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鋼鐵人的弧形反應器事實上超大

活躍星系核_96
・2013/09/10 ・1138字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 574 ・九年級

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credit: CC by xenopaul@flickr
credit: CC by xenopaul@flickr

文 / Ng-san

能量來源是鋼鐵人裝備中做重要的一環。應該不會有人質疑這句話吧!畢竟拯救地球不是件輕鬆的事。但若是有人說,他的研究對象是弧形反應器,也許百分之七十以上會被當作阿宅,剩下的百分三十來源是鄰座同學和學弟。

鋼鐵人胸口的核反應器的確存在,只是尺寸大到無法鑲在鋼鐵人的胸口,更別提戴著他拯救地球。實際存在的原子核反應爐像是一顆附有超大變壓器的甜甜圈 ── 托卡馬克 (Tokamak)!?

托卡馬克 (Tokamak)
托卡馬克 (Tokamak)

重力場的大小與場源質量成正比。太陽的質量( 1.6 × 1030 kg)所產生的重力場,不僅能夠撕裂彗星,還能夠啟動核融合反應。[1]太陽以重力拘束電漿,即使氫核和氫核之間碰撞產生核融合反應的機率微乎其微,但是在拘束時間可視為無限長的條件下,仍然可以維持核融合反應。然而太陽的質量是地球的106倍,而目前人類尚未有能力控制重力。欲啟動和維持核融合反應得另尋他途。[2]

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credit: public by NASA/SDO (AIA) ,2010 Aug19 太陽上正持續進行著核融合反應,表面活動的能倆也源自於此。
credit: public by NASA/SDO (AIA) ,2010 Aug19
太陽上正持續進行著核融合反應,表面活動的能倆也源自於此。

沿著磁力線因勞侖茲力(Lorentz force)以螺旋的方式移動是帶電粒子的特性之一。[3]前蘇聯的物理學家和工程學家發明了附有超大變壓器的甜甜圈 ── 托卡馬克,以變壓器提供環形的磁場源,磁力線首尾相接,理想中電漿便永遠被困在托卡馬克中。很明顯地,為了保護反應爐的秘密,電影中的鋼鐵人還是以電弧作為障眼法。

太陽上的電漿成因於核融合釋出的高能,托卡馬克選用電漿的目的是絕熱。加熱電漿的目的是增加核與核之間互相碰撞的機率。以氘(Deuterium)-氚(Tritium)的反應為例,在100keV時有最大的碰撞截面積。幸好實際上粒子溫度的分布曲線呈現常態分佈,所以只要將電漿加熱到10keV就有部分粒子具備足夠的能量進行核融合反應。即使如此任務難度仍然非常高,因為10keV大約相當於攝氏一億度!若是以固態靶材,加熱至靶材的能量則因為彈性碰撞而散失。理想的磁拘束電漿在托卡馬克裡會沿著磁力線螺旋運動,就像懸浮在托卡馬克中。[3][4]

credit: CC by Dstrozzi@wiki ,
加熱電漿的主要目的是增加反應速率,目前在TOKAMAK中採用 D 與 T 為燃料,而非氫的主要原因是氫在自然狀態下,核與核碰撞後發生核融合反應的機率為微乎其微。相較於現今任何一種發電方式,核融合一單位燃料產出的電量是非常可觀的,但是D 在地球上的存量也是有限的。若不改善能源的需求,也許某天人類得上太空去採礦 。

References

  1. D. R. Williams. Sun fact sheet. NASA., 2013.
  2. E. Bohm-Vitense and E. Bohm-Vitense. Introduction to Stellar Astrophysics:. Introduction to Stellar Astrophysics. Cambridge University Press,1989.
  3. Kenro Miyamoto. Fundamentals of Plasma Physics and Controlled Fusion. NIFS PROC: Kakuyugo-Kagaku-Kenkyusho. National Institute for Fusion Science, 2011.
  4. J. Wesson. Tokamaks. International Series of Monographs on Physics. Oxford, 2011
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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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除了蚯蚓、地震魚和民間達人,那些常見的臺灣地震預測謠言
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/02/29 ・2747字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

災害性大地震在臺灣留下無數淚水和難以抹滅的傷痕,921 大地震甚至直接奪走了 2,400 人的生命。既有這等末日級的災難記憶,又位處於板塊交界處的地震帶,「大地震!」三個字,總是能挑動臺灣人最脆弱又敏感的神經。

因此,當我們發現臺灣被各式各樣的地震傳說壟罩,像是地震魚、地震雲、蚯蚓警兆、下雨地震說,甚至民間地震預測達人,似乎也是合情合理的現象?

