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【智活星期二】林正敏 :「拈花惹草。玩竹編。談數位創意」

PanSci_96
・2013/08/17 ・900字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 467 ・五年級

文/馮盈捷

本周的智活星期二來到了充滿文青氣息的新竹李宅咖啡(OTAKU LEE),首先開講的是南開大學 數位生活創意學系的系主任–林正敏教授與我們分享跨領域教學的心路歷程。林老師先秀出了一張充滿零件看似坦克車玩具的模型照片並說道:「這是我一開始所設計的文創商品,利用手機以紅外線的方式操作這一台模型。」,林老師不好意思的笑著說因為他是學理工背景出來的,一路上學的都是跟科技產品相關的學科,所以一開始做出來的文創作品還是充滿科技冰冷的感覺。

為了想要突破藝文與科技結合上的鴻溝,林老師帶領學生走入偏鄉社區裡學習押花藝術,利用真花來排版製做出AR MARK並且利用手機感應後就可將卡片數位化直接在平板上互動和擴充實境,創造出獨一無二的客製化的數位商品。例如今年六月在南投鹿谷鄉廣興社區所舉辦的-「招蜂引碟」活動,由林老師和大學生在社區裡與長輩共同創作的母親節卡片。

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

除了學習押花之外,在南投縣竹山鎮早期因盛產竹子為名,為了結合南投地方特色就以竹編做為QR-CODE的發想,並且找來當地的老師傅教授竹編工藝,將我們平常認為最容易用數位印刷取得的QR-CODE慢工細活的編織而成,不僅將冰冷黑白色的圖片碼增添了許多藝術的氣息,也注入了傳統工藝傳承思維。

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林老師說,無論是押花製作還是竹編藝術,都能夠實實在在的把科技及文創商品結合外,也能夠將新的科技帶入偏鄉社區讓青年學子與老年長輩多互動,並讓在地的文化特色再次的嶄露頭角,目標在未來整個南投竹山鎮的商家裡都有能有自己的竹編QR CODE。

另外,系上的老師們為了幫助學生找尋製作APP的靈感,也會時常帶領學生尋訪當地鄉村進入場域體驗實境,並研發出在地的客製化導覽系統,也會因應不同節日的需求並現場直接製作個人獨有的APP,除了結合玩樂的特性也讓科技更接近一般民眾的生活。


台灣智活文創跨校聯盟(CREATE TAIWAN)主要是由交通大學為核心集結北部、中部與東部共八所學校,整合科技、產業及文化三方面的課程訓練,著重課程理論與實務的結合,根據不同的需求聚焦於文創方式並且推廣地方特色,目標培育出跨領域的師資及學生。

本活動由Cre@Taiwan 台灣智活文創產業跨校教學聯盟 與 PanSci 泛科學 共同主辦

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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合成生物學:開啟人類未來的鑰匙?——《未來的造物者》導讀
臉譜出版_96
・2023/11/10 ・2542字 ・閱讀時間約 5 分鐘

  • 陳瀅州/國立陽明交通大學生命科學系暨基因體科學研究所助理教授

這幾年在大學教書,每逢金秋十月的諾貝爾獎季節,整個校園都彌漫著一股躁動與期待。尤其在生理醫學獎、物理學獎和化學獎公布前夕,各種猜測和傳聞紛紛出現,談論著獎項可能頒給合成生物學領域。這些傳言不僅在學生和老師之間流傳,甚至吸引了媒體的關注。有幾次,校方和記者會提前找到我,希望從我這打著合成生物學旗號的研究學者得到一些線索或看法。這樣的情境不僅凸顯了合成生物學在科學界的日益重要性,也充分反映了合成生物學打破學科界限,跨越不同領域的研究。事實上,合成生物學不僅僅在健康醫療領域取得進展,其創新技術和理論已悄悄滲入到每個人的日常生活中,包括永續環境、智慧農業、奈米科技,甚至是政府政策與法規的擬定,展現真正的跨領域合作。

