去,開放硬體的深度與廣度將大幅擴展,人類的整體進步速度也將遠遠大於過去的發展。

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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寵物過敏原有很多種,避免飲食過敏困擾,可選擇單一/特殊肉種寵物飼料
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/06/06 ・2173字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 新萃 Nutri Source 委託,泛科學企劃執行。

你有發現家裡的狗狗經常舔自己四肢,或是身上出現不明紅疹?當心這可能是過敏反應。寵物和人類一樣,也會有過敏反應,過敏可依照「來源」分為三種:吸入性過敏、接觸性過敏和食物性過敏。

寵物的過敏源有哪些?

不管是哪一種過敏反應,在人的身上都比較容易發現和排除。但狗狗的過敏卻很難處理,如果是接觸性或吸入性過敏,即使你把家裡打掃得很乾淨,還是無法排除帶狗出去散步時可能接觸到的環境過敏原。因此,對飼主來說,最容易控制的是食物性過敏。

食物性過敏是怎麼發生的呢?其實,「食物過敏」這個詞並不太準確。正確的臨床醫學用詞是「食物不良反應」(Adverse Food Reaction, 簡稱AFR)(Jackson, H. , 2009),指的是吃下食物後身體產生各種不良反應。並進一步分為食物過敏(Food Allergy)和食物不耐受(Food Intolerances)兩種。

如果你看過動漫作品《工作細胞》,你就會知道過敏其實只是免疫系統對特定成分產生的過度反應,因此全名為「過分敏感」;而食物不耐受則並非免疫性反應,而是消化系統無法代謝或對該生物體有毒,例如狗不能吃洋蔥或巧克力,否則會致死等等。

由於寵物沒有選擇權,只能吃飼主提供的食物,如果飼料中恰好有會造成牠 AFR 的成分,就可能產生各種症狀。除了腸胃發炎和拉肚子外,最明顯的外在症狀就是皮膚問題,包括搔癢、脫毛和紅疹等。後者容易被誤判為皮膚性疾病,讓許多飼主狂跑獸醫院的同時,獸醫也難以對症下藥。

雖然曾有研究透過讓醫師用血液或唾液是否檢測出 IgE 抗體來判斷狗是否過敏(Ermel, R et al.,1997),但最新的研究卻發現,無論使用無論血清的 IgE 抗原或是唾液裡的 IgM 或 IgA 抗原都無法有效檢測出狗狗的過敏來源(Udraite Vovk Let al., 2019 & Lam ATH et al., 2019),甚至會造成偽陽性誤判。因此,目前學界公認唯一能識別食物過敏原的方法就是「食物排除法」(Food Elimination Method)。

以食物排除法,找出毛孩的食物過敏原!

食物排除法的原理相當簡單粗暴,類似我們過去在學校做的實驗一樣,抓出「控制組與對照組」。首先,將狗狗的食物換成牠沒吃過、單一來源且易消化的高蛋白質或水解蛋白質;同時嚴格限制牠對其他食物接觸,包括其他人餵食或路上亂吃等可能性都要注意,此為「對照組」,如此持續 8~12 週,觀察皮膚是否有改善。如果確實有改善,那就證明了確實是 AFR 而非皮膚病。

下一步我們可以進行「食物挑戰」,在每餐食物中逐一嘗試可能的過敏原(例如常見的牛肉、雞蛋等),有如「控制組」,等到症狀又出現,就可以確認哪種食物成分是過敏原,未來就可以在飼料中排除,讓狗狗健康快樂地成長。

這個方法需要飼主的大力配合和耐心紀錄,不僅要在漫長的試驗期,更需要在控制期一一排除所有不可能之後,才能找到答案。而其中最困難的部分,也是實驗的基礎可能是第一步:「提供狗狗牠從未吃過,且肉品單一的蛋白質」,這點對多數飼主來說幾乎是不可能的任務,因為大部分的寵物飼料成分都很複雜。不要說狗狗了,搞不好你連自己沒吃過什麼恐怕都不知道。

飼料成分多而雜,可選單一肉種飼料降低過敏。

那該怎麼進行食物排除法呢?別擔心,沒有找不到的肉品,只有勇敢的狗狗。市面上已經有了針對過敏狗狗的低敏飼料,新萃推出了一系列低敏肉,包含單一肉種的袋鼠肉、鹿肉以及野豬等相比牛豬羊等較不容易取得的肉類,是進行食物排除法第一步測試的首選。

此外,新萃牌無論哪種飼料都有美國專利 Good 4 Life® 奧特奇專利保健元素,能促進飼料中的營養都被狗狗完整吸收。不僅過敏的狗狗能吃,有消化不良症的狗狗也適用。

新萃商品選擇的是單一/特殊肉種的成分,低敏感肉品讓寵物吃了更安心。

參考資料

  1. Thus for the purpose of this discussion, although the term food allergy is used throughout, it should be recognized that this term is a presumptive clinical diagnosis and adverse food reaction is a more accurate term for these canine cases. – Consensus
  2. Jackson, H. (2009). Food allergy in dogs – clinical signs and diagnosis.. Companion Animal Practice.
  3. Assessment of the clinical accuracy of serum and saliva assays for identification of adverse food reaction in dogs without clinical signs of disease – PubMed (nih.gov)
  4. Lam ATH, Johnson LN, Heinze CR. Assessment of the clinical accuracy of serum and saliva assays for identification of adverse food reaction in dogs without clinical signs of disease. J Am Vet Med Assoc. 2019 Oct 1;255(7):812-816. doi: 10.2460/javma.255.7.812. PMID: 31517577.
  5. Direct mucosal challenge with food extracts confirmed the clinical and immunologic evidence of food allergy in these immunized dogs and suggests the usefulness of the atopic dog as a model for food allergy. – Consensus
  6. Ermel, R., Kock, M., Griffey, S., Reinhart, G., & Frick, O. (1997). The atopic dog: a model for food allergy.. Laboratory animal science.
  7. https://www.moreson.com.tw/moreson/blog-detail/furkid-knowledge/pet-knowledge/dog-food-allergen-TOP10/
  8. 狗狗因為食物過敏而搔癢不舒服,為什麼做「過敏原檢測」沒什麼用?
  9. 【獸醫診間小教室】狗狗皮膚搔癢難改善?小心食物過敏! – 汪喵星球 (dogcatstar.com)
  10. 寵物知識+/毛孩對什麼食物過敏?獸醫:驗血完全不準!診斷法只有一個 | 動物星球 | 生活 | 聯合新聞網 (udn.com)
  11. Is there a gold-standard test for adverse food reactions? – Veterinary Practice News
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