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登上醫療雲的第一步,讓醫療器材無線同步不受拘束!

創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
・2015/03/08 ・903字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 554 ・八年級

文/亞坦尼斯

不管是去醫院看病檢查,或是在家裡的健康監測,我們都常常會運用到心跳、血壓、血糖等測量醫護器材。而隨著雲端產業和個人智慧型裝置的興起,這些醫護器材也開始建立起如藍芽等通訊技術,以可便利地和手機或平版通訊,也可連接上雲端系統,達到遠距照護的目的。

然而,過去遠距照護系統的開發,往往受限於量測自動化不足,需仰賴手動記錄與上傳資料等,除過程較繁瑣外,也容易有記陸缺失。此外,各種醫護器材和網路設備之間缺乏互通標準和連接方式不一致,因而提高各種生理指數的量測資訊整合難度。且部分醫療機構所使用的設備,也因價格偏高或設備體積過大而不利於攜帶運送或民眾居家使用。因此國際健康聯盟(Continua Health Alliance)提出了一套健康設備設計規範(Continua Guideline),符合本規範技術標準的醫護器材和網路閘道器皆可互相通訊,並利用閘道器將資訊上傳到雲端或醫療資訊中心。

目前工研院生醫所施明特助及其團隊,利用Continua Guideline的標準,將心跳、血壓、血糖計等醫護器材,連接至團隊所設計福和通訊標準的「轉換器」與「閘道器」。轉換器的目的是要連接與編碼現有醫護器材的量測資料。大致原理可分為三個層面,一是根據醫護器材的硬體裝置,設計可連接的通訊端(如:RS-232);二是將通訊端所擷取的資料,依據Continua Guideline的規則翻譯成Health Device Profile (HDP)的格式;第三層則是利用現有的藍芽模組,將資訊對外傳送出去。而在接收端的部分,則可以利用電腦或智慧型手機,設計能讀取Continua Guideline規格的軟體,並客製化使用者介面。就可以在螢幕上,輕鬆讀去各種醫護器材的量測資訊了。

目前研發團隊已經針對心跳計、血壓計與血糖計開發出能用手機讀取資料的完整系統。每次資料在量測完後會自動傳輸並儲存至手機中,縮短了原本的量測流程,也減少了人為紀錄疏失的機會。除了設計系統外,研發團隊也會輔導協助廠商通過Continua Guideline的產品認證。利用電子產業的通訊技術,將常見的醫護器材,推上即將來臨的醫療雲端。

利用平板電腦,可輕鬆無線讀取血壓計的數值。
開發中的心跳計,可將心跳數值利用藍芽傳送至手機上。
開發中的心跳計,可將心跳數值利用藍芽傳送至手機上。

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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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如何避免無人機自殺攻擊事件?Linkit One讓無人機不再亂亂飛!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2016/01/26 ・2675字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 536 ・七年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本篇文章由 聯發科技創意實驗室 (MediaTek Labs) 贊助,泛科學策畫執行。

2015年是無人機蓬勃發展的一年,同時也是各種無人機自殺攻擊事件頻傳的一年,如果有個恐怖組織名稱叫做「無人機」,ISIS大概可以收一收了,因為無人機的戰力實在太強大啦!這一年來無人機陸續攻擊了台北 101、美國白宮、日本首相官邸與世界文化遺產姬路城,並且差點擊中正在參加高山滑雪世界盃競賽的選手,這一連串的意外凸顯出無人機的安全問題,目前世界各國與企業都在從技術與法規面著手,確保未來世界可以享受無人機帶來的便利,又不會三不五時就被暴走的無人機攻擊。

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在意大利舉行的高山滑雪世界盃比賽中發生了無人機墜毀,險些砸中參賽選手的意外狀況。

