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IRHOCS 2014國際機器人實作競賽

馥林文化_96
・2015/04/07 ・6126字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 593 ・九年級
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採訪、攝影/趙珩宇、張芳瑜.協助取材/臺灣玉山機器人協會

由教育部及國際電機電子工程師協會IEEE 指導,國立臺灣大學智慧機器人及自動化國際研究中心所主辦的第六屆IRHOCS 國際機器人實作競賽,在2014 年底於松山文創園區壓軸登場。

IRHOCS 為國內最具指標性的機器人大賽之一,著重於人機互動的重要性。本次競賽共分為「機器人保齡球賽」、今年新增設的「機器手臂車」,以及難度最高的「機器人籃球賽」三個項目,現場戰況激烈、毫無冷場,以下將針對各項賽事進行進一步報導,還原精彩現場。

機器人籃球賽!國際團隊相互較勁

文章一內文圖片-1
圖1 參賽隊伍合照。

本屆籃球機器人賽參賽隊伍來自世界各地,除了臺灣的強勁代表臺灣大學、國立交通大學、臺灣科技大學等隊伍外, 還有來自中國的上海大學、廈門大學,以及來自日本的神奈川工科大學(Kanagawa Institute of Technology)等14 支隊伍同場較勁,讓本屆機器人籃球賽從預賽到決賽,場場都讓人驚奇不斷。

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機器人籃球賽由於參賽組數眾多,賽事共分為上午場與下午場,上午場共分為4 組競賽,各組競賽分別為3到4 支隊伍參加,透過激烈的比賽後遴選出8 組參加下午場的四強爭奪賽以及四強決賽,每次競賽分為六個回合,將難度由淺至深漸漸增加,考驗著挑戰隊伍在機構與程式上的設計巧思。

人機協調與機器人性能雙向並進

第一、二回合為最基礎的任務,參賽機器人需於比賽開始後自主的從場邊移動至跳球區,並在跳球區內持球後於中央區內(大會規範之區域)將球拋給三分線內的參賽者,再由參賽者進球得分。跳球區內共有兩顆籃球,因此機器人可於時間內再尋找第二顆球拋給參賽者,以獲得第二次的得分。

在本回合競賽中,除了考驗機器人的機構與程式,也測試著參賽者的體能與投籃技巧, 以及人機間的協調性,是項德智體兼具的活動。第三與第四回合則增設了固定式障礙物,而參賽者則只能於禁區內移動,參賽機器人需從中場的邊線出發進入籃球場內,繞過層層的障礙物後拾取在三分線底線之籃球,並將球傳給在禁區內的參賽者進行投籃;第四回合則較第三回合增加了兩個障礙物,同樣須先於跳球區拾時取色球並傳給參賽者後,才能繼續尋找另一顆籃球。

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第一回合中,機器人將球拋給三分線上的參賽者(圖為上海交通大學隊伍)。

第五和第六回合是各家機器人展現出自己看家本領的精采競賽。在本兩回合中參賽機器人須於中場邊線出發,自行找到禁區中的球後再持球出發至合適的位置「自行投籃」(位置需在籃框2.5 公尺外),籃框則依高度分為正常籃球架與小型籃球架,分數也有所不同。第五回合的競賽除了考驗機器人的定位與瞄準外,也須針對不同重量之物體進行不同力道的發射,困難度較之前的競賽提升了不少。而第六回合的競賽則是籃球機器人競賽中最讓大家期待的一場競賽。在最後一回合中,跳球區的中間擋板將會被拿開,參賽機器人在投完自己跳球區中的球後則可去搶奪別隊跳球區的球進行投籃,因此除了考驗機器人投籃的準確度外,機器人移動與定位速度也是機器人間較勁的關鍵。

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4-1
第六回合中,廈門大學隊伍的機器人出現跨區 搶奪籃球的情況。
搶奪球後,機器人成功投籃。
搶奪球後,機器人成功投籃。