二○二三年三月,美國白宮科學和技術政策辦公室公布了對生物技術的未來展望,明確標示出合成生物學在全球科學發展的關鍵角色,從氣候變遷到供應鏈韌性、從農業創新到人類健康,合成生物學的影響與應用已無所不在。而美國並非唯一看到這趨勢的國家。近年來,中國將合成生物學列為其戰略前瞻性重大科學領域和重點發展生物技術,反映出中國對於這門學科的高度重視。同時,在台灣,國家發展委員會近年也積極推動與合成生物學相關的研發策略,融入其六大核心戰略產業和五加二產業創新計畫中。這些策略決策不僅展現了各國政府對合成生物學的信心,也凸顯了它在全球科技發展中的核心地位。

合成生物學到底是什麼?它為什麼如此重要,以至於受到如此多的關注和期待?圖/pexels

當我們邁入二十一世紀,面對合成生物學這一革命性的學科成為我們日常生活中不可或缺的一部分,我們首先要回答的問題是:合成生物學到底是什麼?它為什麼如此重要,以至於受到如此多的關注和期待?合成生物學結合了生物探索、工程設計和跨領域的技術應用,致力於發展和構建新的生物系統。與傳統的基因工程不同,傳統的基因工程技術主要著重於研究及修改基因,從而修補或增強基因的某些功能。然而,合成生物學的範疇遠不止於此。

合成生物學的目標是全面理解生物系統的工作原理,並根據這些知識重新設計和構建具有特定功能的生物機器。它不只是在既有的生物框架上進行微調,還可以從零開始,系統性地設計和構建全新的生物系統。由於需要將複雜的生物元件進行重組和調控,近年結合人工智慧,使科學家能夠更精準地預測、模擬和控制生物系統,這是傳統基因工程難以實現的。這其中的挑戰遠超我們的想像,但所帶來的可能性也是前所未有的。

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舉例來說,在精準醫療領域中,合成生物學已經開發出能夠生產新型藥物、治療遺傳性疾病,甚至對抗癌症的智慧細胞。在環境保護領域,我們可以設計微生物來處理汙水、減少溫室氣體排放或修復受汙染的土地。在農業上,合成生物學提供了更為高效、節水、高產的作物品種,這對於食品安全和全球糧食問題都具有深遠的意義,而這只是冰山一角。隨著技術的發展和研究的深入,合成生物學將在未來幾十年內帶來更多創新和驚喜。不難想像,在不遠的將來,我們的生活、工作甚至教育都將深受其影響。

隨著技術的發展和研究的深入,合成生物學將在未來幾十年內帶來更多創新和驚喜。不難想像,在不遠的將來,我們的生活、工作甚至教育都將深受其影響。圖/pexels

合成生物學的發展確實為人類打開了無數的可能性,從創造具有特殊功能的生物,到解決困擾已久的醫學難題。但與此同時,我們也不能忽略合成生物學帶來的挑戰和風險。例如,如何確保這些被重新設計的生物體不會對環境和人類健康產生意想不到的影響?我們應該如何看待和處理因基因修改而產生的生物機器?這些問題需要我們集體思考和探索,並與各領域專家共同合作,確保合成生物學的發展能夠真正造福人類。

在課堂教授合成生物學時,我常以電影《侏羅紀公園》的離氨酸權變(lysine contingency)帶領學生反思當科技進步與人類控制意願之間出現衝突時可能會發生的事情。在侏羅紀公園中,為了防止恐龍逃出公園威脅全球生態系統,科學家亨利.吳(Henry Wu)進行了基因改造,使得恐龍無法製造其中一種必須氨基酸離氨酸(lysine)。此設計的初衷是讓恐龍只能依賴公園提供的離氨酸食物,進而防止它們逃離公園。這是一種典型的「安全措施」,旨在確保基因改造生物不會帶來無法預料的風險。然而,正如影片中所呈現,這種所謂的「完美」控制計畫卻遭遇了意外。雖然恐龍依賴離氨酸來生存,但它們找到了其他途徑來獲取這種氨基酸,這意味著即使在有限的條件下,生命也會找到生存下去的方法。

