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讓創意具體成型的課程-《FabLife》

馥林文化_96
・2013/11/12 ・1753字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 511 ・六年級

尼爾.格申斐德每年秋季都會在MIT(麻省理工大學)開一堂名為「(幾乎)萬物皆可做」」(How to Make(Almost)Anything)的超人氣課程。這項課程一開始只是以極少數的研究生為目標,講解如何將數位工具機應用在研究的方法而已,但是第一年第一次上課時,尼爾.格申斐德卻在走進教室時被眼前的景象嚇了一跳,因為不管是否是MIT的學生,總共超過一百人來聽課,而且所有人都眾口同聲地說:「我們期待這堂課好久了!」或是「拜託讓我們聽課吧。」

之後這堂課的內容愈來愈成熟,慢慢地進化成「個人製造」的入門課程。

其實全世界主持FabLab 的導師很多是這堂課或是「Fab Academy」(以遠端方式接收等同內容的課程)的畢業生。這堂課讓學生們徹底了解了利用數位工具機的機制與原理,所以這些學生才變得能夠給出「想要製作這個的話,可以用那個與這個工具,然後這樣做就可以」的建議。

吞下「叫聲」的包包

第一年的課程成果展的作品之一「尖叫機身」,常在介紹FabLab的簡報之中被舉成佳作的例子。「走進擁擠的人群之中,突然會有想要大叫的衝動」,總是抱著這個奇怪煩惱的女性,製作了這個奇妙的作品。這個包包擁有良好的隔音設計,所以對著這個包包大喊時不用擔心造成他人的麻煩,而包包會先將喊叫聲錄下來,等到讓使用者走到不需顧慮周圍視線的地方,再將錄下的喊叫聲播放出來。

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製作這個包包的凱莉(Kelly)是位雕刻藝術家,而在接受尼爾.格申斐德教授的課程之前,她對電子組裝與程式設計根本毫無基礎,當然也沒有理工科的背景與素養。但是在上了這堂課程之後,她不僅能進行外裝設計,就連內部構造、電子線路與程式設計,她都能獨立完成。

如此前衛的作品,非得由她自己製作才行,否則是沒有人可以幫她完成。而不管如何等待,如此獨特的創意也不可能會變成產品。所以凱莉為了自己,把這個創意做成了作品,並且成為這項作品的使用者。

這類的例子怎麼舉也舉不完。不斷逃開使用者的輪子鬧鐘──這是愛賴床的作者為自己製作的作品。為了與自己的寵物鸚鵡對話而製作的網路瀏覽器(這項作品也叫做「InterPet Explorer」)、也有人一接近就豎起荊棘刺的女用蕾絲等等, 這可是建築系的米真(Meejin)教授重回學生身分,修了這堂課之後的作品。

從如此多的修課生以及富有創意的作品之中可以發現,「Fab」已取代語言以及數位內容的製作,成為一種新的「人文藝術」。這裡說的「人文藝術」與制式的日文翻譯「一般教養」截然不同,其內涵指的是「解放人性的技藝」(自我表現、自我實現)的意思。

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生活在開發中國家裡,「努力地自行研發(幾乎)各種物品」是提高生活品質所必需的,但是在已開發國家裡,「自己製作想要的東西」已成了一種新型的自我實現方法。受到大量生產與規模經濟所制約而無法具體成型的東西, 或是在企劃會議與認定手續過程中無法成為「物品」的東西,之後都能憑一己之力製造。而使用者也不再希望只是消費者,愈來愈多人希望參與「製造」,也愈來愈多人想成為自己生活裡的生產者。

年屆三十歲中期,我卻願意回歸學生身分

我在二○一○年正式選修了這堂課。我在日本雖然是設計工程的教育研究工作者,但我覺得自己不該以旁聽這種半調子的心態聽課,所以就決定正式申請選修這堂課,就像剛剛提到的米真教授一樣。

在日本成立FabLab 的準備已經就緒, 但並不是買齊工具機FabLab 就算成立。就事實來看, 世界上有許多好不容易設立的FabLab 卻在最後被迫倒閉,因此能否持續營運的關鍵就在導師所扮演的角色,也在於FabLab 是否能成為一個自發學習的社群。希望不論好壞,都能學到稱為「Pedagogy」與「Andragogy」的教育學的側面。

老實說,從教師回歸學生身分,是一件需要勇氣的事,但是就是因為擁有教師的身分,所以才能在重拾學生身分之際,了解自己過去仍是學生時,有許多不懂的事,而且也更了解老師的教學方式與用心之處,更何況我也想試試看,我是否能與MIT的現役研究生相抗衡。

