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從零開始製作的14週-《FabLife》

馥林文化_96
・2013/11/14 ・3384字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

這堂課的內容極為廣泛,全面地包含了位元與原子混合而成的「製造手法」,從利用各種素材進行立體成型加工(設計)到軟體的撰寫、電子組裝、無線通訊、機械設計這類的電子工程,都在這堂課的範圍之內。

每週的課程都會介紹一種製造手法,並且講解其中的原理、機制以及製造方法,而所有修課學生都必須利用課堂所學,在一週之內製作一樣「成品」,而且製造方法必須詳盡地寫到別人能依樣畫葫蘆地製造出相同東西的地步,還必須將如此仔細的製造方法上傳至網站,最後還得在全班學生面前發表(Show and Tell)。這整個過程總共重覆了十三次,每週進行一次,換句話說,就是在學到製造方法的原理與機制(Learn)之後,再親自動手製作(Make),然後分享(Share)製作過程中的失敗與成功。如此過程將不斷地循環,直到學生將這一切基本訓練都吸收為止。

這堂課的基本概念是「從零開始製作(From Scratch)」,因此不允許使用現有的工具套件,其用意在於讓學生不管去到世界任何一個角落,都能利用最基本的工具完成「(幾乎)萬物皆可做」的目標。

下列是我在二○一○選修這堂課時的課程表。

第1週 9月13日 序論 介紹設計工具

第2週 9月20日 樹脂(紙類)切割機、電射切割機(成型1)

第3週 9月27日 電子線路的設計、切割、組裝(實作1)

第4週 10月4日 水刀、銑床(成型2)

第5週 10月11日 機械設計

第6週 10月18日 電子線路設計與程式設計(實作2)

第7週 10月25日3D掃描器、3D印表機(成型3)

第8週 11月1日 輸入裝置、感測器(實作3)

第9週 11月8日 塑模、鑄造、材料混合(成型4)

第10週 11月15日 輸出裝置、致動器(實作4)

第11週 11月22日 元件、連結零件(成型5)

第12週 11月29日 網路與傳輸(實作5)

第13週 12月6日 最終課題準備

第14週 12月13日 最終課題發表

奇妙的修課學生選拔

在第一次的課程介紹之日時,蜂擁而至的修課學生遠遠超過一百名,但這堂課只有三十個名額,所以必須以選拔方式決定修課學生。最後獲得資格的這三十名學生來自四面八方,有的主修建築或機械,也有主修電子、資訊的學生,有的則是希望未來能成為設計師或藝術家的學生,而且這些學生也來自不同的國家。

選拔方式由修課學生提出的背景資料、選課動機以及想在這堂課製作什麼作品來決定,但是這堂課的選拔基準卻很不傳統,其基準是以「無聊的東西(Silly)與正式的東西(Serious)、有藝術家氣質與工程師頭腦的人、初學者與專家,這種多元性的搭配所組成」。修課生的選拔不受個人技術優劣影響,只在乎是否能保有這堂課的多元性而已。

保有修課生的多元性是這堂課的重點,因為這堂課的內容主要包含主修設計的學生所擅長的「成型系」,以及電機工程系學生熟悉的「實作系」的兩種課題,而進行方式則是每週交替指導上述這兩種課題。當然沒有一位學生能通曉所有課題,但也正因為如此,學生們才能彼此貢獻專長,而教學相長的文化也自然而然在學生之間形成,慢慢地學生之間產生革命情感,也形成了所謂的社群關係。

這堂課不單單只是一週一次的授課內容而已,整套教學包含了由前一年修課學生擔任助教所指導的工具機實習的「Lab」,以及學生之間互相貢獻專長、互相指導的自主性「次專題研討會」,以及每天進行大量問答的「群組郵件」,還有請來研究人員與「製造」實踐人員進行的「Talk」。除此之外,「製造」的過程裡常需要試作作品,也常常會遇到失敗,所以大部分的學生幾乎把每天所有的時間都投入這堂課裡。

