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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

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。

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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:

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  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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如何靠溫度控制做出完美的料理?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/06/21 ・2705字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 Panasonic 委託,泛科學企劃執行。 

炸雞、牛排讓你食指大動,但別人做的總是比較香、比較好吃?別擔心,只要掌握關鍵參數,你也可以做出完美料理!從炸雞到牛排,烹調的關鍵就在於溫度的掌控。讓我們一起揭開這些美食的神秘面紗,了解如何利用科學的方法,做出讓人垂涎三尺的料理。

美味關鍵 1:正確油溫

炸雞是大家喜愛的美食之一,但要做出外酥內嫩的炸雞,關鍵就在於油溫的掌控。炸雞的油溫必須維持在 160 到 180℃ 之間。當你將炸雞放入熱油中,食物的水分會迅速蒸發,形成氣泡,這些氣泡能夠保證你的炸雞外皮酥脆而內部多汁。

水的沸點是 100℃,當麵衣中的水分接觸到 160℃ 的熱油時,會迅速汽化成水蒸氣。這個過程不僅讓麵衣變得酥脆,也能防止內部的雞肉變得乾柴。

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如果油溫過低,麵衣無法迅速變得酥脆,水分和油脂會滲透到食物中,使炸雞變得油膩。而如果油溫過高,水分會迅速蒸發,使麵衣變得過於硬或甚至燒焦。

油炸時,麵衣水分會快速汽化。 圖/Envato

美味關鍵 2:焦糖化與梅納反應

另一道美味的料理——牛排。無論是煎牛排還是炒菜,高溫烹調都會帶來令人垂涎的香氣,這主要歸功於焦糖化反應和梅納反應。

焦糖化反應是指醣類在高溫下發生的非酵素性褐變反應,這個過程會產生褐色物質和大量的風味分子,讓食物變得更香。而梅納反應則是指醣類與氨基酸在高溫下發生的反應,這個過程會產生複雜的風味分子,使牛排的色澤和香氣更加迷人。

要啟動焦糖化反應和梅納反應的溫度,至少要在 140℃ 以上。如果溫度過低,無法啟動這些反應,食物會顯得平淡無味。

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焦糖化反應


焦糖化反應與梅納反應。圖/截取自泛科學 YT 頻道

油溫與健康

油溫不僅影響食物的風味,也關係到健康。不能一昧地升高油溫,因為每種油都有其特定的發煙點,即開始冒煙並變質的溫度。當油溫超過發煙點,會產生有害物質,如致癌的甲醛、乙醛等。因此,選擇合適的油並控制油溫,是保證烹調健康的關鍵。

說了這麼多,但是要怎麼控制溫度呢?

各類油品發煙點 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

科學的溫度控制

傳統電磁爐將溫度計設在爐面下,透過傳導與熱電阻來測溫,Panasonic 的 IH 調理爐則有光火力感應技術,利用紅外線的 IR Sensor 來測溫,不用再等熱慢慢傳導至爐面下的溫度計,而是用紅外線穿透偵測鍋內的溫度,既快速又精準。

而且因為紅外線可以遠距離量測,如果甩鍋炒菜鍋子離開爐面,也能持續追蹤動態。不會立即斷開功率關掉,只要鍋子放回就會繼續加熱,效率不打折。

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好的溫度感測還要搭配好的溫度控制,才能做出一流的料理。日本製的 Panasonic IH 調理爐,將自家最自豪的 ECONAVI 技術放進了 IH 爐中。有 ECONAVI 的冷氣能完美控制你的室溫,有 ECONAVI 的 IH 調理爐則能為你的料理完美控溫。

有 ECONAVI 的 IH 爐不只省能源、和瓦斯爐相比減少碳排放,更為料理加分。前面說了溫度就是一切的關鍵,但是當我們將食材投到熱鍋中,鍋中的溫度就會瞬間下降,打亂物理與化學反應的節奏,阻止我們為料理施加美味魔法。

所以常常有好的廚師會告訴我們食物要分批下,避免溫度產生太大變化。Panasonic IH 調理爐,只要透過 IR Sensor 一偵測到溫度下降,就能馬上知道有食材被投入並立刻加強火力,讓梅納反應與焦糖化反應能持續發揮變化。而當溫度回到設定溫度,Panasonic IH 調理爐也會馬上將火力轉小,透過電腦 AI 的迅速反應,掌握溫度在最完美區間不劇烈起伏。

不僅保證美味關鍵,更不用擔心油溫超過發煙點而導致油品變質,讓美味變得不健康。

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透過 IR Sensor 精準測溫並提升火力。圖/截取自泛科學 YT 頻道
IH 調理爐完美控溫 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

舒適的烹飪環境

最後,IH 爐還有一個大優點。相比於瓦斯爐,因為沒有使用明火,加熱都集中在鍋具。料理過程更安全,同時使用者也不會被火焰的熱氣搞得心煩意亂、汗流浹背,在廚房也能過得很舒適。而且因為熱能集中,浪費的能源也更少。

因為沒有使用明火,料理過程安全又舒適。圖/截取自泛科學 YT 頻道
Panasonic IH調理爐火力精準聚集在鍋內。圖/Panasonic提供

為了更多的功能、更好的效能,我們早已逐步從傳統按鍵手機換成智慧型手機。一樣的,在廚房內,如果你想輕鬆做出好料理,同時讓烹飪的過程舒適愉快又安全。試試改用 Panasonic IH 爐,一起享受智慧廚房的新趨勢吧!👉 https://pse.is/649gm5

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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