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不管是軟體設計還是硬體規劃,「製造」這件事就與運動一樣都會日久生疏,尤其新型工具演化之快,必須提昇自己的技能才能跟得上現代技術的進步。我在學生時代使用的軟體,現在早已不能用了。在這個「工程師三十五歲是極限」的說法一閃而過的年齡裡,要想重拾原本的工夫,恐怕也很困難。

 

摘自PanSci 2013 十一月選書 《FabLife:衍生自數位製造的「製作技術的未來」》,由馥林文化出版

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馥林文化_96
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馥林文化是由泰電電業股份有限公司於2002年成立的出版部門,有鑒於21世紀將是數位、科技、人文融合互動的世代,馥林亦出版科技機械類雜誌及相關書籍。馥林文化出版書籍http://www.fullon.com.tw/

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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不只有經濟制裁!面對烏克蘭危機,國際科學界正展開行動
Lea Tang
・2022/03/02 ・2270字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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2 月 24 號,俄羅斯軍隊入侵烏克蘭。當世界開始祭出各項制裁時,各國科學界也正在動作——終止與俄羅斯的科學合作計畫

歐洲議會科學談判代表克里斯蒂安.埃勒(Christian Ehler)認為,歐盟委員會應立即停止支付俄羅斯參與歐盟「展望 2020」(Horizon 2020)和「展望歐洲」(Horizon Europe)等研究計畫的費用,並拒絕其參與。圖 ∕ EU Parliament

停止多項與俄羅斯的科學合作

2 月 27 號,烏克蘭教育和科學部青年科學家委員會呼籲歐盟「緊急暫停與俄羅斯機構的各種國際合作」:包括終止俄羅斯參與全球最大型的科研架構計畫「展望歐洲」(Horizon Europe) [註 1] ,並督促將俄羅斯從兩個國際研發企業——法國的國際熱核融合實驗反應堆(ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor)和瑞士的歐洲核子研究中心核研究中心(CERN, the European Organization for Nuclear Research)——驅逐。

為期七年的展望歐洲(Horizon 2020, H2020)計劃,目標在投資研究與創新計劃,投資實驗室中具高潛力和前瞻性之技術,協助產業創新與提升市場規模。

歐俄聯合火星任務取消

歐俄聯合火星探測計畫(ExoMars, Exobiology on Mars)是一項調查火星過去居住環境的天體生物學專案計畫。此計畫原定 2020 年啟動,在 COVID-19 疫情影響下延至 2022。如今,俄羅斯的這場軍事行動為這項計畫又添變數。

圖 ∕ ESA Exomars robot

歐洲太空總署(ESA)於 2 月 28 日宣布,「火星探測器」的發射受西方對俄羅斯的國際制裁及其後續效應影響,將至少再延後兩年。

與此同時,美國麻省理工(MIT)也結束了一項與斯科爾科沃科技學院(Skoltech)長達十年,具爭議的合夥關係。 這項始於 2011 年的計畫旨在莫斯科附近打造另一個矽谷。儘管外界擔心該計畫可能以國家安全及人道主義問題換取經濟利益,麻省理工仍在 2019 年同意與 Skoltech 的合作延長五年。

這是在對俄羅斯政府侵略烏克蘭的行動表示拒絕。

過去,MIT 常被指控以金錢導向,專門與有爭議但富有的對象,例如,中國、新加坡和阿拉伯聯合大公國等專制國家、性犯罪者傑佛瑞.艾普斯汀(Jeffrey Epstein) 建立夥伴關係。麻省理工學院院長拉斐爾.賴夫(Rafael Reif)認為,Skoltech 計畫起源於特定的歷史時刻。當時,美國正致力於重設與俄關係,而俄羅斯也正積極尋求建立創新經濟。

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如今,俄羅斯的侵略行為讓西方高等教育機構開始從新審視與俄關係。

對俄羅斯轉讓技術的制裁

除了學術性的計畫受阻,俄羅斯科學事業的附帶損失正在增加。

德國研究部下令暫停與俄羅斯的合作後,馬克斯普朗克地外物理研究所(Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik)關閉了俄羅斯 Spektr-RG 研究衛星上由德國運營的 eRosita X 射線測量望遠鏡。

幾個國家的數學學會也宣布不參加原定於 7 月在俄羅斯聖彼得堡舉行的國際數學家大會,並改以線上方式進行。

俄羅斯科學家的聲援

即使俄羅斯科學家將因為聲援烏克蘭而被指控叛國罪[註 2],仍有超過 6,150 名俄羅斯科學家和科學記者連署公開信。他們認為發動這場戰爭只會把俄羅斯推入絕境(a step to nowhere)且被國際社會唾棄孤立。

根據 2 月 24 日公開信中所言,俄羅斯對烏克蘭的入侵意味著俄羅斯科學家再也無法正常工作。

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畢竟,做科學研究不像走獨木橋,它仰賴著不同國家間的合作。

烏克蘭科學家何去何從?