上午的初賽最後由臺灣大學、國立交通大學、上海交通大學、銘傳大學、中興大學、彰化師範大學、廈門大學以及臺灣科技大學晉級八強賽。

名次大洗牌!上海交大首奪冠軍

在許多機器人賽事中,在長時間的挑戰與些許時間提供挑戰者進行維修的壓力下,機器人的穩定性以及機構的耐久度往往是成就勝敗的主要關鍵。在下午的四強爭奪賽中,許多隊伍的機器人出現了不少狀況,本屆賽事最後由上海交通大學獲得第一名,國立交通大學、臺灣大學與廈門大學則分別獲得二至四名。

在本屆得獎隊伍中,大多數參賽隊伍表示:廈門大學的機器人著實帶給他們不少的壓力。廈門大學去年也參加了機器人籃球競賽,當時即以空氣砲的方式成功得到第三名,並成為全場新亮點。在本屆比賽中,除了維持空氣砲的優勢設計外,更在結構上做了不同的修正,除了持球後將籃球收至車體內以進行快速的移動外,在車輪的選擇上則使用了三輪的全向輪以進行全方位的移動,並使用從動輪與陀螺儀的搭配,在比賽前即能對場地進行相對應的座標定位,因此比賽時能迅速到達目的地。在空氣砲的設定上也有諸多巧思,他們汲取了去年因為氣瓶容量較小而得不停更換集氣瓶
的經驗,將集氣瓶從3 個增加到6 個,因此在賽前即能儲備足夠的空氣量。

廈門大學裝設6 支氣瓶以增加儲備氣壓並控制 發射壓力值;在移動方面則使用全向輪增加移 動速度。
廈門大學裝設6 支氣瓶以增加儲備氣壓並控制發射壓力值;在移動方面則使用全向輪增加移動速度。

在第五回合的投籃賽中,他們則透過程式設定,在投完籃球後將氣瓶壓力的釋放到適合排球發射的氣壓值,完美配合現場狀況。但在四強決賽開始前卻出現持球裝置的馬達故障的情形,雖然在比賽期間該隊不停的進行維修,但在第六回合時故障問題還是無法修復,因此只獲得第四名的成績,令人相當惋惜。

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機器人籃球賽的常勝軍──臺灣大學隊伍,今年重新設計並修正了先前使用的車體結構及程式,並微調將自創的飛輪發射器,把用於發射的車輪換成可以充氣的車輪,藉此提升其發射效率。本屆賽事中雖然也出現其他使用相同設計的隊伍,但還是無法達到如創始者臺大隊一樣高的發射成績。在位置的判讀上則透過Kinect 進行空間的視覺定位,藉此找尋籃框以及籃球的位置。但在四強決賽中,由於程式在第二回合開始時出現狀況,因此意外只獲得第三名的成績,這也是臺大這幾年來首度落馬。他們表示在明年的賽事中將再次修正移動與定位方式,期望明年能扳回一成。

臺灣大學隊伍的機器透過飛輪將籃球射出, 並透過Kinect 進行籃框搜尋及定位。
臺灣大學隊伍的機器人透過飛輪將籃球射出,並透過Kinect 進行籃框搜尋及定位。
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臺灣大學參賽隊伍成員與機器人合照。

 優異的機械穩定性為致勝關鍵

本屆第一名和第二名分別由上海交通大學以及國立交通大學獲得,兩組隊伍在機構設計上截然不同。上海交通大學使用電磁砲,國立交通大學的隊伍則使用傳統投石機的方式進行投擲。今年國立交通大學的參賽成員是首次來參加比賽,學弟們延續學長們所設計的機構,並修正程式。今年同樣透過Kinect 進行投籃瞄準,並使用視訊搭配雷射測距的方式進行微調以精確取球。在這些設計中,國立交通大學隊伍最自豪之處在於他們的「動態壁障系統」,雖然大會在比賽前將移動障礙物的項目取消,但未來還是期待這套雷射避障系統能有發揮的機會。