在 2015年的世界通訊大賽物聯網及穿戴式組的冠軍,正是由來自南台灣的學生團隊所研發出的無人機飛行安全監控平台,這支名為 Sky Sentry的團隊,年紀雖然不輕,但是創意完全不輸年輕人,加上多年的實戰經驗,開發出來這套平台,獲得評審們的一致好評,而開發的靈感其實是來自於團員的切身之痛。

LinkitOne開發板威力無窮

目前就讀南台科技大學電子工程系博士班的蔡博智,最近幾年開始接觸無人機,但是已經走失了兩台;他的朋友更慘,買了一台 36,000元的無人機後,第一次升空拍了一張照片,就再也不見蹤影。

「問題出在連線的方式,無人機與控制器之間的連線就像紅外線或 Wi-Fi,以點對點的方式連接,一旦飛行超過連線距離,或是被建築物干擾訊號,無人機就會開始迷航。」蔡博智說,在都市裡面更容易因為玻璃帷幕的反射,造成訊號混亂而失控。

團隊想出來的解決方法就是,讓無人機擁有跟手機一樣的訊號,透過 GPRS或 3G連線接上 Internet,即使短暫失聯,只要附近有基地台就可以恢復連線,找到回家的路,從這個概念出發,他們開始著手設計這個飛行監控平台。

實際製作時,他們在硬體設計上,先比較了 Arduino和 LinktOne兩塊開發板。而 LinkitOne的強項在於內建了完整功能,不僅有 GPRS連線功能,還有 GPS、藍牙與 micro-SD卡,只要在無人機上加裝這塊板子,與飛行控制系統結合,就可以大幅強化無人機的通訊能力,如果失蹤墜落,還可以透過藍牙訊號搜救,micro-SD卡還能儲存飛行紀錄,就像是大型飛機的黑盒子一樣,可以判斷飛行過程中發生了什麼問題來進行調整。

「實際操作上,LinkitOne還有兩個巨大的優勢,便宜跟重量較輕。」蔡博智說,無人機體積小、重量輕,對於重量必須斤斤計較,要加裝在上面的開發板必須要夠輕巧;而 LinkitOne的價格也許比陽春版的 Arduino開發板貴,但是 Arduino要加裝各種元件才能達到 LinkitOne的功能,價格卻遠遠超過 LinkitOne,這樣一比 LinkitOne的 CP其實蠻高的。

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蔡博智設計的飛行監控平台使用LinkIt One為主要開發版,並與無人機之飛行控制板進行連結。

飛行監控平台:後台雲端運算+資料庫

帶領團隊的李志清老師任教於南台科大電子工程系,這次他將自己在航太技術及系統整合十多年的經驗,結合即時監控及無人機通訊與控制技術,與學生們合作開發,完成了這套國內首創的無人機飛行安全監控平台。

這一套飛行監控平台除了透過 LinkitOne來溝通、控制無人機之外,更關鍵的是後台的運算與資料庫系統。這套平台主要有三個重點功能,首先是透過系統設定座標,將某些區域設定為禁航區,無人機便不能在區域內起飛或飛進此區域,以此避免撞建築物或飛進人群密集處造成安全隱憂。台灣政府若採用這套系統來管控全台的無人機,只要將機場、軍事禁區、建物密集區等高敏感地帶設定為禁航區,內建在雲端資料庫裡,只要無人機連上這個資料庫便能辨識出禁航區的位置,就可以輕鬆減少誤闖禁區的意外。

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第二,設置電子圍籬,限定無人機只能在某一個範圍內飛行,一旦飛出這個範圍,就會強制返航,如此便能解決迷航亂飛的問題。電子圍籬非常適合新手們試飛,也很適合開發者實驗新機器,只要碰觸到電子圍籬的訊號範圍,無人機就會收到返航訊號,接著拉升高度後,返航並自動降落到指定的位置。

第三,萬一無人機迷航或墜落在視線外,也可以透過這個平台尋找,只要透過 LinkitOne上的 GPS、GPRS和藍芽訊號,就能夠幫助使用者找回無人機。LinkitOne內建的 GPRS可以直接連網回報位置,若是掉落在沒有基地台的地方,也可以透過藍牙訊號(除非像電影一樣,在墜落時就把所有通訊功能都摔壞)慢慢逼近位置,縮小搜索範圍。