行程滿檔的一週學生生活

一週學生生活所得,大概就是辛苦兩字。

星期一的課程是主要的內容,一口氣就連上四堂課,前三堂課由學生發表前一週的單週報告。

星期二則花三堂課或四堂課分別進行小組討論或實驗討論,也會進行工具使用說明的指導。每一次負責指導的人都不同,但都是前一年的修課學生。

星期三的六堂課則是與「(幾乎)萬物皆可做」的方法有關之研究人員的對談。

星期四到星期五之間則各花兩個小時舉辦學生彼此貢獻專長、互相指導的「次專題研討會」。

其餘的時間就是大家聚在一起做作業或是吃飯。除此之外,修課學生還可透過「群組郵件」的方式進行大量的問與答(每天都進行!)。

「一次的課程內容」就是這麼多的量,大概每週都得花五十個小時才能完成作業。當星期一的課程結束後,星期二就指導相關工具的使用方法,然後決定該要製作的作品,星期三的晚上則可喘息一下,與研究人員們進行對談,接著從星期四到星期日為止都是在做作業。等到星期日晚上大致完成後,再急忙地將作品更新至網路,稍微休息一下後,就立刻在星期一的三堂課裡發表該週報告。發表之後以為可以暫時放下心,沒想到下一週的課題又立刻公布,隨即又面臨提出創意的沉重壓力。

我在選修這堂課的過程中,絲毫沒有一刻喘息的機會,可說是我人生之中最辛苦的一堂課,老實說,我的年齡已不太適合熬夜了。

要趁新鮮的時候讓創意具體成型

第一次上課教授就突然提出:「這堂課的最終成果展是繪製立體模型,然後經過算圖將立體模型製作成動畫。」這個題目得在一週之內製作。之所以會在第一堂課就揭露最終的課題,是為了讓整套課程充滿挑戰,即便學生們可在中途改變作品的方向。

換句話說,在選修這堂課的課程中,不會有「慢慢思考要做什麼東西」的創意發想時間。就這點來看,這與IDEO流的「設計思考」製作方式採取不同的策略。正因為這堂課的標題是「方法(How to)」,所以才大膽地只留下「該如何製作」的課程內容。

創意從工具與素材而生

這堂課的「要做什麼(What)」課題通常都是從工具與素材來尋找創意,不會從實地考查或市場行銷的角度來思考。而且接下來的「為什麼要做(Why)」課題雖然是一道自問自答的題目,但是與其他修課學生在酒吧或咖啡廳聊到自己的製作動機時,都會突然湧現另一層的靈感,也讓自己對正在著手製作的作品有更深刻的想法。「要做什麼」與「為什麼要做」的討論是最重要的大事,但是這些討論都只在充足的自主課外時間進行,有限的正式上課時間只用來貫徹「該怎麼做(How)」的學習。「該怎麼做」的課堂討論總是夾雜著各方意見與評論,不過我認為這種討論是學習設計工程必需的教育。

為什麼我會如此認為?在我執教大學這幾年裡常看到「要做什麼?」的創意已經十分完整,但最終卻難以付諸實現的光景,即便已經進入製作原型的階段,卻沒有足夠的技術進行。決定作品的方向之後,再開始學習製作方法的過程中,時間也跟著悄悄地流失,而發想者自己也不再覺得一開始的創意很新鮮,創意也就失去了原有的光輝。明明是在腦海裡閃閃發亮的創意案,卻很難成為具體的「物品」,而在如此煎熬的時間裡,最初的興奮感也跟著消失殆盡。

不過要是有製作原型的技術,就能在創意湧現的一週之內,製作出初版的原型。趁創意還很「新鮮」,然後帶著期待感將創意由內而外地轉化成具體的「物品」,是非常關鍵的一步,因為這樣創意案才會真的啟動。就好比做料理一樣,腦袋的想法與身體的動作一致,就能一步步地做出好菜。

透過打造原型來培育創意

最重要的是,打造原型的過程也是讓創意進一步延展的時間。我們的思考會在創意外化為「物品」的過程中得到另一層的刺激,進而獲得新的靈感。

理想的作業模式是一邊打造原型、一邊微幅修正創意,然後再繼續打造原型,最終讓「故事(Story)」與「作品(Project)」一併完成。我覺得讓自己習慣這樣的製作流程是很重要的。我覺得不管是先擘畫概念再製作,還是先製作再讓創意變得完整,都屬於創意與實作分開進行的製作流程,而我實在不太習慣這樣的流程,因為創意與實作就像是車子的兩個輪子一樣,必須同時前進不可。