今日,我們就要來破解這些常見的地震預測謠言。

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漁民捕獲罕見的深海皇帶魚,恐有大地震?

說到在坊間訛傳的地震謠言,許多人第一個想到的,可能是盛行於日本、臺灣的「地震魚」傳說。

在亞熱帶海域中,漁民將「皇帶魚」暱稱為地震魚,由於皇帶魚身型較為扁平,生活於深海中,魚形特殊且捕獲量稀少,因此流傳著,是因為海底的地形改變,才驚擾了棲息在深海的皇帶魚,並因此游上淺水讓人們得以看見。

皇帶魚。圖/wikimedia

因此,民間盛傳,若漁民捕撈到這種極為稀罕的深海魚類,就是大型地震即將發生的警兆。

然而,日本科學家認真蒐集了目擊深海魚類的相關新聞和學術報告,他們想知道,這種看似異常的動物行為,究竟有沒有機會拿來當作災前的預警,抑或只是無稽之談?

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可惜的是,科學家認為,地震魚與地震並沒有明顯的關聯。當日本媒體報導捕撈深海魚的 10 天內,均沒有發生規模大於 6 的地震,規模 7 的地震前後,甚至完全沒有深海魚出現的紀錄!

所以,在科學家眼中,地震魚僅僅是一種流傳於民間的「迷信」(superstition)。

透過動物來推斷地震消息的風俗並不新穎,美國地質調查局(USGS)指出,早在西元前 373 年的古希臘,就有透過動物異常行為來猜測地震的紀錄!

人們普遍認為,比起遲鈍的人類,敏感的動物可以偵測到更多來自大自然的訊號,因此在大地震來臨前,會「舉家遷徙」逃離原本的棲息地。

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當臺灣 1999 年發生集集大地震前後,由於部分地區出現了大量蚯蚓,因此,臺灣也盛傳著「蚯蚓」是地震警訊的說法。

20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

新聞年年報的「蚯蚓」上街,真的是地震警訊嗎?

​當街道上出現一大群蚯蚓時,密密麻麻的畫面,不只讓人嚇一跳,也往往讓人感到困惑:為何牠們接連地湧向地表?難道,這真的是動物們在向我們預警天災嗎?動物們看似不尋常的行為,總是能引發人們的好奇與不安情緒。

如此怵目驚心的畫面,也經常成為新聞界的熱門素材,每年幾乎都會看到類似的標題:「蚯蚓大軍又出沒 網友憂:要地震了嗎」,甚至直接將蚯蚓與剛發生的地震連結起來,發布成快訊「昨突竄大量蚯蚓!台東今早地牛翻身…最大震度4級」,讓人留下蚯蚓預言成功的錯覺。

然而,這些蚯蚓大軍,真的與即將來臨的天災有直接關聯嗎?

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蚯蚓與地震有關的傳聞,被學者認為起源於 1999 年的 921 大地震後,在此前,臺灣少有流傳地震與蚯蚓之間的相關報導。

雖然曾有日本學者研究模擬出,與地震相關的電流有機會刺激蚯蚓離開洞穴,但在現實環境中,有太多因素都會影響蚯蚓的行為了,而造成蚯蚓大軍浮現地表的原因,往往都是氣象因素,像是溫度、濕度、日照時間、氣壓等等,都可能促使蚯蚓爬出地表。

大家不妨觀察看看,白日蚯蚓大軍的新聞,比較常出現在天氣剛轉涼的秋季。

因此,下次若再看到蚯蚓大軍湧現地表的現象,請先別慌張呀!

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事實上,除了地震魚和蚯蚓外,鳥類、老鼠、黃鼠狼、蛇、蜈蚣、昆蟲、貓咪到我們最熟悉的小狗,都曾經被流傳為地震預測的動物專家。

但可惜的是,會影響動物行為的因素實在是太多了,科學家仍然沒有找到動物異常行為和地震之間的關聯或機制。

遍地開花的地震預測粉專和社團

這座每天發生超過 100 次地震的小島上,擁有破萬成員的地震討論臉書社團、隨處可見的地震預測粉專或 IG 帳號,似乎並不奇怪。

國內有許多「憂國憂民」的神通大師,這些號稱能夠預測地震的奇妙人士,有些人會用身體感應,有人熱愛分析雲層畫面,有的人甚至號稱自行建製科學儀器,購買到比氣象署更精密的機械,偵測到更準確的地震。