面對俄羅斯的侵略,烏克蘭科學家則面臨了誓守故鄉、或是到鄰國展開新生活的兩難選擇。

在歐洲,部分機構為烏克蘭科學家提供避難所。波蘭科學院下的青年學院(PAN, Polish Academy of Sciences)安排了數十間願意收容難民科學家的研究所及大學。PAN 生物有機化學研究所的雅切克.科拉諾夫斯基(Jacek Kolanowski)表示:「我們希望協助他們在自己的專業領域找到工作。」

到目前為止,波蘭科學院已經協助了一些人到華沙擔任心理學家、到盧布林擔任癌症研究員,和到波茲南擔任法學教授。

在俄羅斯軍隊持續攻擊下,烏克蘭首都基輔煙硝四起。圖 ∕ REUTERS/Gleb Garanich REFILE – CORRECTING LOCATION

很多烏克蘭科學家誓言捍衛自己的國家。

隨著俄羅斯軍隊持續侵入基輔,堅守家鄉的神經生理學家奧列格.克里斯塔爾(Oleg Krishtal)表示:幾乎所有人都拿起了武器。基輔植物研究所所長謝爾蓋.莫西亞金(Sergei Mosyakin)擁有四國國籍,但他並未撤離,他說:

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我是烏克蘭人。而我認識的大多烏克蘭人並不怕為自己的祖國而死。

註解

  • 註1:截至目前(2/28),俄羅斯仍然是 Horizo​​n Europe 和其它歐洲資助計劃的一部分。
  • 註2:俄羅斯總檢察長辦公室宣布,任何向反對俄羅斯聯邦的國家或組織提供援助的人都可能被指控犯有叛國罪。當局逮捕了數百名街頭抗議者,包括著名的演化遺傳學家 Georgii Bazykin,他於 2 月 27 日在莫斯科市中心手舉「今天就停止戰爭」標語後被拘留。現已釋放正等待進一步的審判。
  1. After invasion, Ukrainian researchers turn into resistance fighters and refugees
  2. EU should sever scientific ties with Russia, says leading German MEP
  3. Horizon Europe
  4. ExoMars2020: how coronavirus played a part in postponement of Mars mission
  5. MIT ends Skoltech partnership over Ukraine war
  6. An open letter from Russian scientists and science journalists against the war with Ukraine
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Lea Tang
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徜徉在極北之海的浪漫主義者。 喜歡鯨豚、地科、文學和貓。

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現代自造者與多面體,相遇後的千年傳統全新感受 ——《多面自造》數學藝術展
Sharkie Lin_96
・2017/11/20 ・4167字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

當現代的自造者遇上千百年歷史的多面體

柏拉圖將古典四元素:火、空氣、水、土對應到四種正多面體,並描述神使用正十二面體來排列整個天空的星座。千百年來人們不停探索多面體背後的規律,懷著對宇宙秩序的嚮往與好奇,現代的自造者則解構多面體的組成,藉由自造工具與身體感將想法化為具體。

沈岳霖老師自創工法完成各式材質創作,以雙手自造形狀近乎完美的多面體,體現古典幾何的純粹理性與極致工藝的堅定細膩,同時在教育現場帶領學生共同自造令人驚歎的大型幾何創作。此外,學生們揮灑創意將多面體裹上繽紛色彩,也充分展現數學在傳統工藝與現代想像的多面美學。

本次展覽透過「多面體自造」、「自造過程」、「關於自造者」、「多面體與建築」、「自造多面」等單元,以「多面」與「自造」為關鍵字,串聯國立後壁高中沈岳霖師生精彩創作,以「多面」向探討「自造」,呈現如何以「自造」實現「多面」。

