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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

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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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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
43 篇文章 ・ 54 位粉絲
成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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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

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。

參考資料

  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
Lea Tang
20 篇文章 ・ 9 位粉絲
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
Sharkie Lin_96
24 篇文章 ・ 6 位粉絲
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

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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/