話說回來,要習慣這裡所說的「理想的製作流程」也不是一件簡單的事,因為「物品」的製作非得與創意的發想同步進行才行。

工業製品的試作流程會使用一種稱為「 快速成型(RapidPrototyping)」的手法。但如果進一步深究「Rapid」的意思,就會發現快速成型手法的意義不在節省時間或提高製作效率,而在於「趁創意還新鮮,還熱得發燙時,立刻讓創意外化為具體的物品」的這點裡。就如同建築師會製作大量的模型、料理人會即興地將冰箱裡的食材作成佳餚一樣,希望讓身體能擁有將思考輸出成「物品」的運動神經。

也正因為如此這堂課才會要求學生每天、每週「不停地製作」,這等於是一種良性的心理壓力。

 

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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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

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

CC 4.0

本著作由研之有物製作,以創用CC 姓名標示–非商業性–禁止改作 4.0 國際 授權條款釋出。

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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FabCafe咖啡飄香,都會空間中的藝文DIY
馥林文化_96
・2014/06/05 ・2441字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 502 ・六年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

FabCafe Taipei 是位於臺北華山1914文化創意園區一角的一個公共創作空間,但它有別於FabLab、駭客空間(hackerspace)等其他可以讓自造者動手做的空間,除了提供自造者常用的3D列印機、雷射切割機外,同時還提供咖啡和簡單的輕食。這次藉由訪問FabCafe Taipei 的共同創辦人黃駿賢,讓我們更了解這個空間的性質,以及這個空間想提供臺灣自造者一個什麼樣的環境跟氛圍。

什麼是FabCafe?

FabCafe起源於日本東京,是一個希望透過咖啡館與提供3D印表機與雷射切割服務讓具有創意的人們找到一個可以聚集連結的交流空間,是一個結合設計、科技、工藝、自造者精神和其他相關領域主題的地方。FabCafe 的Fab 是取自「Fabrication(製造)」與「Fabulous(美麗奪目)」,意指在一個輕鬆的環境做自己喜歡的東西。在日本東京,這樣的氛圍比臺灣成熟許多,人們已將FabCafe 或類似的地方視為一個創意發想園地。

FabCafe Taipei 空間。

FabLab與FabCafe 都是提供自造者交流的一個平臺,是一個任何人都可進出的公共空間,但是FabCafe 與FabLab的不同之處在於,FabLab不管在世界的哪個地方的成立,都一定要有某些機具才能算是「FabLab」,也就是說,全世界的FabLab都要有這些設備。而FabCafe 並未受到這些限制,以設備面來說,就只有一臺雷射切割機和一臺3D印表機而已。

由於FabCafe 有提供飲食的服務,較偏向「咖啡館」的性質,因此無法像FabLab或其他空間一樣放入重型機具或會散發氣味或碎屑的設備(像是CNC切割機)。FabCafe的對象是對於動手做有興趣的一般大眾,主要是讓大家有興趣且有意願來這邊討論交換一些想法;而FabLab因為有提供自造者實現創意的設備,因此聚焦的對象則是有一定程度的自造者。不過這些提供自造者交流的空間並不是處於敵對的狀態。自造者風潮是一個全球化的趨勢,這些共創空間藉由彼此的相似性互相交流,聚集成一個系統,一起向大環境挑戰。

圖05
FabCafe Taipei內的雷射切割機,想要使用的人可以事先上網預約,現場也會有工作人員協助確認材料與使用流程。

FabCafe Taipei的成立

圖01
FabCafe Taipei共同創辦人黃駿賢

FabCafe Taipei於2013年5月於臺北華山文化創意園區開幕。FabCafe Taipei的共同創辦人黃駿賢是香港人,畢業於哈佛大學設計學院(Harvard Graduate school of Design)。談到在臺灣創立FabCafe的過程,他說:「對於共創空間來說,臺灣在取得實體空間以及群眾的想法思考上已經有一定的程度了。在創立的過程中我們也覺得很幸福,因為認識了很多以往可能根本沒有機會認識的朋友。在臺灣做這件事是很值得且正確的。」

這對FabCafe Taipei的成立有好有壞。當然,要成為新領域的領頭羊是不簡單的,黃駿賢在成立FabCafe的過程中, 覺得不管是臺灣對於設計的尊重程度都還有很大的進步空間,有些人依然認為「設計是免費的」,因此建立起「尊重專業」與「服務加值」的觀念是當務之急。黃駿賢當初會選擇不成立事務所而是成立FabCafe,就是因為他發現了這樣的情況,因而不願意只當一位設計顧問,他想要主動出擊,推廣建立共創平臺。