2015年底《IMAGINARY:Infinity & Beyond 超越無限.數學印象》由德國引進臺灣,在各地掀起了一股數學藝術熱潮,讓許多人看見數學的美;延續先前的Imaginary,這次嘉義大學委託我們自行策劃數學藝術展覽《多面自造 Polyhedron Making》,想讓大家看見數學的多面姿態與自造者的驚人實踐力。

首先來介紹一下頗具巧思的展覽文宣,沿著設計好的摺線與卡榫,只用雙手就可以組出一個相當可愛的正二十面體,就算手拙如我的人也能輕鬆完成,讓人還沒進到展場內就已經體會到動手做的樂趣。

圖片來源:多面自造

除了讓數學變得很可愛的文宣之外,展場設計也運用了六角柱這個幾何元素,擺放了連國內科學類博物館都不曾完整呈現的四大類型多面體,分別是:

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  1. 柏拉圖立體(Platonic Solids):每面皆全等的正多邊形所組成的均勻凸多面體,也就是正多面體,共有5種。
  2. 阿基米得立體(Archimedean Solids):兩種以上的正多邊形為面所組成的凸多面體,可從柏拉圖立體經截角、截半等操作後構成,共有13種。
  3. 卡塔蘭立體(Catalan Solids):阿基米德立體的對偶多面體,每一面均為全等的非正多邊形,共有13種。
  4. 克卜勒─龐索多面體(Kepler-Poinsot Polyhedron),由正多邊形或正星形所組成的凹多面體,每個頂點都由相同數目的邊連接。共有4種。

圖片來源:多面自造

菱形三十面體的展開圖彷彿很有節奏感地在舞動,是卡塔蘭立體之一。圖片來源:多面自造

有了這四大類型多面體,可以理解「多面自造」的多面是什麼意思,那自造(making)呢?這樣精緻的展品竟然是自創工法並且用手工製作的,究竟是怎麼做出來的呢?

用雙手自造多面

就以最常見的柏拉圖立體當作例子,現任後壁高中美工科的沈岳霖老師首先解構多面體的幾何原理,將想製作多面體的各邊投影至立方體上再畫線標記,最後再以圓盤式砂磨機將不要的塊體磨掉,就可以得到多面體啦。

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圓盤式砂磨機。圖片來源:沈岳霖老師

自造正二十面體的製作過程,可見其畫線、摩切過程。圖片來源:多面自造

這過程聽起來不難,但其實一點也不簡單,畢竟不少多面體只要稍有磨偏或是不對稱,馬上就能夠用肉眼辨識出來,這樣高超的木工技術更是連國內數學藝術大師吳寬瀛都相當驚歎。在自造過程展區中,除了自造正二十面體的實體展品(如上圖),更精美圖解四種多面體的自造步驟,包含正四面體、正八面體、正十二面體以及正二十面體,讓人一看就懂。

圖片來源:多面自造

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除了多面體之外,展場中有一件相當有趣的碎形幾何作品叫做〈YES, I DO〉,其數學原理為謝爾賓斯基四面體(Sierpinski Tetrahedron),除了可以觀察展品的光影之外,在特定的角度還可以分別看到YES和I DO呢。

YES, I DO-作者:廖梓馮、郭晉程、黃頌麟、葉威汎,指導老師:沈岳霖。 圖片來源:多面自造

看了這些有趣的作品,多面體和日常生活有什麼關聯呢?展場中有一個展區為〈多面體與建築〉,介紹正在興建中的臺南市美術館當代館,其遮蔭屋頂採用前面作品提到的謝爾賓斯基四面體;另一個與多面體有關的建築則是伊東豊雄建築博物館,建築外觀是由四種阿基米得立體組合而成。

除了看展之外,展場中設置了「自造多面」體驗區可以動手參與,雖然無法在此體驗木作多面體的減法美學,但可以藉由3D列印的加法堆疊,製作元件感受空間解謎樂趣。此外,自造者使用的材料也在展場中以立方體的型式展示,包括雲杉、酸枝、柚木、檜木、烏心石,以多元面向探討自造。

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圖片來源:多面自造

潛心研究多面體,多做少說的木工國手

身為《多面自造》的策展人之一,我們為了這次展覽專訪後壁高中沈岳霖老師[1],一到後壁高中木工教室,沈岳霖老師就拿出了朋友種的冷泡烏龍茶請我們喝,實在是這間沒有裝設空調教室的絕佳飲品啊。

沈岳霖老師畢業於公東高工木工科,這可是間在海岸山脈留下教育傳奇的學校[2,3,4],出產許多在世界技能競賽奪得獎牌的木工國手,沈岳霖老師為其中之一。在那個年代,成為國手是一件比聯考還要難上許多的事情。