雖然獲得第二名的良好佳績,但他們仍不因此而自滿,未來會針對機器人的程式傳輸方式上進行修正,將現在透過Wi-Fi 操作的方式改為直接將電腦安置在機器人上,藉此減少程式傳輸時所消耗的時間;在投擲方式上也會進行調整,以投到標準籃框為目標努力。

國立交通大學的機器人使用如投石機的機構進行投擲,前方有視訊鏡頭與雷射用以尋找籃球。
國立交通大學的機器人使用如投石機的機構進行投擲,前方有視訊鏡頭與雷射用以尋找籃球。
四強賽時交大機器人對上臺大機器人的情形。
四強賽時交大機器人對上臺大機器人的情形。

上海交通大學的機器人花了一年的時間進行設計與調整,在發射裝置上使用電磁砲的方式,透過電磁鐵將籃球撞出;在移動上則同樣使用雷達進行感測,並以優異的機械穩定性獲得本屆機器人籃球賽的冠軍。雖然終於成功拿下冠軍,但參賽隊員也表示還有不足之處。由於採用電磁砲的方式進行發射,如要投至標準籃框則會因電壓的不足而無法達成,下次參加比賽時會進行發射器的修正與改造;在感測器與程式設定的部分,也期望能更進一步,在比賽前不需要帶領機器人跑過路線即能自行判讀並進行找球與投球的動作,讓機器人的自主性更上一層樓。

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上海交通大學的機器人採用電磁砲的方式發射籃球,每次競賽前的準備時間皆須引導機器人進行路徑辨識。
上海交通大學的機器人採用電磁砲的方式發射籃球,每次競賽前的準備時間皆須引導機器人進行路徑辨識。
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冠軍隊伍上海交通大學參賽成員與機器人合照。

本屆IRHOCS 機器人競賽雖然沒有開放給一般民眾參觀,可見度不若之前來得高;但在比賽活動期間,各隊伍透過每階段的比試、觀察與交流,對於機器人的調校與設定都有不同的啟發與感想。相信在未來,IRHOCS機器人籃球賽還會有更高水準的表現驚豔全場。

機器人保齡球賽!虎尾科大摘下雙料冠軍

今年的機器人保齡球賽吸引了國內外逾50 支參賽隊伍共襄盛舉,場上各式機器人爭奇鬥艷,在外觀造型、運作形式與機構設計上各有特色。由於保齡球賽隊伍數眾多、競爭激烈,會場內瀰漫著緊張氣氛,各隊人馬無不摩拳擦掌,把握每次短暫的準備時間,將機器人調整到最佳狀態,力求擊出亮眼成績;而機器人的精采表現也不負眾望,在競賽過程屢屢讓現場驚呼四起。激戰過後終由來自國立虎尾科技大學的「E.A.C」及「N.P.N.G」兩隊雙雙奪下NXT 與KNR 系列控制平臺組的冠軍寶座。

機器人保齡球競賽以順利擊倒球瓶為目標,競賽流程計有初賽兩回合(每回合三局)、決賽一回合(五局)。每回合結束後,依競賽成績決定下一回合入圍隊伍,初賽以兩回合最佳成績較高者為勝,決賽部分以成績較高者為勝。

今年的賽事有兩項重大變革:其一為採用更接近真實比例的保齡球競賽場地,將淨空區增長為3 公尺多,並使用白色雙紅線的木製迷你保齡球瓶;其二則是在決賽的四、五兩局設置三支「障礙球瓶」做為創意挑戰,挑戰局單局結束時,每支倒下的障礙球瓶會扣5 分,直到該局零分為止。每局中, 機器人必須自主完成取球、投球、再取球、再投球的動作,除非第一球全倒,否則有兩次投球機會, 而機器人每次僅能取走一顆球,各回合的最後一局若擊出全倒或補全倒,則有投第三球的機會。擊倒球瓶的分數計算方式同一般保齡球規則,除此之外, 機器人是否能成功取球、投球,並在完成動作後歸位,也列入計分範圍,可說是對機器人自主性的大挑戰。

