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盤旋飛行器

科景_96
・2011/02/07 ・799字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 524 ・七年級
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Original publish date:Sep 18, 2000

編輯 Vincent Liu 報導

微型飛行器 photo source:youtube
微型飛行器
photo source:youtube

一個新穎的昆蟲飛行的數學理論夠幫助工程師複製飛蠅的飛行

路徑而去設計微小飛行機器。

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這是科學家第一次具體解釋有些昆蟲能夠運用圍繞他們的空氣

流動,使得他們可以在俯衝運動和盤旋靜止之間做瞬間轉換。

過去在傳統的空氣動力理論有一個舊的迷思:飛行器像大黃蜂

的飛行是不可能的。

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飛行器的翅膀不像是昆蟲是要藉著快速拍動的翅膀停留在空中。

所以空氣是被翅膀快速攪動至激烈捲曲的渦漩中,而不是平滑的

覆蓋翅膀。

但是拍動的翅膀是不會產生混亂。昆蟲靈敏地協調他們翅膀的

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運動產生升力。重要的關鍵在於翅膀如何從邊緣發散渦漩。

渦漩就是移動中的空氣小包,其中帶走動能,就好像空氣從螺

蜁槳流動,他們能產生反力作用在物體上。

先前關於昆蟲飛行的研究顯示翅膀的轉動在拍翅時是控制升力

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和改變方向的機制中重要的部分。

當向下拍翅時,昆蟲的翅膀的導向與地面平行。在完成拍翅運

動的最後階段,牠轉動翅膀與地面稍稍成直角。

現在,康乃爾的Z. Jane Wang發展一個理論1指出轉動的翅膀如

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何產生渦漩使的昆蟲盤旋。Wang利用電腦將環繞翅膀的流場分割

成有限的網格點,在去計算每個網格點的流場。

執行三維空間的計算其運算量太大﹐需要花得時間太多。

為了能在合理的時間內算出結果﹐Wang猜測與翅膀垂直的二維流

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場剖面是關鍵的部份。

藉著觀察流場分佈,她得到了昆蟲如何精心利用渦漩的深刻理解。

或許現在我們能夠對於有些昆蟲能夠倒退起飛,側向飛行和從上

往下的飛行,有些好的理論解釋。

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參考文獻:

1.Wang, Z. J. Two dimensional mechanism for insect hovering. Physical

Review Letters 85, 2216-2219 (2000).

參考來源:

  • PHILIP BALL “physics : Hover craft” in Nature Science Update 9/11/2000

本文版權聲明與轉載授權資訊:

 

 

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科景_96
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Sciscape成立於1999年4月,為一非營利的專業科學新聞網站。

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FOM 2025 台灣登場 顯微技術引領科研新紀元
顯微觀點_96
・2025/06/17 ・1649字 ・閱讀時間約 3 分鐘

本文轉載自顯微觀點

  • FOM 2025系列報導
圖 / 顯微觀點

全球光學顯微鏡領域的年度盛會—Focus On Microscopy(顯微鏡學科技學術研討會,簡稱 FOM)4 月 16 日於台灣大學醫學院國際會議中心圓滿落幕。為期四天的研討會​,吸引了來自全球的研究人員、工程師與產業代表,共同探討顯微技術的最新進展與未來趨勢。

FOM 自 1988 年於德國首次舉辦以來,持續推動光學顯微技術在生物醫學與材料科學領域的創新與應用,已成為國際間最具影響力的顯微技術學術平台之一。​由於主辦地並非以輪流方式選定,對於 FOM 大會今年選擇在台灣舉辦,台灣主辦召集人、國立陽明交通大學生醫光電研究所特聘教授高甫仁表示:「主辦地必須滿足許多條件,包括研究進化的程度。而這代表世界對台灣光學方面技術品質的肯定,不論是技術的提升抑或研究的深入,不只和 10 年前相比,也相對其他國家又更往前一步」。