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然而,若認真想一想就會發現,臺灣地震頻率極高,約 2 天多就會發生 1 次規模 4.0 至 5.0 的地震, 2 星期多就可能出現一次規模 5.0 至 6.0 的地震,若是有心想要捏造地震預言,真的不難。 

在學界,一個真正的地震預測必須包含地震三要素:明確的時間、 地點和規模,預測結果也必須來自學界認可的觀測資料。然而這些坊間貼文的預測資訊不僅空泛,也並未交代統計數據或訊號來源。

作為閱聽者,看到如此毫無科學根據的預測言論,請先冷靜下來,不要留言也不要分享,不妨先上網搜尋相關資料和事實查核。切勿輕信,更不要隨意散播,以免造成社會大眾的不安。

此外,大家也千萬不要隨意發表地震預測、觀測的資訊,若號稱有科學根據或使用相關資料,不僅違反氣象法,也有違反社會秩序之相關法令之虞唷!

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​地震預測行不行?還差得遠呢!

由於地底的環境太過複雜未知,即使科學家們已經致力於研究地震前兆和地震之間的關聯,目前地球科學界,仍然無法發展出成熟的地震預測技術。

與其奢望能提前 3 天知道地震的預告,不如日常就做好各種地震災害的防範,購買符合防震規範的家宅、固定好家具,做好防震防災演練。在國家級警報響起來時,熟練地執行避震保命三步驟「趴下、掩護、穩住」,才是身為臺灣人最關鍵的保命之策。

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用 coding 寫出《鋼鐵人》的 AI 助理 Jarvis 有多難?——專訪臺大資工系陳縕儂副教授
科技大觀園_96
・2022/01/04 ・3527字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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近年來因為人工智慧、大數據、區塊鏈等應用科技快速發展,以及 Google 等科技公司大舉來到臺灣進駐並招聘大量軟體工程師,臺灣頂大的資工科系成為超熱門志願。不過大家對資工系的印象就是要學寫程式,也就是俗稱的 coding,但 coding 在解決什麼問題?今天我們訪問了臺大資工系的陳縕儂副教授,從老師的專業「自然語言處理」(Natural Language Processing,縮寫 NLP)做切入,來帶大家了解資工系究竟在解決什麼問題。

讓 AI 聽得懂人話,就是「自然語言處理」

陳縕儂老師的機器智慧與理解實驗室,主要是針對語言處理及對話系統相關技術進行研發,藉由機器學習技術,透過資料讓機器自動學習,理解人類語言並且進行適當的互動,目標是希望能讓機器的智能比肩人類,甚至超越人類。

陳縕儂教授與實驗室今年參加 Amazon Alexa Prize Taskbot 競賽的研究生們合影。(圖/陳縕儂提供)

「自然語言處理」是資工領域中的一個分支,名字聽起來很抽象,但其實這項學門的目標就是讓電腦可以「聽懂」人類說的話、「理解」語意並給予「回應」,就像鋼鐵人電影中的 AI 助理 Jarvis,鋼鐵人只要說如常說話就可以下達指令,讓 Jarvis 協助生活中各種大小事。

不過理想很飽滿現實卻很骨感,要做到像 Jarvis 這樣有求必應的 AI 助理並不容易,目前市面上的智慧助理如 Apple Siri、Google Assistant 及 Amazon Alexa 都已經隨著 3C 產品普及化了,但很多時候它們仍會說:「很抱歉,我聽不懂你的意思。」可見,從 Siri 到到 Jarvis 仍有很長的一段路要走,但為什麼這是條漫漫長路?——歡迎來到「自然語言處理」的思考領域。

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從「聽懂」到「回應」,AI 必須克服多項關卡

大家可以想像一下,今天要跟一個 AI 互動,通常是透過語音或者文字來下達指令,接著 AI 就會協助我們完成特定的任務,並解決特定的問題。

在這個過程中,有四個主要的環節必須克服,分別是語音辨識 (Automatic Speech Recognition; ASR)、語意理解 (Natural Language Understanding; NLU)、對話決策 (Dialogue Management)、以及語言生成 (Natural Language Generation; NLG),說的白話一點,就是接收你講的話、翻譯成 AI 能理解的指令、要如何處理指令,以及怎麼把回應翻譯成人類能聽懂的聲音或文字。