另一方面,身為香港人的他,深刻體會到臺灣對於外國人來臺工作並不友善,除了工作簽證、稅等,還有其他許多限制。非臺灣人民要在臺灣開公司可說是難如登天。他也建議臺灣政府應該要把門打開,讓雙向(國內國外)的交流更通暢,才能互利。

身為臺灣第一家FabCafe,和臺灣其他的共創空間一樣,FabCafe Taipei也希望創造出讓更多人願意,也有能力可以實際動手做的氛圍。當這樣的風氣累積到一定程度之後,整個社會就會產生奇妙的化學變化,可能是在學校或是小型社群聚會發酵,然後由下往上地推動整個產業和社會的變化。

話說回來,FabCafe Taipei依然是個營利單位,平常在支撐著FabCafe Taipei的收入來源是什麼呢?黃駿賢表示,其收入來源大概可以分成三部分:飲食, 設計以及活動收入。飲食的金流比較快,但曲線也會很快飽和,因為座位與人口流量就是這麼多;在設計上,顧客可以有幾種選擇:購買現成商品,客製化商品或是自行攜帶圖檔來切割。FabCafe Taipei有駐店設計師,有興趣嘗試動手做的人可將想法與駐店設計師討論之後,由設計師協助製作出成品。在活動方面,FabCafe Taipei自開幕以來,積極地與其他團隊合辦各種DIY工作坊,時間多在平日晚上,大約三小時的時間。例如與CAVEDU教育團隊合辦感應燈之外,也與小本書Petite Livre團隊使用廢棄燈泡製作生態水晶球,或是Looking Galss的3D掃描體驗活動。提供相當多元的研習內容。

圖08
FabCafe與CAVEDU教育團隊合辦的感應燈工作坊。
圖06
FabCafe Taipei與小本書合辦的手做工作坊,將廢棄燈泡變成晶瑩剔透的水晶球。

FabCafe 也曾經舉辦過一個石垣島的設計計劃,以「石垣島名產品」為主題,在FabCafe Taipei裡展示10項USIO Design Project產品,包括石垣島獨有的工藝品、酒類、農水產物品等。非常有趣且很能夠連結群眾。

FabCafe Taipei的未來

圖04
FabCafe Taipei的杯墊也是採用雷射切割機製作。

FabCafe Taipei從去年成立至今,經過這將近一年的時間,FabCafe Taipei有什麼新想法、又有什麼新規劃呢?

共同創辦人黃駿賢說:「在這一年體會到『人際關係』是很重要的無形資產。在FabCafe Taipei裡有形的資產(雷射切割機)固然重要,因為有形的資產可以幫你吸引需要使用這種工具或是想要使用這些工具的人們,這是一種良性的循環,會有很不可思議的磁吸效應。但是如果FabCafe Taipei的營運目標只專注於設備的管理,我覺得會做不下去。因為其實臺灣對於中小型設計工作室的有一定程度的需求, 所以我期許FabCafe 能成為一個跨平臺的接案平臺, 讓其他人(例如FabCafe 東京、FabCafe 巴塞隆納等)也能看得到本土設計師的作品。在這個目標逐漸成形的同時,我也發現有些東西不是有錢就能夠完成的,一定要結合臺灣本地的產業與人才,才能發揮綜效。這個目標靠我一人是無法獨力完成的,所以我才說人際關係是很重要的。」

最近FabCafe Taipei正致力於在原本的空間增添藝術與商品的展覽空間,希望未來也能舉辦各種展覽。

FabCafe Taipei網站: http://taipei.fabcafe.com/

文章原文刊載於《Make》國際中文版 Vol.11

馥林文化_96
54 篇文章 ・ 6 位粉絲
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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從零開始製作的14週-《FabLife》
馥林文化_96
・2013/11/14 ・3384字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

這堂課的內容極為廣泛,全面地包含了位元與原子混合而成的「製造手法」,從利用各種素材進行立體成型加工(設計)到軟體的撰寫、電子組裝、無線通訊、機械設計這類的電子工程,都在這堂課的範圍之內。