多元議題 聚焦顯微技術前沿

江安世
江安世教授以「解碼大腦連結」(Decoding Brain Connectomes)為主題進行大會演講。攝影/楊雅棠

FOM 2025 涵蓋了廣泛的主題,從共軛焦與多光子激發顯微術、超解析顯微術、3D 與 4D 活細胞與組織影像、層光顯微術等。​此外,會議也深入探討了進階的螢光影像與光譜技術,如 FRET、FRAP、FLIM、FCS、SOFI 等,並介紹了新型螢光探針、蛋白質、量子點與單分子影像技術。​其他議題還包括清除與膨脹技術、相干非線性顯微術(如 SHG、THG、SFG、CARS)、多維螢光與拉曼光譜影像、光與電子顯微術的相關應用等。顯示顯微技術正在不斷進步,應用範疇也逐漸擴大。

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中研院院士、清華大學腦科學研究中心主任江安世也在本次大會中進行大會專題演講(Plenary Speech)。

江安世教授以「解碼大腦連結」(Decoding Brain Connectomes)為主題,展示團隊應用「水凝膠擴張顯微術(Expansion Microscopy)」整合一系列尖端技術觀測整個果蠅腦樣本的成果。

目前團隊也將應用從果蠅腦進一步至人腦,但仍面臨龐大的挑戰,包含資料量龐大、成像時間長、以及對儀器與計算資源的需求高昂。為了突破這些限制,團隊結合AI運算與攝影式成像,提出一種新策略:以高速相機陣列替代傳統顯微鏡,並藉由 AI 進行超解析度影像重建。

來自德國耶拿大學醫院的布許(Michael Börsch)則是25年來都致力於單分子 FRET(smFRET,螢光共振能量傳遞)顯微技術的開發。他聚焦於細胞中最基本的「能量生產線」——FoF₁-ATP 合成酶(FoF₁-ATP synthase),而其亞基旋轉過程被譽為「生物馬達」。而他的團隊導入奈米鑽石中的氮-空位(NV)中心作為量子螢光感測器,其非閃爍、高穩定的螢光性質,並藉由雷射與電場即時調控,使蛋白質可穩定觀察數秒。

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同樣鑽研於單分子技術的中研院單分子生物核心實驗室研究副技師黃婉媜解釋,傳統FRET可能好不容易測得螢光,但只測到分子的 1 個動作。透過布許加上電場調控的技術,原本只能測得三步(steps)的動作可以測得十步,不僅可以計算每一步的速度,也更能描繪出分子移動的動態過程。

產學合作 展示創新技術​

FOM 2025 不僅聚集多位大師演講,為顯微技術擘劃最新且深刻的前景,也安排了基礎與進階的教學課程和多場平行研討會、快閃海報展示,為職業生涯各個階段的科學家提供平台。除此之外,大會也吸引了眾多國際知名廠商參展,展示最新的顯微技術與解決方案。

隨著 FOM 2025 在台灣圓滿落幕,不僅展示了台灣在顯微技術領域的研究實力與創新能力,也促進了國際間的學術交流與合作。期待未來台灣能持續在全球顯微技術舞台上發光發熱,推動科學研究的蓬勃發展。

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FOM 2025 會場一隅。攝影/高啟航
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【成語科學】龍騰虎躍:老虎真的能跳高?
張之傑_96
・2025/06/14 ・1261字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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在海外旅行期間,收到《小達文西》編輯部簡訊,希望章老師再寫一年「成語與科學」。章老師已是髦耋之年,但為了小讀者們,就勉力重出江湖吧。

今年是龍年,讓我們以成語「龍騰虎躍」開場。龍騰虎躍,字面上的意思是:如龍飛騰,如虎跳躍,形容生氣勃勃,或精神振奮,或筆勢起伏有力。讓我們先造兩個句。

班際躲避球賽開始,兩班隊員個個龍騰虎躍,都想擊敗對方。

唐代的張旭有草聖之稱,他的草書寫得龍騰虎躍,氣勢非凡。

「龍」從哪裡來?