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不同於去年使用鋁罐,今年採用接近真實比例的迷你保齡球瓶。

增設障礙瓶,提升比賽可看性

經過一番激烈競爭, 前16 強隊伍分為四組晉級決賽,三局正常局加上兩局創意挑戰的最後一戰,可說球球都是關鍵。選手們各個全神貫注,深怕稍有不慎就與獎項擦身而過。精彩賽事由A 組的「N.P.N.G」拉開序幕,率先擊出Strike(全倒),C組的「E.A.C」隨後也擲出Strike 還以顏色。機器人蓄勢待發的「轟隆隆」加速聲,與「喀啦喀啦」的齒輪運轉聲不絕於耳,選手們緊張的神情全寫在臉上, 觀眾們更是看得屏氣凝神。「咻」一聲,只見保齡球衝向球道,完美地擊倒所有球瓶,引起滿堂喝彩。

「E.A.C」漂亮擊出Strike(全倒)。
「E.A.C」漂亮擊出Strike(全倒)。

創意挑戰局的部分,因為在目標球瓶前增設了三支障礙球瓶,大大提升了擊球的困難度,如何擊倒最多目標球瓶,同時避免撞倒障礙瓶,著實考驗參賽者的創意應戰策略。只見各隊紛紛使出渾身解數,有些挑戰斜向擲球,越過障礙打擊目標;有些考量機器人的穩定性,選擇靠球道側邊投球,捨棄部分球瓶,僅以角落位置為目標,大家各憑本事。有些隊伍擔心誤觸障礙瓶被一再扣分,只求順利發射不產生任何碰撞,還會不小心發生向後發球的情形,替比賽現場增添了一絲趣味性。

創意挑戰局中,「E.A.C」驚險越過障礙瓶側緣,順利擊中目標球瓶。
創意挑戰局中,「E.A.C」驚險越過障礙瓶側緣,順利擊中目標球瓶。
「雲科打擊隊」從角落發射,避免觸及障礙瓶。
「雲科打擊隊」從角落發射,避免觸及障礙瓶。

取球難度高,精準穩定為關鍵

這次競賽中,兩回合初賽抽籤決定出的置球位置皆在相鄰球座上,許多隊伍因為精準度與穩定性不足,導致取球階段頻頻失誤,幾乎無法順利出擊。由此可知,想要脫穎而出,除了精湛的投球技術,取球技巧也是致勝關鍵。

在NXT 系列平臺拔得頭籌的「E.A.C」隊員黃志豪表示,當初團隊在設計機器人時,就決定無論如何都要拿到取球和回位的基本分,並且為了降低受場地影響程度,特別設計了通吃式取球機構,透過齒輪比加強發射力道來提升擊球的精準度。

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其他獲獎隊伍亦各自展現令人驚豔的設計巧思, KNR 平臺冠亞軍「N.P.N.G」及「A.V.R」兩隊, 同樣採用「球座通吃,只取一球」的策略,不僅不必判斷保齡球擺放的位置,還因為不需使用感測器,完全避免掉判讀出錯的風險。

來自亞東技術學院的「春風麥香隊」, 則藉由框架結構配合感測器取球;另外也有隊伍以機械手臂掃入或抓取的方式,來達成精準取球的目的,現場可說是各種取球機構的大觀園,令人驚嘆連連。

取球機構

相互切磋,選手滿載而歸

從現場相機快門聲此起彼落的情況看來,保齡球機器人競賽的吸睛程度可想而知。在令人目不轉睛的決賽過後, NXT 平臺組冠軍由「E.A.C」奪下,亞、季軍則分別由「春風麥香隊」及「雲科打擊隊」取得;KNR 平臺組的冠軍則由一路領先的「N.P.N.G」拿下,緊追在後的「A.V.R」居次,季軍的殊榮則由「快樂_ 擊倒」獲得。