失落的世界:侏羅紀公園 (1997)。圖/IMDb

這故事讓我們明白即使是最先進的技術,也不能保證完全的控制。當我們嘗試限制和控制生物,自然界總是有其應對方式。這對於合成生物學家來說是一個警示,因為我們在改造生命的過程中,必須充分考慮到潛在的不確定性和風險。面對快速進步的科技,我們必須問自己:我們是否真的準備好面對所有潛在的後果?在追求科學進步的同時,我們也應該謹慎行事,確保我們的決策不僅是基於技術的可能性,還要考慮到其對生態和人類社會的影響。

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對於熱愛科學的我們來說,這是一個充滿機會的時代。每一次的科技進步都驗證了人類的智慧和創造力。透過這本書,我相信讀者將更深入地認識和理解合成生物學,體會其獨特魅力及即將面對的挑戰。我期望這本書能夠鼓勵大家抱持開放、謙虛且謹慎的態度面對科技的發展。同時,希望此書能激發更多人對科學和未來進行深入的思考,並鼓勵大家投入合成生物學的創新研究和人才培育之中。

——本文摘自《未來的造物者》,2023 年 11 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

臉譜出版_96
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臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

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AI 讓羽球訓練更聰明!智慧球拍上手,揮拍「爆發力」一測就知道
科技大觀園_96
・2021/10/18 ・3852字 ・閱讀時間約 8 分鐘

「啪!」「啪!」在臺南新豐高中的羽球場上,球拍強力揮擊的聲響不絕於耳,幾位選手正奮力廝殺著。但這場羽球賽有點不同,因為旁邊還架著一具電視螢幕,而選手手上的球拍也不太一樣。練習賽結束後,教練與選手聚集在螢幕前,對著螢幕上的揮拍速度、爆發力指數等數據,熱烈地討論了起來。

會出現這麼特殊的景象,是因為新豐高中的羽球隊從去年(2019年) 5 月起,開始做為科技部計畫「從中樞系統建構雲端 AI 運動訓練歷程分析與疲勞診斷系統:以羽球項目為例」(以下簡稱「AIOT 智能羽球訓練模式」)的實驗基地,而這個計畫由成功大學體育健康與休閒研究所特聘教授蔡佳良領軍,希望利用人工智慧,將羽球的訓練科學化,達到最有效精準的訓練效果。

這項計畫包含五個部分,包括智能球拍、智能手錶、高速攝影動作捕捉,以及雲端 AI 運算中心和顯示各項運動與生理數值的 APP。智能球拍、智能手錶、高速攝影負責收集運動資訊,將資訊以 Wifi 網路上傳到雲端的 AI 運算中心計算後,結果呈現在電腦螢幕及專用的手機 APP 上,讓教練與選手一目了然。 

AIOT 智能羽球訓練模式計畫所研發的智能球拍、感測晶片、智能手錶,以及專用的 APP。圖/簡克志攝

 計畫中使用的雲端計算中心是成大電機系教授王振興所主持的人工智能數位轉型研究中心 ,智能球拍、手錶等裝置不斷上傳的資料,會持續訓練 AI 演算法自身,讓演算法變得愈來愈精準。

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為了讓訓練過程面面俱到,蔡佳良組了一支跨領域的「黃金陣容」,除了專研腦波與眼動的自己外,還找了工程專業的成大電機系教授王振興、負責 AI 演算法的逢甲大學自動控制工程學系副教授許煜亮、專研運動傷害的成大物理治療系副教授蔡一如,每位成員的專業領域都不一樣,在計畫中各司其職。