每週的課程都會介紹一種製造手法,並且講解其中的原理、機制以及製造方法,而所有修課學生都必須利用課堂所學,在一週之內製作一樣「成品」,而且製造方法必須詳盡地寫到別人能依樣畫葫蘆地製造出相同東西的地步,還必須將如此仔細的製造方法上傳至網站,最後還得在全班學生面前發表(Show and Tell)。這整個過程總共重覆了十三次,每週進行一次,換句話說,就是在學到製造方法的原理與機制(Learn)之後,再親自動手製作(Make),然後分享(Share)製作過程中的失敗與成功。如此過程將不斷地循環,直到學生將這一切基本訓練都吸收為止。

這堂課的基本概念是「從零開始製作(From Scratch)」,因此不允許使用現有的工具套件,其用意在於讓學生不管去到世界任何一個角落,都能利用最基本的工具完成「(幾乎)萬物皆可做」的目標。

下列是我在二○一○選修這堂課時的課程表。

第1週 9月13日 序論 介紹設計工具

第2週 9月20日 樹脂(紙類)切割機、電射切割機(成型1)

第3週 9月27日 電子線路的設計、切割、組裝(實作1)

第4週 10月4日 水刀、銑床(成型2)

第5週 10月11日 機械設計

第6週 10月18日 電子線路設計與程式設計(實作2)

第7週 10月25日3D掃描器、3D印表機(成型3)

第8週 11月1日 輸入裝置、感測器(實作3)

第9週 11月8日 塑模、鑄造、材料混合(成型4)

第10週 11月15日 輸出裝置、致動器(實作4)

第11週 11月22日 元件、連結零件(成型5)

第12週 11月29日 網路與傳輸(實作5)

第13週 12月6日 最終課題準備

第14週 12月13日 最終課題發表

奇妙的修課學生選拔

在第一次的課程介紹之日時,蜂擁而至的修課學生遠遠超過一百名,但這堂課只有三十個名額,所以必須以選拔方式決定修課學生。最後獲得資格的這三十名學生來自四面八方,有的主修建築或機械,也有主修電子、資訊的學生,有的則是希望未來能成為設計師或藝術家的學生,而且這些學生也來自不同的國家。

選拔方式由修課學生提出的背景資料、選課動機以及想在這堂課製作什麼作品來決定,但是這堂課的選拔基準卻很不傳統,其基準是以「無聊的東西(Silly)與正式的東西(Serious)、有藝術家氣質與工程師頭腦的人、初學者與專家,這種多元性的搭配所組成」。修課生的選拔不受個人技術優劣影響,只在乎是否能保有這堂課的多元性而已。

保有修課生的多元性是這堂課的重點,因為這堂課的內容主要包含主修設計的學生所擅長的「成型系」,以及電機工程系學生熟悉的「實作系」的兩種課題,而進行方式則是每週交替指導上述這兩種課題。當然沒有一位學生能通曉所有課題,但也正因為如此,學生們才能彼此貢獻專長,而教學相長的文化也自然而然在學生之間形成,慢慢地學生之間產生革命情感,也形成了所謂的社群關係。

這堂課不單單只是一週一次的授課內容而已,整套教學包含了由前一年修課學生擔任助教所指導的工具機實習的「Lab」,以及學生之間互相貢獻專長、互相指導的自主性「次專題研討會」,以及每天進行大量問答的「群組郵件」,還有請來研究人員與「製造」實踐人員進行的「Talk」。除此之外,「製造」的過程裡常需要試作作品,也常常會遇到失敗,所以大部分的學生幾乎把每天所有的時間都投入這堂課裡。

行程滿檔的一週學生生活

一週學生生活所得,大概就是辛苦兩字。

星期一的課程是主要的內容,一口氣就連上四堂課,前三堂課由學生發表前一週的單週報告。

星期二則花三堂課或四堂課分別進行小組討論或實驗討論,也會進行工具使用說明的指導。每一次負責指導的人都不同,但都是前一年的修課學生。

星期三的六堂課則是與「(幾乎)萬物皆可做」的方法有關之研究人員的對談。

星期四到星期五之間則各花兩個小時舉辦學生彼此貢獻專長、互相指導的「次專題研討會」。

其餘的時間就是大家聚在一起做作業或是吃飯。除此之外,修課學生還可透過「群組郵件」的方式進行大量的問與答(每天都進行!)。

「一次的課程內容」就是這麼多的量,大概每週都得花五十個小時才能完成作業。當星期一的課程結束後,星期二就指導相關工具的使用方法,然後決定該要製作的作品,星期三的晚上則可喘息一下,與研究人員們進行對談,接著從星期四到星期日為止都是在做作業。等到星期日晚上大致完成後,再急忙地將作品更新至網路,稍微休息一下後,就立刻在星期一的三堂課裡發表該週報告。發表之後以為可以暫時放下心,沒想到下一週的課題又立刻公布,隨即又面臨提出創意的沉重壓力。