在這四個環節裡都有相當複雜的問題需要去解決,譬如語音辨識,在技術上通常是將語音訊號直接轉換成文字,讓 AI 去理解,但在將音訊輸入的過程中,就必須要排除掉我們口語中會用的「嗯」、「啊」、「喔」等贅字或不自然的停頓,又或者是新創的流行語、方言、口音……等等的問題必須先解決,才能讓 AI 真的能聽懂人類的自然語言。

在「語意理解」上,要讓 AI 去分析語言或文字的脈絡、理解關鍵字,再找出對應的資料(搜尋資料庫);而「對話決策」更是困難,前面理解了人類的語言或文字表意後,AI 應該要如何回應?可能使用者給的資訊不完整,AI 要追問使用者以釐清問題?又或者在語意理解上有聽不懂的字,得要再次詢問並確認?

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這還只是 AI 面對人類自然語言時,其中幾個回應的選項,真實的對話情境可能更加複雜,而且整個對話過程只要有一個環節正確度不夠高,那 AI 後續也很難準確的回應,只要有一步錯了,就會對後續對話體驗造成負面影響。

不過好消息是,現在的深度學習技術已經相當成熟,只要餵資料給電腦時,告訴他怎麼樣是對、怎麼樣是錯,基本上電腦都可以不斷修正(餵的資料也要夠多),再加上現行語言代表模型的優化,智慧 AI 在特定領域的應用上都有蠻不錯的成果。

AI 處理語音指令的過程。圖/陳縕儂提供

Jarvis 仍遙遠,AI 的新突破是精準翻譯

聊到這幾年 AI 的重要突破,老師提到三年前 Google 所開發的語言代表模型 BERT(Bidirectional Encoder Representations from Transformers),當時 BERT 一出現市面上所有自然語言處理的模型都改採用了它的運作邏輯。相較於過去的語言模型,通常都是餵指定任務的文字來訓練電腦,BERT 是在給電腦任務前,先餵它吃很多的文章或書,接著再提供任務給它。

以翻譯為例,這就好像讓一般人翻譯,跟讀過很多書的人來翻譯一樣,讀過很多書的人懂得字彙跟用法,自然翻譯出來的成品更流暢。

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而 BERT 的技術確實也得到相當好的成效,所以擊敗了當時許多正在開發的語言模型,成為了當前語言模型的基礎。有趣的是,BERT 的前身是一個名為 ELMo(Embeddings from Language Models,與芝麻街角色名字相同)的語言模型,所以 BERT 的開發者們就用芝麻街的角色,來為他們開發出來的語言模型命名。

當前 AI 發展的目標,為它建立「人的常識」

雖然說 NLP 領域在商業與學術上都有相當大的發展空間,但陳老師認為,目前要達到人的「common sense(常識)」對 AI 來說還是非常困難,舉例來說,今天我們跟智慧助理說我今天要跟某某人吃晚餐,這個時候如果是人類的助理,我們可能會聯想到「吃什麼」、「要不要聯絡某某人」、「交通方式是?」……等等與飯局相關的問題,但 AI 目前並沒有辦法執行這麼複雜的互動,還得必須跟 AI 說「幫我訂位」、「幫我叫車」,仍在一個指令一個動作的狀態,這種 AI「common sense」的建立,可說是目前非常有挑戰性的項目。

AI 的開發方向——人類的工作輔具

身為 AI 的設計者,陳縕儂老師認為 AI 會成為輔助人類的一部分,雖然說現階段許多人對於 AI 可以執行我們的工作感到彆扭,但實際上 AI 正在減輕我們的工作量,舉例來說,像是目前醫院已經有在使用協助診斷的 AI,但這樣的 AI 並不會取代醫生的工作,因為 AI 只是提供醫生診斷的相關依據,實務上對於病患的判斷最終還是得由醫生來做。

雖然 AI 已在產業中被廣泛利用,但基本上仍以「人機協作」為大宗,雖然能取代部分人力,但像是創造類型的工作 AI 就幾乎無法獨自完成。至於大家想像中,AI 恐對人類造成威脅的情節,基本上不會發生,因為 AI 是不會憑空出現意識的,AI 威脅人類的可能,比較會是人類不當利用造成的風險,所以在未來 AI 的開發上,基本上會往輔助人類的方向去做應用。