計畫團隊主要成員,左起許煜亮教授、蔡佳良教授、蔡一如教授、羽球教練李宜勳,另外還有成大電機系教授王振興(未參與合影)。圖/簡克志攝

聰明的智能球拍

計畫中的一大重點,就是選手手上那支「智能球拍」,它可以收集選手的揮拍力道、轉動角度等數值,經過計算後,能知道揮拍速度、軌跡,還能分辨出九個不同的球種,這是因為球拍的握把中藏了一個感測晶片。

智能球拍的握把中藏著感測晶片,底部有接線孔以及 2 個 LED 指示燈。圖/簡克志攝
當選手用智能球拍揮拍時,系統可以得知選手揮拍的加速度、拍子轉動的角速度等運動數據。圖/簡克志攝 

在握把中放入感測晶片就能做到,聽起來很容易,但在羽球拍上卻沒那麼簡單。蔡佳良說:「羽球選手對球拍的重量可是很要求的,一般選手使用的球拍大約 80 幾克,重一點輕一點,手感就差很多了。」而一個晶片動輒 10 幾克,直接放上球拍,不但影響重量,還改變了球拍的重心位置,「這樣的球拍沒有人會想用。」蔡佳良說。

後來,蔡佳良找了勝利體育公司合作,在以碳纖維為材料的握把中納入晶片,並盡量減少晶片重量,才做出了目前的智能球拍。蔡佳良說:「不過我們還是想再縮小晶片的重量,看看是否能讓晶片的電池小一點,希望能將球拍再減少 5 公克左右。」

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你累了嗎?疲勞狀態對訓練來說很重要!

有了能收集選手打球狀況的智能球拍還不夠,蔡佳良還希望能將選手的「疲勞狀態」也納入訓練的參考,這也是接下來 AIOT 智能羽球訓練模式的發展重點。

蔡佳良與蔡一如指出,疲勞分成「中樞神經疲勞」與「周邊神經疲勞」,中樞神經疲勞反應在腦的專注力、心理上的鬥志等,例如比賽時間過長,或是選手心態上已經認輸等,這可以從選手的腦波及眼動訊號來判斷;而周邊神經疲勞則反應在肌肉的動作,例如選手的移動腳步可能變慢、揮拍動作變小等。此外,長時間受訓練的選手也可能慢性疲勞,儘管身體好像沒怎麼樣,但可能一早起床就覺得特別累,不想練球等。

分析選手的疲勞狀態,還可以進一步預防選手受傷,在選手有一點點受傷徵兆時,例如動作稍微改變時,就及時察覺,讓選手休息或就醫,這對於延長選手的運動生涯來說是很重要的。

你的疲勞,AI 比你先發現

為了偵測選手的肌肉疲勞狀況,重建選手的動作也是這次計畫的重點之一。蔡佳良說:「一般來說,我們是用『光學式動作捕捉系統』來重建選手的運動姿態。」這是一套專門的系統,選手的身上會貼滿光點,由四面八方的攝影機拍攝光點的移動,來重建選手動作。「不過這套系統太昂貴了,」蔡佳良說:「因此我們希望用一般的高速攝影機來取代。」方法是先以光學式動作捕捉系統找出界定選手疲勞與否的標準(稱為黃金標準),再將黃金標準與高速攝影機的影像共同輸入電腦,訓練電腦以高速攝影機的影像重建選手動作,並判別選手疲勞狀態。

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蔡一如正在選手身上貼感測用的光點,準備以光學式動作捕捉系統重建選手的動作。圖/簡克志攝
電腦重建模擬選手的姿態及動作。圖/簡克志攝
左右畫面皆為電腦重建模擬選手的姿態及動作,左邊是感測器建立的人物模型,右邊同步對應到現場攝影機的實際圖像。圖/簡克志攝

