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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。

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。

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。

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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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。

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。

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:

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
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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

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

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:

  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。

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

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。

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。

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

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。

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!

______________________________

《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
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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

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有了「空氣盒子」,面對空氣污染你也能主動出擊!
研之有物│中央研究院_96
・2017/04/10 ・4179字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 521 ・七年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

用「資料科學」研究「空污」

大陸霾害何時來?台灣工廠排放的空污如何擴散?以前只能用自己的呼吸道偵測,現在「空氣盒子」為你即時追查 PM2.5 濃度變化。這不只是中研院資訊科學所陳伶志副研究員的計畫,更是一位技術宅父親對氣喘過敏兒的愛。

想像一下,若是大雄所居住的城市,充滿空氣污染。關心大雄的哆啦 A 夢,會拿出什麼道具來相救?也許哆啦 A 夢沒辦法把整個城市的空氣變乾淨,但可能會拿出「任意電視」,找出附近誰在亂燒垃圾,即時阻止對方。或是透過「預知天線」,提醒大雄今天戶外 PM2.5 濃度過高,出門要戴著口罩,否則吸多了會氣喘。

事實上,透過「開放資料」和「數據分析」,空氣盒子真的能即時追查空污真兇,並幫助預測空污擴散趨勢。推動空氣盒子這個想像實現的人正是陳伶志,以及其帶領的研究團隊、 LASS 社群 (Location Aware Sensing System)、政府單位和廣大鄉民,一起從下而上努力改變空污問題。

各地PM2.5即時濃度。圖/空氣盒子地圖

參與式感測:自己的環境自己救

參與式感測:透過群眾觀測、專家分析,由下而上解決問題。圖/By 林婷嫻、張語辰

陳伶志與團隊的主要研究領域為「參與式感測系統」,簡單而言,就是以某種裝置或網絡,偵測生活中的某個問題現象,透過群眾一起觀察所得的數據進行分析,找出問題的解決方法。生活中有許多問題,例如空污、塞車、路不平,若被動地等待政府解決往往緩不濟急。並非因為政府效率太差,而是因為不知道問題真兇藏在哪裡,例如眼前的空污是霾害?還是有工廠偷偷排放廢氣?

「參與式感測系統」最重要的目的,是以「自己的環境自己救」的概念出發,透過群眾自主觀察所得的大量數據,由專家分析找出問題癥結點,推動政府或相關單位採取行動、對症下藥。

關在倉庫測一氧化碳,用命拼研究

要研發出「高準確性」和「低成本」兼具的感測裝置,以供群眾使用,並非容易的事。以觀測空氣為題,從 2013 年開始,陳伶志與團隊嘗試過不同氣體的量測,例如:一氧化碳、二氧化碳、臭氧、二氧化氮等等,但因為氣體感測器誤差過大、校正過程太複雜,皆忍痛放棄。當時,為了在擬真的環境中,校正一氧化碳感測器的準確性,及比對低濃度和高濃度的數值,學生甚至將自家倉庫改造成實驗室待在裡頭,只留一個小縫、往裡面排送機車廢氣。「實在很擔心學生中毒」陳伶志回想。

2014 年底由於空氣污染加劇,大眾逐漸重視 PM2.5 濃度,加上兩歲的兒子因為氣喘成為醫院常客,陳伶志擔憂空污會讓氣喘跟著兒子一輩子,決定專攻「PM2.5 即時濃度感測」,嘗試透過研究找出空污變化模式、解決空污問題。可以即時追查 PM2.5 濃度的「空氣盒子」,因需求而誕生,更因父愛而堅持。

空氣盒子各階段 prototype,點擊看大圖。圖/陳伶志提供;林婷嫻、張語辰改編

拉拔一個小孩長大成材,需要付出大量的時間與金錢;茁壯空氣盒子這個小孩,也付出了難以計算的心力與學費。陳伶志與團隊耗時三年,經歷失敗、崩潰、接受事實、再失敗的無數次迴圈,終於開發出品質穩定的空氣盒子原型。但這時候,困難才真正開始。