接下去循例要談談這個成語的科學意涵。先談龍,龍是一種想像的動物。那麼,先民為什麼要創造「龍」這種想像的動物?這就要從圖騰崇拜說起。在先民的原始信仰中,認為他們的祖先源自某種動物,也就是與某種動物具有親緣關係,於是圖騰崇拜便與祖先崇拜相聯繫。

上古的圖騰信仰與祖先崇拜互有關連性。圖 / unsplash

華夏文明發展早期,不可能不經歷圖騰林立的階段,其後逐漸整合成少數幾種。史前有不少東方部族以鳥類為圖騰,經過整合就成為「鳳」。史前有不少中原部族以爬蟲類為圖騰,經過整合就成為「龍」。

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因此龍起源於上古部族圖騰,歷經綜合和修飾,逐漸演變成唐宋以後的造型。這種造型看起來威風凜凜,其實既不能適應陸地生活,也不能適應水中生活,更不要說在空中飛騰了。

再談虎。中國原本是個多虎的國家,直到 1949 年,全中國仍有 529 個縣產虎,其中華南亞種占370個縣,可說是中國虎的代表,難怪華南虎又有中國虎之稱。然而,從 1950 年代到 1960 年代,中國大陸曾經迭次發動「除害運動」,使得華南虎、華北虎和西北虎滅絕,殘存的也岌岌可危。

虎能「躍」多高?比比貓科動物的跳躍實力

老虎雖然是跳遠高手,跳高卻不怎麼拿手。圖 / unsplash

由於古時中國多虎,於是衍生出許多與虎有關的成語,龍騰虎躍就是其中之一。前面說過,以龍的造型來說,牠沒有翅膀,「龍騰」是不可能的。那麼「虎躍」呢?虎屬於貓科,貓科動物大多擅跳躍,以虎來說,可說是跳遠高手,一跳最遠可達 10 公尺;虎的跳高不算出色,只能跳 2 公尺左右,不如豹和獰貓,牠們都能跳 3 公尺。

然而在貓科動物中,跳遠和跳高的總冠軍是美洲獅,牠跳遠可達 12 公尺,跳高可達 4 公尺。以跑步來說,美洲獅是貓科中第二快的,僅次於獵豹。

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張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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從搔癢難耐到找回自信:一顆藥讓乾癬患者不再與鱗屑共存?
careonline_96
・2025/06/13 ・2728字 ・閱讀時間約 5 分鐘

圖 / 照護線上

中山醫學大學附設醫院皮膚科邱足滿醫師表示:「乾癬會對患者造成極大的心理壓力,皮膚外觀的改變可能影響其工作表現、社交互動與自信心;而嚴重搔癢也常干擾睡眠,進一步影響生活品質。」邱足滿醫師進一步指出,過去乾癬的治療以療效良好的生物製劑為主,近年則有新型口服小分子標靶藥物──TYK2 抑制劑問世,其治療機轉精準,治療成效佳,為中重度乾癬患者帶來生物製劑的針劑之外的口服藥物優異選擇。

「目前臨床上常用的精準治療選項,包含生物製劑與 TYK2 抑制劑等新型口服小分子標靶藥物。相較於傳統藥物,這類標靶治療可直接抑制乾癬相關的發炎訊號,兼具療效與安全性,且因口服劑型使用便利,有助提升患者的治療順從性。」

中重度乾癬
圖 / 照護線上

「乾癬不只是皮膚病」:頭皮型乾癬發生率高、搔癢症狀影響生活品質,中重度患者需注意全身共病

乾癬(Psoriasis)是一種慢性、自體發炎性皮膚疾病,因免疫系統異常活躍,導致皮膚反覆發炎、角質增生,進而出現紅色斑塊與銀白色鱗屑。中山醫學大學附設醫院皮膚科邱足滿醫師說明,臨床上常以「手掌法則」簡易評估病灶面積:將手指自然併攏,掌心與手指的總面積約等於身體表面積的 1%。若患者乾癬病灶總和超過 10% 體表面積,便屬於「中重度乾癬」,代表皮膚受影響範圍廣泛,須積極評估進一步治療選擇。

「根據我在醫學中心的臨床經驗,中重度斑塊型乾癬患者約佔整體乾癬族群的四分之一至三分之一。」邱足滿醫師表示,其中約有 80% 至 90% 的乾癬患者會出現頭皮病灶。輕微的頭皮型乾癬常隱藏在髮際間不易察覺,較嚴重者則可能延伸波及至額頭、耳後,甚至擴及頸部。