雖然整個監控平台是基於 LinkitOne開發板的功能來設計,不過未來,即使無人機上沒有安裝 LinkiOne開發板,團隊也將 API完全開放,無人機使用者、開發商或玩家,都可以自行運用,讓自己的無人機(必須具備連接 internet功能)也能配合這個雲端判別系統與資料庫,來確保安全。團隊也有提供包套式的服務,協助安裝 LinkitOne開發板,讓幾乎所有的無人機都可以使用這套系統。

「我們準備好了!」

目前世界各國都在摸索一套無人機的監控方案,希望在開放與安全間取得平衡。美國 FAA去年中推出了一套法案,針對無人機的飛行高度、速度與重量都設定限制,操作者必須年滿 17歲,且只能在白天於可目視範圍內操作。台灣也正在修訂《民用航空法》,設下種種限制,包括:必須以目視方式操作且高度不得超過 400呎(約 40層樓高),須在白天操作,不得在禁航區、限航區及航空站與飛行場四周作業,且不得在露天集會遊行人群上空(商用無人機的專業空拍,可以提出申請即可在夜間、露天集會人群上空拍攝)。

然而這些規定如何落實執行?日本去年推出無人機獵捕系統,由一組攜帶網子的無人機,在空中搜捕違規飛行的無人機,這樣的作法顯然只能應急,而且聽起來非常不高科技。

日本的無人機
日本的無人機獵捕系統是用網子捕捉違規的無人機。

從訊號端進行控制,讓無人機都能乖巧聽話才是真正治本之道。無人機大廠 DJI大疆已經陸續推出一系列的安全措施,來回應這些需求,不過台灣團隊的成果,顯然是最超值又能達成目標的極佳選擇。

「這套系統能得獎的一大原因是,我們已經完全 ready了。」蔡博智說,現在整套系統的功能已經完備,只差使用者介面與網頁的優化,只要未來無人機管制法案通過後,無人機將會需要登記註冊才能起飛,登記時,可能就必須要包含這套飛安平台的註冊證明,因此無人機的市場有多大,這套系統的商機就有多大。

蔡博智(右)認為他們獲獎的原因在於:整套系統的功能已經完備了。

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【極光片語】地球角落的物聯網
雷漢欣
・2016/01/12 ・4637字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 513 ・六年級

只要觀察現在全世界最值錢的企業——Apple、Google、Facebook、阿里巴巴等,就可以發現這企業有個重要的共通點,就是網路。無論提供的服務是O2OM2M、行動電商還是雲端,所仰賴的基礎建設都是「物聯網(Internet of Thing, IoT)」,有了物聯網的平台,企業才能收集、處理資料並且形成獨特的商業模式。另一個有趣的例子是異軍突起的Netflix,「Netflix取代了百視達,但不只讓大家在網路上租影片看,它真正開風氣之先且因此賺錢的,是做出『看這部影片的人也看這些影片』這項服務。現在看主動推薦相關產品的功能已經司空見慣,但當初Netflix實現這個想法時發現,他們有75%的生意是來自這個新功能!」李世光老師覺得厲害。

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接受專訪侃侃而談的李世光老師。攝影:林梳雲

新能源加通訊,尬出工業革命

「大家都在找新的應用和商業模式,像是小米跟江蕙演唱會成功的飢餓行銷,IoT就是其中重要的平台。」物聯網不僅是人類所使用工具的進步,《物聯網革命》這本書甚至大膽預測,物聯網將會造成下一次的工業革命,因為我們回頭分析人類歷史,可以發現每一次工業革命都是能源與通訊科技創新的結果,而物聯網也有這樣的特性。