談到參與競賽的收穫,初賽表現亮眼的「幸運草」隊隊員施昶宏強調,這次使用電子羅盤定位,容易受到干擾,擊球的準確性有點靠運氣,看到部分隊伍穩定的設計,會考慮學習並改良; 備受矚目的「N.P.N.G」隊隊
員黃建祥亦指出,看了其他隊伍的精采表現,想再改良夾取方式,林煒翔補充, 許多機構設計讓人印象深刻,團隊的抗壓性也在競賽過程中提升;表現不俗的「A.V.R」隊隊員王若庭則表示,在極短的時間內找到造成運作失常的原因並調整修正,累積應變實力是最寶貴的經驗。

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機器手臂車!考驗機器人環境適應力

今年IRHOCS 新增了「機器手臂車」項目,希望透過四大主軸:循軌移動、無軌移動、物件搬移和影像辨識,逐步引導參賽者整合影像辨識與移動平臺,設計出智慧與創意兼具的機械手臂,以期未來能應用於產業界。

由於競賽題目難度偏高,加上場地相當考驗機器人的環境適應力,多隊選手皆表示表現不如預期。「高雄二隊」隊員坦言這次準備不夠充分,現有的技術尚無法完全達成競賽任務,主要靠簡潔的機構設計降低出錯率取勝,也期望藉由這次參賽經驗,明年能有更好的表現。

本屆賽事冠軍為「高雄二隊」( 高苑科技大學)、亞軍為「自主倉儲移動機器人」(國立臺灣科技大學)、季軍為「信手拈來」(國立臺灣師範大學),四、五名則由「請你吃西堤」(成功大學)及「ISL 1 隊」(國立雲林科技大
學)獲得。

「高雄二隊」的機構設計相當簡潔。
「高雄二隊」的機構設計相當簡潔。
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「高雄二隊」的比賽情形。

競賽網址
http://www.iceira.ntu.edu.tw/irhocs2014

文章原文刊載於《ROBOCON》國際中文版2015/3月號

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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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純淨之水的追尋—濾水技術如何改變我們的生活?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/04/17 ・3142字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與 BRITA 合作,泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎?

如果你回到兩百年前,試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水,可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐,氣味刺鼻,甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」,當時的人們雖然知道水不乾淨,但卻無力改變,導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」(圖片來源 / freepik)

幸運的是,現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物,但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰,哪些技術真正有效?

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19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展,面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊,甚至未經處理的地下水,導致傳染病肆虐。

1854 年,英國醫生約翰·斯諾(John Snow)透過流行病學調查,發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關,這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度,促使公衛政策改革,加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初,英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒,成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率,這一技術迅速普及,成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾,尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後,惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年,後藤新平出任民政長官,他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設,對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題,他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓(William Kinnimond Burton) 來台,規劃現代化的供水設施。在雙方合作下,台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年,全台已有 16 座現代水廠,有效改善公共衛生,為台灣城市化奠定關鍵基礎。

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圖片來源/BRITA

進入 20 世紀,人們已經可以喝到看起來乾淨的水,但問題真的解決了嗎? 科學家如今發現,水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物,甚至微量的內分泌干擾物,這些看不見、嚐不出的隱形污染,正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此,濾水技術迎來了一波科技革新,活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透(RO)等技術相繼問世,各有其專長:

活性碳吸附:去除氯氣、異味與部分有機污染物

離子交換樹脂:軟化水質,去除鈣鎂離子,減少水垢

微濾技術逆滲透(RO)技術:攔截細菌與部分微生物,過濾重金屬與污染物等

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這些技術相互搭配,能夠大幅提升飲水安全,然而,無論技術如何進步,濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯,決定了水質能否真正被淨化,而現代濾水器的競爭,正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是,最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能?