我在選修這堂課的過程中,絲毫沒有一刻喘息的機會,可說是我人生之中最辛苦的一堂課,老實說,我的年齡已不太適合熬夜了。

要趁新鮮的時候讓創意具體成型

第一次上課教授就突然提出:「這堂課的最終成果展是繪製立體模型,然後經過算圖將立體模型製作成動畫。」這個題目得在一週之內製作。之所以會在第一堂課就揭露最終的課題,是為了讓整套課程充滿挑戰,即便學生們可在中途改變作品的方向。

換句話說,在選修這堂課的課程中,不會有「慢慢思考要做什麼東西」的創意發想時間。就這點來看,這與IDEO流的「設計思考」製作方式採取不同的策略。正因為這堂課的標題是「方法(How to)」,所以才大膽地只留下「該如何製作」的課程內容。

創意從工具與素材而生

這堂課的「要做什麼(What)」課題通常都是從工具與素材來尋找創意,不會從實地考查或市場行銷的角度來思考。而且接下來的「為什麼要做(Why)」課題雖然是一道自問自答的題目,但是與其他修課學生在酒吧或咖啡廳聊到自己的製作動機時,都會突然湧現另一層的靈感,也讓自己對正在著手製作的作品有更深刻的想法。「要做什麼」與「為什麼要做」的討論是最重要的大事,但是這些討論都只在充足的自主課外時間進行,有限的正式上課時間只用來貫徹「該怎麼做(How)」的學習。「該怎麼做」的課堂討論總是夾雜著各方意見與評論,不過我認為這種討論是學習設計工程必需的教育。

為什麼我會如此認為?在我執教大學這幾年裡常看到「要做什麼?」的創意已經十分完整,但最終卻難以付諸實現的光景,即便已經進入製作原型的階段,卻沒有足夠的技術進行。決定作品的方向之後,再開始學習製作方法的過程中,時間也跟著悄悄地流失,而發想者自己也不再覺得一開始的創意很新鮮,創意也就失去了原有的光輝。明明是在腦海裡閃閃發亮的創意案,卻很難成為具體的「物品」,而在如此煎熬的時間裡,最初的興奮感也跟著消失殆盡。

不過要是有製作原型的技術,就能在創意湧現的一週之內,製作出初版的原型。趁創意還很「新鮮」,然後帶著期待感將創意由內而外地轉化成具體的「物品」,是非常關鍵的一步,因為這樣創意案才會真的啟動。就好比做料理一樣,腦袋的想法與身體的動作一致,就能一步步地做出好菜。

透過打造原型來培育創意

最重要的是,打造原型的過程也是讓創意進一步延展的時間。我們的思考會在創意外化為「物品」的過程中得到另一層的刺激,進而獲得新的靈感。

理想的作業模式是一邊打造原型、一邊微幅修正創意,然後再繼續打造原型,最終讓「故事(Story)」與「作品(Project)」一併完成。我覺得讓自己習慣這樣的製作流程是很重要的。我覺得不管是先擘畫概念再製作,還是先製作再讓創意變得完整,都屬於創意與實作分開進行的製作流程,而我實在不太習慣這樣的流程,因為創意與實作就像是車子的兩個輪子一樣,必須同時前進不可。

話說回來,要習慣這裡所說的「理想的製作流程」也不是一件簡單的事,因為「物品」的製作非得與創意的發想同步進行才行。

工業製品的試作流程會使用一種稱為「 快速成型(RapidPrototyping)」的手法。但如果進一步深究「Rapid」的意思,就會發現快速成型手法的意義不在節省時間或提高製作效率,而在於「趁創意還新鮮,還熱得發燙時,立刻讓創意外化為具體的物品」的這點裡。就如同建築師會製作大量的模型、料理人會即興地將冰箱裡的食材作成佳餚一樣,希望讓身體能擁有將思考輸出成「物品」的運動神經。

也正因為如此這堂課才會要求學生每天、每週「不停地製作」,這等於是一種良性的心理壓力。

 

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

文章難易度
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/