第一次工業革命是因為瓦特(James Watt)改良了蒸汽機,由煤炭為動力所驅動的現代蒸汽機取代了水力/風力,大大提升了棉花等產業的生產力,蒸汽印刷機和蒸汽火車增加資訊產生的速度和傳播的距離,也成為一個全新的通訊/能源組合,由於業務高度倚重印刷跟鐵道,所以當時新的商業模式一定出現在運輸、資訊、能源的中心地段,「其實鐵道就是平台,報紙加速生產就像是網路頻寬增加,這個角度的想法還真有意思!」

從19世紀末期開始,電話和石油驅動的能源成為全新的通訊/能源組合,提供第二次工業革命的通用巨型平台。電話讓通訊更加便利,家家戶戶裝有電話後,通訊的節點從火車站變成家庭;石油與電這兩種能源的生產需要很耗費高昂成本,此時的新興交通工具——汽車及相關的公路建設也需要巨大的資源,這樣的特性都進一步造就更強大的中央集權化經營模式。

過去數十年間,網際網路迅速改變了資訊產生與流通的方法,科學家也積極地開發新型能源和再生能源,由於社群網路的成型、雲端運算的快速發展、數位技術的演進(如3D列印)以及對巨量資料的重視與需求增加,因而興起了最新的通訊/能源組合式基礎架構(如物聯網),在這個架構下,資訊及能源不再以中央集權的方式生產,反而將以「智慧」為概念,經由共享、橫向網路整合推動新的經濟體系。

位於東非的坦噶尼喀湖,劇烈的日夜溫差產生頻繁的翻騰作用,加大湖泊的生產力而形成豐富的漁場。來源:維基百科

台灣湖泊中的物聯網,超科學的~

台灣是座科技島,也是擁有高度生物多樣性的美麗島,雖然有豐富的生態卻缺乏天然能源,偏重軟體的物聯網等科技產業最適合台灣發展。但是今天我們不談物聯網相關產業如何在台灣起飛,而是回顧物聯網以前如何幫助科學家發現台灣高山湖泊新陳代謝的秘密!湖泊代謝,也就是湖泊中光合作用和呼吸作用過程中物質、能量、養分間的動態平衡關係,會受到「翻騰作用」的影響,李老師強調:「如果這樣的結構不夠完整,美麗的湖泊就會變成臭水溝。」

典型溫帶湖泊發生的翻騰效應主要受到季節影響,春季時湖泊在湖面風的吹拂下,上層含氧高的水會往下流,底層富含營養物的水也會翻到上層。但到了夏天,上層的水受到太陽加熱升溫而滯留在表層,整個湖水因溫度和密度而分層無法垂直流動;秋天氣溫下降後,上層水升溫而下沉,形成垂直的水流而產生秋季翻騰作用;冬季時湖面結冰,冰層抵禦了風的作用,湖水是一片平靜。湖泊翻騰時補充了底層水的含氧量,同時也為上層水注入新的營養鹽,因此通常湖泊在翻騰後會有較高的初級生產力。位於熱帶的高海拔湖泊有劇烈的日夜溫差,每天至少可以加熱、分層一次,例如東非的坦噶尼喀湖(Lake Tanganyika),在如此頻繁的翻騰作用下成為非常豐富的漁場。

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典型溫帶湖泊在春季和秋季會產生翻騰作用,交換上層水的氧氣和下層水的營養鹽。來源:維基百科

那麼台灣的湖泊呢?「台灣有很大的海拔範圍,我們不完全處於熱帶,但我們的漂亮程度跟多元程度卻跟熱帶有得比,為什麼呢?這個不正常~」李老師笑著說。為了瞭解台灣高山湖泊的生態系代謝過程及影響機制,林業試驗所的前所長金恆鑣博士與研究團隊以保存良好的鴛鴦湖為研究對象。在國科會(現在的科技部)的支持下,他們將裝有感應子的浮筒放在湖面上,每十分鐘測量並記錄湖面上風速、風向、水中溶氧量及不同深度水溫等數據隨著日夜和氣候變換的改變,李老師說:

「這些就是IoT的原型,所有的數據都是持續的測量並且以無線傳輸到計算中心,因為他們不可能在湖邊以人力24小時監測。」

經過一年多的研究,結果顯示鴛鴦湖的淨生產力在初夏及仲秋最高,在颱風季節則有顯著下降,因為颱風豪雨會對湖泊造成強烈的沖洗作用,湖泊中的菌相和營養鹽更新而暫時降低淨生產力,但是颱風的降雨同時也擾動了原本分層無法翻騰的夏季湖水,反而使生態系接著活潑了起來。

「他們的結論是:颱風是台灣中小湖泊生態系重要的動力來源。」

溫帶湖泊有季節性的變化,熱帶湖泊因每日翻騰作用有很高的生產力,「而研究發現鴛鴦湖的動力來源除了這兩項以外,還有『颱風』這個額外的因子。這個重要的生態研究,是在台灣早期IoT輔助下才能做到的。」李老師說。

小林村紀念公園 來源:維基百科
小林村紀念公園,建於小林村遺址附近,為了紀念莫拉克風災被土石淹沒的462位小林村居民。 來源:維基百科

如果我們為地球穿上各種感應子……

台灣科學家在鴛鴦湖的研究中說明了物聯網對地球的重要性,在另一個悲傷的事件中,科學家則是期望物聯網能避免遺憾發生。2009年莫拉克颱風在台灣南部造成極大的災情,其中最嚴重的災情在高雄市山區的小林村,小林村東北角的獻肚山因颱風帶來的大量降雨而崩塌,滾滾黃沙瞬間淹沒小林村,造成數百人死亡。

「其實過去的研究認為小林村西北角的山頭是比較危險,所以大型的通訊設備恐怕因此建設在東北角,」但八八風災時東北角的獻肚山反而是災難的中心。如果能在環境中安裝各種感應子,以物聯網長期佈局監控降水量、河流流速、雨水滲進地層的情況、山的深層結構等等,或許可以協助科學家計算土石流發生的機率,藉由種種徵兆預測事件的發展,避免憾事重演。「當我們加入物聯網、智慧化的思維,就會看到各式各樣、全面性的樣貌,這是跟以前完全不一樣的事情。」李老師說。

人手一顆感應子總共消耗幾座核電廠的能量?

早在1980年代,柏克萊大學提出「Sanddust(砂粒)」的概念,以微機電作出小型感應子,這麼一來可以降低感應子的價錢,就能在地球上廣布感應子,得到過去無法獲取的知識。IBM也曾經提出過「智慧地球」這個類似的計畫。但若想在地球各個角落裝上感應子,必須先克服能量的問題。

「假設我們要丟出一百億個感應子,而一個感應子耗電率為1毫瓦(mW),全部加起來就要0.1吉瓦(GW),核四電廠一個反應爐的發電功率是1.35吉瓦,光是一百億顆的耗電就要十分之一個核電反應爐,一百億個感應子很多嗎?每個人身上裝一個就超過這數量的一半了。」

李老師概估感應子的能源消耗,奠基今日雲端思潮的資料中心(Data Center)所需要使用的能源,就已消耗全球6%的能源,而物聯網更加蓬勃的時代勢必會產生極大量的資訊,未來雲端儲存空間還會消耗更多能源。降低能源消耗是物聯網發展的重要環節,因為要在資訊跟能源這兩個工業革命的對應元素同時進步之下,才能催化成物聯網革命。

美軍很久以前就開始設法解決行動裝置的能源問題。通訊科技在軍事的重要性可想而知,戰士們身上大概要準備6~8顆鋰電池,才能確保衛星電話、紅外線夜視鏡、通訊、防護等等配備在沙場上能隨時使用。為了維持這種行動裝置的能量來源,許多科學家探討各種人體動能擷取技術(human motion energy harvesting technology),將發電器放在耳朵、膝蓋、腳底,將溫度、震動、壓力、化學能等等轉換成電能,甚至還曾經考慮利用身體裡的血糖產生電能。