從高一不停參加競賽,到全國賽至選拔賽一路過關斬將,終於在20歲的時候成為木工國手,並且在1985年代表台灣參加在日本大阪舉辦的國際技能競賽,獲得門窗木工銅牌也就是世界第三,保送至高雄師範大學工業科技教育系。

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圖片來源:莊文毅老師

不過沈老師的人生也不是全是一帆風順,他也曾經不知道為什麼要念書,考上光武工專電機科後兩個月就休學。某次和朋友去台東玩發現公東高工盛產國手,他們出國比賽拿了許多獎牌回來,便一心嚮往成為能夠保送大學的國手,因此重考進入公東高工就讀,進入公東前也只在國中的工藝課接觸過一點木工。

從公東開始過著選手訓練的生活,加上長期居住在鄉下的緣故,逐漸養成獨自工作、只做不說的習慣,以及低調沉穩的性格。在後壁高中的木工教室內,沈老師不疾不徐地解說木工備料流程;倒是進行採訪工作的我狂冒汗,一直倒冷泡茶來解渴。

圖片來源:多面自造

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訪問過程中提到多面體的時候,沈老師的眼神亮了起來,畢竟這是他順利融入教書工作的多年興趣。一開始的時候是以魯班鎖當作木工課的素材,後來發現多面體易於變化造型適合發展為教材,閒暇時便經常思索多面體構件的尺寸和角度,還曾經在斗南老家夢到菱形三十面體的角度,花費大量時間解開複雜問題獲得的成就感更使他樂此不疲。

沈岳霖老師並不以藝術家自居,只是喜歡動手做的過程,也喜歡設計出可以讓別人玩的玩具,對他來說是人生一大樂趣。更幸福的是,能把興趣融入工作帶到教育現場與學生共同自造;與沈老師經常交流數學的林義強老師認為,這是沈老師做過最有價值與最困難的事情。

截角菱形三十面體》圖片來源:多面自造

像是展場中這一件師生共同完成的作品《截角菱形三十面體(如上圖),是沈老師看見Philippe Dubois的創作Icosahedron Frequency 2,透過解構多面體、設計卡榫、製作模形的過程,以師生共同自造與組裝的方式重現作品。

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圖片來源:沈岳霖老師

每年沈老師皆會更新課程教材,勇於在課堂上挑戰新的大型作品;除了製作木工之外,沈老師讓後壁高中美工科的學生自由創作,讓千百年歷史的多面體加上現代的想像後變得相當可愛。

後壁高中美工科學生的多面體創作。圖片來源:多面自造

我們策這一檔展覽,並不是要強調數學有多實用,或是介紹多面體的歐拉公式,而是想讓大家看見數學有趣、令人著迷的一面,也想將沈岳霖老師多年來對於幾何的熱愛以及自造者精神(maker)傳達給大家。

同時在此預告十二月初會有臺灣數學藝術大師吳寬瀛老師的積木幾何創作展,原班策展團隊同樣在嘉義大學,要讓大家看見〈轉幾‧轉積‧轉機〉,請大家拭目以待!

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《多面自造:沈岳霖師生幾何創作展》展覽資訊

地點:國立嘉義大學蘭潭校區圖書資訊館(嘉義市東區學府路300號)

展期:2017/10/23─11/24 週一至週六 09:00 ~ 17:00 週日 14:00 ~ 17:00

臉書粉絲頁:多面自造:沈岳霖師生幾何創作展

策展人:余歡庭、林家妤

聯絡人:國立嘉義大學應用數學系嚴志弘主任

參考資料

  1. 沈岳霖老師部落格臉書
  2. 范毅舜,公東的教堂:海岸山脈的一頁教育傳奇,2012
  3. 黃清泰,瑞士學徒制教育在公東:一位老校長引導的學習革命,2017
  4. 莊文毅,台東木工發展史卷一:東海岸木工傳奇,2017
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Sharkie Lin_96
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在國二無聊的早自習意外發現數學的趣味,因此近來體驗到數學研究、藝術創作、採訪寫作、展覽策劃、資優教育等工作。不是念數學也不是學藝術,但樂於從多元視角聊聊數學的各種姿態,以及進行數學藝術創作,希望能為世界帶來一點樂趣。科普部落格〈鯊奇事務所〉https://medium.com/sharkie-studio,聯絡信箱 sharkgallium@gmail.com