 蔡佳良補充說:「等到我們把高速攝影機這一塊做起來,就會推廣到一般球館。」換句話說,未來一般民眾在運動中心等球館打球時,或許就能透過場館附設的高速攝影機,看見自己的動作及打球狀態,雖然不是職業選手,也可以研究自己的動作,享受運動科技帶來的好處。

智能手錶則由選手整天佩戴著,記錄選手日常的心跳及睡眠狀態,教練可以據此觀察選手生理狀況,也能輔助判斷疲勞狀態。計畫中使用的智能手錶由王振興研發,蔡佳良表示:「我們自己研發而不採用市面上的手錶,這樣可以依據我們的需求來收集資訊,也可以避免個資外洩的問題。」 

智能手錶可以 24 小時記錄選手的生理狀況。圖/簡克志攝

至於中樞神經的疲勞,可以透過腦波與眼動的狀態來發現,這也是蔡佳良的研究專長。但是蔡佳良說:「我們若要收集這些訊號,得讓選手戴上特製眼鏡,並在頭上貼特殊的貼紙,這會對選手打球造成影響。」因此,蔡佳良希望先將腦波及眼動的訊號,和智能球拍的感測訊號做連結,找出彼此的關聯,建立一個演算法,再將這個演算法寫入智能球拍的晶片中,「如果我們的演算法夠強,球拍感測訊號與腦波、眼動的關聯準確性夠高,就能直接從球拍的訊號,計算出選手的中樞神經疲勞狀況。」

學術與運動的跨領域溝通

AIOT 智能羽球訓練模式發展到目前的階段,已經可以從智能球拍的訊號,計算出個別選手的最快揮拍速度、最大擊球力道,以及爆發力、攻擊力、反應力等指數,蔡佳良笑說:「我們和教練也有一段磨合的過程,因為我們做研究的,想的都是怎樣的數據合適發表,卻不一定是教練真正需要的。」

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智能球拍感測到的訊息,經由雲端的 AI 計算中心計算後,轉化為各種淺顯易懂的能力指數,讓教練與選手一目了然。圖/簡克志攝

 新豐高中羽球隊的教練李宜勳也對此舉例:「一開始蔡教授的團隊提供過一個數據叫做『積極度』,判別的方式就是一場雙打比賽中擊球次數多的,就是比較積極。可是事實上,我們比賽的時候,會故意將球打給比較弱的選手,所以他們的擊球次數自然比較多,這不代表他們比較積極。」

不過,李宜勳認為將 AIOT 智能羽球訓練模式納入訓練,對選手的練習的確有幫助,「有時候教練說破了嘴,還不如數據直接攤開來看。」李宜勳笑說。看到明確的數據,選手之間也會有正向競爭,覺得不想輸給同儕,對於自己的動作或缺點也有更明確的認識。

運動訓練科學化

儘管 AIOT 智能羽球訓練模式還未真正完成,但蔡佳良對於這項研究的未來發展深具信心,他說:「我們的研究成果在其他有球拍的運動上都可以應用,例如網球。」

蔡佳良並且認為,運動科技的蓬勃發展下,未來的運動訓練一定也都會走向科學化。「其實我一開始做運動科學時,接觸過一些國家級的教練,他們對運動科學有點排斥,認為運動科學發展起來之後,會搶了他們的教練工作。但其實運動科學只是用數據輔助訓練,真正的訓練專業還是在教練身上。」蔡佳良希望現在還在起步階段,就有機會經歷科學訓練的選手,未來若是成了教練,可以經由自己的經驗,明白如何運用科技,讓訓練變得更有效率。

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「我們還希望我們的成果也能普及到一般民眾,因為運動科學的市場是很大的。」蔡佳良希望將智能球拍研發完整後,普及到一般運動用品店,讓民眾也能買來使用。他說:「即使是一般民眾,若能看看自己今天打球的狀況,也是很好玩、很有趣的事情。我相信會有人想買這種智能球拍的。」

科技大觀園_96
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為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。