「energy harvesting (能量擷取)是個很大的領域,可以讓感應子不需要一直換電池,像是鴛鴦湖中的感應子就很需要這樣的研究,它不管是閒置、感測、傳輸,都需要用電,在野外不可能以人力更換電池或充電,所以很多人研究從風力、震動等等來源取得能量。」李老師說。

640px-View_of_Kikuseidai_from_Mount_Maya_Kobe
但若想在地球各個角落裝上感應子,必須先克服能量的問題。來源:維基百科

應用科學是基礎科學的聚焦

物聯網對產業、商業和科學研究帶來的好處已經有目共睹,在物聯網持續改變我們生活的未來,能量擷取是其中很大的結構,需要科學家持續研究,才能不斷的突破科技極限,「那麼,到底應用研究重要還是基礎研究重要?」李老師提出一個大哉問。其實應用或基礎導向的科學研究不應該有價值高低之分,「比較好的說法應該是中經院的陳信宏所長所說:應用研究是大平台,讓各種創新知識彙整、聚焦在這個平台上,而在這個過程中,跨領域的結構也更容易出現。」

以物聯網為例,作為一個科技的應用平台,它需要各種技術聚焦於此,像是感應子開發、高效的能源擷取、訊號傳輸、智慧的節能城市發展、通訊協定的需求……等,其中能源擷取也是一個各種科技的大聚焦平台,從震動擷取能量需要機械和機電子專業的聚焦,利用太陽能發電需要電子、光電專業的聚焦,用無線傳輸取電則需要傳輸技術和電力系統人才聚焦,這些都是基礎研究一路聚焦到產業端的例子,越接近產業端就收縮成更專注的主題。

物聯網現在已經對產業、科學研究帶來許多好處,未來的應用更無可限量,科學家一步步突破技術上的障礙,讓感應子如沙粒般撒在地球各個角落,我們就可以得到更多知識、更了解這顆星球,進一步理出人類、所有物種與地球間,更適合的共存共榮之道。

【下回預告】素番茄的科普難題

利用物聯網研究台灣湖泊生態系的利用物聯網研究台灣湖泊生態系的金恆鑣博士,他的哥哥,作家金恆煒,曾在一篇探討基改食品的文章中寫道:「老闆,來杯『素』的純番茄汁!」,雖然這是文章中虛構的素食者點餐台詞,但還是相當令人好奇:番茄難道不是素的嗎?1990年代曾有生技公司嘗試在番茄中加入魚的抗凍基因來研發耐寒番茄品系,「這個番茄是葷的還是素的呢?大部份人會覺得:『有動物基因,嗯,是葷的。』但對我們學科學的人來說,番茄當然還是素的,因為基因並沒有動植物的差別。」李老師說,「差別在科普。我常以這個例子來說明,看似複雜而令人害怕的東西,其實只要從原理來看就能理解。」

轉入動物源基因的植物究竟素不素?每個人有著不同科學知識含量及對問題的認知,因而會有不同的解讀和答案,若補充大家的背景知識是否就能消弭認知差異?科學普及能如何改變人們思考和判斷呢?關於李世光老師這幾十年來推廣科學教育的精采故事,都在下一回的「極光片語」!

【極光片語】專欄收錄李世光老師的訪談,每一段小故事、小物件的背後,都有饒富趣味的科學道理。吉光片羽比喻殘存的珍貴文物,象徵李世光老師在科學研發的高昂志氣和人生智慧;傳說見到極光會帶給人一輩子的好運,期待讀者在本專欄得到的啟發,都能像看見極光般感動。

雷漢欣
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PanSci的菜菜實習編輯,來自溫馨的動科系,心情好的時候喜歡說「你知道嗎!?」小故事,即使常得到「誰不知道阿.......」的冷眼回應,也不改其志。