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乾癬最常見的主訴之一是頑固搔癢,約 70% 至 90% 的患者曾經歷這樣的困擾。邱足滿醫師指出,長期搔癢不僅干擾睡眠,也會影響生活品質,進一步造成焦慮、情緒低落等心理壓力。由於乾癬皮膚病灶多呈現紅色斑塊與銀白色鱗屑,許多患者在職場、社交或日常互動中產生自卑與壓力。

此外,中重度乾癬患者常伴隨多種系統性共病,如高血壓、高血脂、高血糖、心血管疾病及乾癬性關節炎等。邱足滿醫師提醒,治療不應僅聚焦於皮膚症狀,更需整合性管理潛在共病,以維持整體健康。

中重度乾癬的治療策略
圖 / 照護線上

中重度乾癬治療邁向精準化,新型口服標靶藥物(TYK2 抑制劑)大幅提升療效與便利性

乾癬的治療包括局部及全身性治療。一般來說,較輕微的乾癬可使用外用藥物做局部治療,至於中重度乾癬患者可能需要進一步採用全身性治療。照光治療雖具良好療效且安全性高,但需每週至醫院接受治療二至三次,對患者而言在時間安排上較具挑戰。

邱足滿醫師說:「新型口服小分子標靶藥物(TYK2 抑制劑)可精準抑制與乾癬相關的發炎訊號,大幅提升治療成效。」此外,生物製劑為注射劑型,多數患者須至醫療院所施打;相較之下,口服小分子標靶藥物為口服劑型,使用上更為便利,有助提升治療順從性。

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新型口服標靶藥物(TYK2抑制劑)提升中重度乾癬治療成效
圖 / 照護線上

精準抑炎、副作用低:新型口服小分子標靶藥物 TYK2 展現優異療效

根據研究顯示,乾癬患者接受新型口服小分子標靶藥物(TYK2 抑制劑)治療 16 週後,約有六至七成可達到 PASI 75 的療效,亦即皮膚病灶改善 75% 以上。此類藥物對頭皮乾癬與指甲乾癬也有良好療效,且在使用超過 4 年的情況下,仍有高比例患者維持穩定療效。值得一提的是,新型口服小分子標靶藥物(TYK2 抑制劑)在臨床上相對較不影響肝腎功能,具備較佳的安全性與使用便利性。

邱足滿醫師補充,部分患者雖未符合健保對中重度乾癬的給付標準,但因頭皮乾癬影響外觀與社交,或指甲乾癬導致疼痛、影響手部功能,亦可能考慮自費使用新型口服小分子標靶藥物(TYK2抑制劑),改善生活品質。乾癬為慢性發炎疾病,患者除了積極接受治療外,也應建立良好生活習慣,包括維持規律作息、避免熬夜、控制體重、戒菸戒酒,方能有助病情穩定控制、延緩惡化。

筆記重點整理

  • 乾癬是一種自體發炎疾病,因免疫系統異常活躍,導致皮膚反覆慢性發炎,進而在身上出現多處帶有皮屑的紅斑。若患者全身乾癬病灶總面積超過 10% 體表面積,則屬「中重度乾癬」,代表皮膚受影響範圍廣泛,須採取相對積極的治療策略。
  • 頭皮型乾癬的發生率極高,臨床上約有 80% 至 90% 的乾癬患者會出現頭皮病灶。輕微的頭皮病灶常隱藏於髮際間,較嚴重者則可能波及額頭、耳後,甚至延伸頸部。
  • 外觀改變會對患者的工作、社交與自信心產生顯著影響。對中重度乾癬患者而言,病灶常分布於身體多處,影響層面更加深遠。
  • 當傳統藥物治療成效有限時,可考慮進一步採用新型口服小分子標靶藥物(TYK2抑制劑)。標靶藥物能精準抑制與乾癬相關的發炎訊號,有助於提升治療效果。
  • 根據研究,乾癬患者接受新型口服小分子標靶藥物治療 16 週後,約有六至七成可達到 PASI 75 的療效,並可改善頭皮乾癬與指甲乾癬。即使使用超過 4 年,仍有高比例患者維持良好療效。此外,這類藥物相對較不影響肝臟與腎臟功能,整體使用上較為便利且具安全性。
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