與社群合作 讓空氣盒子遍地開花

開發出可以普及使用的空氣盒子之後,初期面臨沒有民眾願意裝在自己家裡的窘境。「會不會耗電?會不會危險?有問題怎麼維修?」因為這些考量,初期只能將空氣盒子安裝在親朋好友圈,即時觀察到的 PM2.5 濃度數據非常侷限,缺少應用價值。

但就像《牧羊少年奇幻之旅》這本書的啟發:「當你真心渴望某件事,整個宇宙都會聯合起來幫助你完成。」努力找出路的陳伶志與研究團隊,經過朋友的朋友介紹,與認同「參與式感測」精神的 LASS 社群一拍即合。 LASS 社群由一群喜歡動手做的創客(Maker)組成,遍布台灣各地。了解空氣盒子程式碼、安裝步驟後,秉持創客精神,從「想」到「做」如星火燎原般,讓空氣盒子的身影在台灣各地出現, PM2.5 即時濃度觀測的時間與空間資料因而大幅擴展。觀測得到的數據變多、變廣,就能進一步分析空污變化的路徑。

陳伶志團隊與 LASS 的合作模式。圖/By 林婷嫻、 張語辰

LASS 版的空氣盒子,顯示所在位置的目前空氣品質 。圖/By 張語辰

開放資料 x 數據分析 空污真兇莫狡辯

以前總是呼吸道感染了,才知道空氣污染正在肆虐,很難阻止後續擴散或再發生,或是附近的工廠偷偷排放空污,卻沒有證據繩之以法。但現在透過分析各個空氣盒子感測到的 PM2.5 濃度數據,就能推算空污的原因、發生時間點,找出製造空污的真兇。陳伶志舉兩個觀測模式說明:

觀察PM2.5濃度突然飆高的時間、比對各測站 GPS 座標,藉以找出空污從哪發生。圖/陳伶志提供 ;林婷嫻、張語辰改編

像是在 2015/12/20 這天,陳伶志注意到北部有一些空氣盒子觀測站,都出現 PM2.5 即時濃度「瞬間飆升」的情形(如上圖黃色箭頭所指),代表該地突然出現空氣污染源,常見的原因是燒東西、工廠排放廢氣等等。陳伶志將發生「PM2.5 即時濃度瞬間飆升」的空氣盒子觀測站 GPS 座標列在地圖上,並依瞬間飆升的時間排序(如上圖紅色打卡標所示)。搭配氣象資料指出,當時正吹著西南西風,可以看見空氣污染源是從西南方( 15:36 開始)依序往東北方( 18:18 抵達)擴散。

這種來自北部盆地西南方的空氣污染源,會是霾害嗎?
不太可能,應是台灣自造的空氣污染。

由於當時觀測到此現象時,空氣盒子觀測站尚未廣佈龜山、桃園、新竹一帶,也未與政府單位合作。若能進一步追查台北西南側的各個空氣盒子,找出 PM2.5 即時濃度瞬間飆升的「起始點」,應能通報相關單位前往該區,即時開罰空污排放源頭。

觀察空氣盒子時間軸和區域資料,找出空氣污染的變化模式, 打卡標的顏色深淺代表偵測到異常的時間(顏色越深代表越接近現在時間)。圖/陳伶志提供;林婷嫻、張語辰改編

為了找出空污變化的模式,陳伶志每 5 分鐘記錄各地空氣盒子 PM2.5 即時濃度,並將異常數據歸納為以下三種,判斷哪區有持續性污染源、或找出哪邊突然產生空污:

  1. 時間點異常(上圖藍色打卡標所示):從時間軸來看,某個時間 PM2.5 濃度「瞬間飆升」,代表當地空氣污染是正在進行式。
  2. 空間點異常(上圖紅色打卡標所示):以區域來看,若某個區域 PM2.5 濃度與鄰近的空氣盒子相比更高,代表空氣污染源於「當地」產生,或是受到「他處」飄來的空污影響。
  3. 空間與時間點異常(紫色打卡標所示):上述兩種情況都發生,當地有空氣污染源的「可能性極高」。

舉個實例,陳伶志觀察到台北龍山寺該區的空氣盒子,「白天」持續顯示 PM2.5 濃度「空間點異常」,代表當地與鄰近區域相比,有持續性的空氣污染來源。將此觀察數據,搭配龍山寺的地理位置比對,燒香、燒紙錢造成的 PM2.5 高濃度影響,透過觀測數據顯而易見。

民間高手,讓空氣盒子能有更多應用

空氣盒子是採用開放資料( Open Data),因此這不僅只有中研院資科所能用於研究計畫,無論學生科展、大學報告、民間團體等,都能依照陳伶志的空氣盒子架構,依照自己的需求改裝不同版本的空氣盒子,發揮各式各樣的靈活運用。

由於台中空氣品質很糟,努力守護家鄉環境的《台中市原鄉文化協會》,在空氣盒子推出初期,自掏腰包買了 100 台空氣盒子並發起認養活動,將空氣盒子廣佈台中各地,由民眾自主監督空氣污染來源。台中創客( Maker )還將空氣盒子改造成方便攜帶的行動版本,發現台中哪一區空氣品質不對勁,一群關心台中環境的市民,就彼此號召拿著行動版空氣盒子前往該區追查空污排放源頭。

國立交通大學資訊工程學系,由彭文志老師帶領的資料探勘(Data Mining)課程,也將開放資料的空氣盒子做為報告題目之一,讓學生自行發想如何應用空氣盒子的感測資料。例如將 PM2.5 觀測資料與實價登錄地圖結合,找出理想的乾淨空氣居住環境;或是找出 PM2.5 濃度變化的時間與地區模式,做出自動監控紫爆現況、預測空污擴散路徑的功能。

不只台灣需要! 空氣盒子遍布世界

空氣盒子 PM2.5 感測網,延伸至世界各地 (統計截至 2017 年 2 月) 。圖/陳伶志提供;林婷嫻、張語辰改編

2016 年 2 月,零時政府 g0v 主動介接空氣盒子的開放資料,擴大觀測數據的影響力。 2016 年 3 月開始,台北市、新北市、台中市、台南市、高雄市政府也陸續加入空氣盒子計畫,由民間企業捐贈數百台空氣盒子,並佈建在各區域的小學校園,透過環境教育學習如何觀察 PM2.5 即時濃度變化,監督改善該區域的空污問題。

空氣盒子成功發展嚴謹的研究理論(感測器比對報告、空污模式演算法等),並建立與 LASS 、政府、民間企業的跨領域合作模式,形成領先全球的 PM2.5 即時感測網,吸引世界各國來台學習空氣盒子的經驗。 2016 年 9 月,陳伶志受邀到泰國演講,與東南亞合作觀測 PM2.5 濃度。例如印尼火耕霾害,鄰近的馬來西亞、新加坡,都會大受影響,惟有建立跨國的空氣盒子監測網,才能即時通報、協力找出對策。「因為空氣是流通的,空污不會只發生在一個國家的上空」陳伶志說。

談到未來目標,陳伶志希望推動空氣盒子成為智慧城市的物聯網一環,例如當戶外 PM2.5 濃度過高,室內的空氣清淨機就會自動打開,這功能不只有小孩的家庭需要,有呼吸照護需求的家庭與醫療照護機構更需要。

現在提到智慧城市,大家都會想到阿姆斯特丹、芝加哥,
未來希望國際也能透過「空氣盒子」想到台灣。

──中研院資訊所 陳伶志

延伸閱讀與參考資料

  • 執行編輯|林婷嫻    美術編輯|張語辰

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位

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