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身為 AI 的設計者,陳縕儂老師認為 AI 會成為輔助人類的一部分。圖/Pixabay

資工領域瞬息萬變,「喜歡新知」很關鍵

談到什麼特質適合來讀資工系,陳縕儂老師認為,數學或是邏輯只是基礎,重要的是「喜歡接受新知」的特質,因為在資工領域瞬息萬變,資訊更新的相當快速,隨時都會有新東西出來,如果不喜歡吸收新知識,讀資工系可能會比較痛苦一點。另外,資工在應用上時常會和不同領域的人做合作,你必須了解對方的需求跟他們的條件,才能設計出能夠幫別人解決問題的方法,而這也是資工有趣的地方。

陳縕儂老師也和我們分享了在他眼中臺灣學生和外國學生的差異,他認為臺灣學生應用網路資源自學的能力非常強,而外國學生則是勇於在課堂上和老師提問並討論,各有各的優點,不過教授也認為由於臺灣學生擅長自己找答案,所以在協作與表達上的可能相較於外國會比較弱一些,但如果這一塊能做到加強,臺灣的學生其實是非常有競爭力的。

陳縕儂副教授認為,臺灣學生在協作與表達上相較於外國學生較弱一些,但若能加強這一塊能力,臺灣學生非常有競爭力。圖/呂元弘攝

最後老師還告訴我們,當初大學時機器學習與 NLP 領域並不是資工領域的主流,一開始只是選擇了自己有興趣的領域,也沒想到近幾年 NLP 會變成現在的顯學,他認為自己真的非常幸運,可以一路延續自己熱愛的主題。

最後的最後,陳縕儂老師建議有意投入資工領域的學員們,可以先了解這個領域需要的先備知識,像是 coding 要用到的程式語言、跟 AI 相關的內容則會牽涉到數學,最後當然就是對知識的熱情和態度,了解之後才比較能判斷這個領域適不適合你,千萬不要因為從眾而選擇。

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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。

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變身超級英雄:科技就是你的超能力──《知識大圖解》
知識大圖解_96
・2016/01/28 ・4017字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 515 ・六年級

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如果你是一個動漫迷,一定曾經夢想變身超級英雄,但這似乎終究只能是幻想──直到科技把想像化為現實。

隨著科技快速演進,人類終於可以製造出模擬各種超能力的裝備,像是讓上班族變身蜘蛛人的攀牆手套、只比超人視力差一點的千里眼隱形眼鏡等,擁有超能力不再是癡人說夢。

不過,這些裝備的發明並非如同漫畫情節:由億萬富翁為了懲奸除惡而打造;而是科學家和醫學專家為改善人類生活而研發。舉例來說,專家研發出能夠加速人體組織再生的植入體,雖然不可能像金鋼狼一樣迅速讓傷口癒合,卻可降低感染機率和醫療成本;另外還有能夠偵測周遭障礙物的特製服裝,用處不在增加超級英雄的第六感,而是為了幫助視障人士安全地行走。

這些新奇科技有些仍在研發階段,但也有一些已經實際問世。美國國防承包商雷神公司(Raytheon)已經交貨給美國陸軍一套讓士兵力大無窮的鋼鐵人裝;許多造船廠也用類似概念的外骨骼機械裝,協助工人操作重型機具。如果你有興趣,甚至可以在家自己拼裝超能力裝備。紐約羅徹斯特大學的學生,就運用唾手可得的現成材料,打造出一具隱形透視鏡。

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雖然目前的科技還無法讓每個人都穿上紅色披風飛天入地,但透過本期為你介紹的高科技裝置,我們或許可以窺知未來擁有類似超能力的世界,甚至預先規劃好自己的超級英雄祕密基地。

蜘蛛人攀牆術

黏性手套的靈感來自壁虎的腳。

如果可以像蜘蛛人一樣發射蜘蛛絲,徒手攀爬辦公大樓,一定會讓上班變得更有趣。不過這套都市輕功服和蜘蛛的關係不大,是從壁虎的四隻腳得到靈感而發明出來的。spiderman-515215_640

史丹佛大學學生模擬壁虎腳上的細微毛髮,開發出特製的乾式黏性手套,讓普通人透過類似的黏著原理來垂直爬行。然而,技術上的困難在於壁虎只有幾公克重,若要支撐體型相對龐大的人類,得另有對策。研發團隊利用加裝特殊簧片來平均分散人施加在手套上的重量,讓整組裝置可以承受高達91公斤的成人體重。另一方面,人類的上半身不像壁虎那樣強而有力,因此還需要一組活動式繩梯,將部分攀爬作用力轉移至雙腳,以減輕雙臂負荷。這副手套的初步測試相當順利,目前學生們正與美國航太總署噴射推進實驗室(Jet Propulsion Lab)合作,評估是否能把相關技術應用到太空船的機械手臂,以回收太空垃圾。

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本圖出自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第16期(2016年1月號),全見版請點擊圖片放大。

 

蜘蛛人超感應

對超級英雄來說,預知壞蛋來襲是必備的能力之一,而如今我們只要穿上感應裝,也能具備相同的能力。雖然就造型而言,它沒有緊身蜘蛛裝那麼酷,但這套「蜘蛛感應裝」卻能感應方圓152公分內的障礙物或接近的人,並向穿戴者發出警告。整套裝備包含多項感測模組,由一個測距儀和一具伺服馬達所構成。測距儀會不斷發射聲納波,當聲納波遇到物體反彈回來,便可由感測器計算出距離。一發現障礙物,伺服馬達──即遙控飛機上常見的那種馬達──便啟動推桿,對穿戴者的皮膚施加壓力。越接近障礙物,推桿壓力會越大,藉此讓使用者判斷物體遠近、作出反應。發明者維克托.麥特維席(Victor Mateevitsi)表示,開發這項技術的目的是希望造福視障人士;此外在昏暗環境下,像是濃煙密布的火場,也可以用來確保消防人員的安全。

超級戰鬥裝

披風和小褲褲不夠看,真正的超級英雄都穿外骨骼機械裝。

鋼鐵人的超能力不是因為被輻射蜘蛛咬到,也不是被伽瑪射線照到而突變;鋼鐵人裝說穿了,就是透過精密的工程設計──加上很多的錢──所打造出來的。既然如此,當然我們也可以如法炮製,事實上,現在已經有業者開發出類似的裝備了。

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國防製造商雷神替美軍研發了一款超強外骨骼機械裝(Robot Exoskeleton)。士兵只要穿上這套裝備,就能在高液壓系統的輔助下,大幅提升力量、靈敏度和持久作戰能力,即使進行劇烈活動也不至於疲勞和受傷。雖然目前的版本必須連接到內燃液壓引擎以作為動力來源,但未來可望在2020年推出不需要外接線路的獨立外骨骼機械裝。

不只軍方需要外骨骼機械裝,洛克希德.馬丁公司也設計了一款專供重機械操作員使用的機械裝FORTIS,它可以承載大部分的機具重量,讓操作人員可以長時間作業,減少因為肌肉疲勞所需的休息時間和次數。

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本圖出自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第16期(2016年1月號),全見版請點擊圖片放大。

自製隱形斗篷:讓你看穿物體的簡單透鏡組

隱形和透視都是相當熱門的超能力,但你可能不知道,這兩種能力早已經成為現實,而且一般人在家裡就能辦到。羅徹斯特大學的學生利用市面上現有的便宜材料,設計出一組遮蔽裝置,可以讓光線繞過物體,製造出物體憑空消失的神奇效果。要製造出這種錯覺,需要四組焦距不同的透鏡,並將透鏡相隔特定距離擺設。當光線進入第一組透鏡時,會先聚焦,然後發散,因而繞過位於遮蔽區的物體。但此時後方景象是顛倒的,所以還需要另外一組透鏡,再把影像翻轉回來。這套裝置的遮蔽能力不限特定視角,也就是說不管從透鏡的任何角度看過去,都能清楚呈現物體後方的景象。

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這套簡單裝置的遮蔽範圍其實只有透鏡內部,亦即類似甜甜圈的環狀區域內。不過研究團隊也研發出了另一套更為複雜的透鏡裝置,可以達到完全遮蔽的效果。

研發團隊希望這套「羅徹斯特斗篷」(Rochester Cloak)可以在醫療領域發揮作用,讓外科醫生在手術時,能更清楚地看到開刀部位,或是協助卡車司機繞過車輛的死角,察覺周遭狀況。

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本圖出自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第16期(2016年1月號),全見版請點擊圖片放大。

磁性第六感

這種彈性極佳的人造皮膚能感應地球磁場,讓路癡也不迷路。

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鳥和鯊魚沒有GPS也能找到方向,但許多超級英雄仍需輔助裝置,才能正確且即時地找到壞蛋巢穴。科學家現在發明了一種電子皮膚,能夠透過偵測地球磁場來協助指認方向,讓衛星導航和Google地圖都成為過去式。

這種人造皮膚是一層鈷和銅的金屬薄膜,在磁場環境下可以感應電阻的變化。只要測量電阻差異,就可以計算出磁場距離,再把這個資料傳送到液晶顯示幕上,就能清楚判斷方位和距離。

科學家把磁場感測材料黏在PET軟性膠膜上──類似透明投影片的材質──然後再將它貼以彈性膠帶,好讓人造皮膚可以自由伸縮。一平方公尺的感測膠膜只有不到3公克的重量,厚度僅兩微米,比人髮的十分之一還要細,因此人造皮膚可以貼附在人體上,甚至植入皮膚下方,而不至於造成不適。

快速自體療癒:讓骨肉再生的智慧型植體

除了全身擁有強化金屬骨骼,以及金鋼爪之外,金鋼狼還有一項特異功能,那就是快速的自體療癒。其實人體本身就已經有不錯的修復功能,但和X戰警第一男主角的再生能力相比,卻是差得遠了。不過現在這個差距,正在逐漸縮小。

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有業者開發出內含大量生長因子的醫療用植體,其中的組織再生分子可以有效提升人體自我療癒的速度。雖然跟金鋼狼的超能力比起來仍舊略遜一籌,不過對於皮膚或骨頭受傷的患者來說,已經能大幅縮短癒合的時間。

除了加速自體療癒,FeyeCon公司所研發的智慧植體還有幾項聰明的特色。首先,它是由可生物分解的材料所製成,因此等到傷口復原後,它會逐漸分解成對人體無害的自然成分;此外,它還可以事先添加抗生素,以減少身體組織排斥外來物質時的發炎機率。目前研究人員仍在微調成分,為的是更適應身體各部位組織,但預估在不久的將來就可以正式推出。

千里望遠鏡:一眨眼就能放大遠方物體的超強眼鏡

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本圖出自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第16期(2016年1月號),全見版請點擊圖片放大。

超人的千里眼可以隨時看見哪裡有麻煩,不過現在普通人也能擁有類似的能力,儘管目的大不相同。老年性黃斑病變是全世界老年人失明的罪魁禍首,而致病的原因是主管視覺敏銳度的黃斑部位細胞受損。

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為了幫助患有此病的老年人提升視物能力,聖地牙哥和瑞士的科學家研發出具有望遠功能的隱形眼鏡,它能將視覺影像放大2.8倍。這種硬式隱形眼鏡比普通隱形眼鏡更大一些,但和過去用來矯正黃斑病患視力的厚重眼鏡相比,已經是一大進步。配戴者仍須戴上由三星3D眼鏡改造而成,且具備精巧操作功能的特製眼鏡。

鏡架上的感測器讓配戴者只須眨動單眼,就能在普通和望遠視力之間切換。眨右眼,便開啟2.8倍放大功能,眨左眼,則會關閉。瑞士聯邦科技學院的研究團隊負責人艾利克.川布雷(Eric Tremblay)表示:「目前這種眼鏡仍處於研究評估階段,但我們期待未來能夠實際生產,嘉惠黃斑部受損的病患。」

念力波動:用腦波控制一切

如果光用念力就能移動物體,確實可以讓生活方便許多,可惜所謂的隔空移物始終只是科幻小說裡的虛構情節。不過,在現代科技的協助下,我們還是可以利用腦波做到很多事情。

真正的腦波控制技術是利用安裝在頭顱上的腦電波感測器(EEG sensor)來偵測大腦活動。當穿戴者專注於某個物體時,額頭後方的大腦前額葉會激發神經元,產生腦電波。這種腦電波足以引起腦波感測器的電位差,再由電腦演算法分析轉譯為電子訊號,下達指令給連接的裝置設備。

透過這個原理,航太技術廠Tekever已經開發出透過腦波操作的無人機。操作員須戴上腦波感測帽,且事先接受訓練,學習透過專注力來讓電腦螢幕上的圖示向上或向下移動,藉以指揮無人機向左或向右轉;當腦波感測器偵測到大腦特定部位的活動後,便可以傳送相對應的指令給無人機。業者希望這套技術未來能夠應用於更大型的飛行器,減少飛行員的工作負荷,或是讓身障人士也能一圓飛行夢。

 

本文節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第16期(2016年01月號)

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