濾芯的壽命與更換頻率:濾水效能的關鍵時刻濾芯,雖然是濾水器中看不見的內部構件,卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例,其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂,能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質,並過濾鉛、銅等重金屬,同時軟化水質,提升口感。

然而,隨著市場需求的增長,非原廠濾芯也悄然湧現,這不僅影響濾水效果,更可能帶來健康風險。據消費者反映,同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯,顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全,建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯,避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙,正面則可看到 BRITA 商標,以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計,底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節,才能確保濾芯發揮最佳過濾效果,讓每一口水都能保證潔淨安全。

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濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計 (圖片來源 / BRITA)

不過,即便是正品濾芯,其效能也非永久不變。隨著使用時間增加,濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞,導致過濾效果減弱,濾水速度也可能變慢。而且,濾芯在拆封後便接觸到空氣,潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯,不僅會影響過濾效能,還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質,形成「過濾器悖論」(Filter Paradox):本應淨化水質的裝置,反而成為污染源。為此,BRITA 建議每四週更換一次濾芯,以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題,BRITA 推出了三大智慧提醒機制,確保濾芯不會因過期使用而影響水質:

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈:即時監測濾芯狀況,顯示剩餘效能,讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒:掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間,自動提醒何時該更換,減少遺漏。

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3. LINE 官方帳號自動通知:透過 LINE 推送更換提醒,確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天,濾芯已不僅僅是過濾裝置,更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備,成為了健康生活的關鍵。

人類對潔淨飲用水的追求,從未停止。19世紀,隨著城市化與工業化發展,水污染問題加劇並引發霍亂等疾病,促使濾水技術迅速發展。20世紀,氯消毒技術普及,進一步保障了水質安全。隨著科技進步,現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術,去除水中的污染物,讓每一口水更加潔淨與安全。

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(圖片來源 / BRITA)

今天,消費者不再單純依賴公共供水系統,而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如,BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求,從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題,去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%,並通過 SGS 檢測,通過國家標準水質檢測「可生飲」,讓消費者能安心直飲。

然而,隨著環境污染問題的加劇,真正的挑戰在於如何減少水污染,並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具,更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備,它象徵著人類與自然的對話,提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利,更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源,且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

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你以為是上火?其實是唇皰疹復發警告!
careonline_96
・2025/04/18 ・2529字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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圖/照護線上

唇皰疹是發生在唇部的小顆水泡或潰瘍,如果你曾發作過,你知道當有點刺刺痛痛的,唇邊嘴角有點燒灼感之際,就是唇皰疹再度造訪的日子。

唇皰疹通常是在孩童時期,甚至嬰兒時期感染了單純皰疹第一型,皰疹病毒躲在神經細胞中,免疫力比較差的日子,病毒可能就跑出來作祟,形成會痛的、紅紅的小水泡或潰瘍,經過幾天後才結痂、癒合。本身免疫力正常的人,通常在十天至兩周之內恢復。

唇皰疹容易反覆發作
圖/照護線上

由於唇皰疹發作位置很明顯,患者常常會因為不時出現的潰瘍或一顆明顯水泡而感到難為情。更討厭的是,唇皰疹總是出其不意地找上門。據統計,長過唇皰疹的人裡面,大約有 5% 到 10% 的患者會反覆受唇皰疹之苦,一年需要體驗超過五次。

增加唇皰疹發作機會的危險因子

哪些狀況會增加唇皰疹再度造訪的機會呢?許多患者會發現,只要最近累一點、壓力大,就會顯現在唇部。所以以下狀況都會增加唇皰疹的出現機會:

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增加唇皰疹發作機會的危險因子
圖/照護線上
  • 感冒、發燒
  • 嘴唇受傷,臨床上常見的是「霧唇」之後,或長時間曝曬後,許多患者會出現唇皰疹
  • 正在月經週期
  • 情緒起伏大
  • 服用類固醇
  • 體力過度勞累,例如過量重訓

所以,如果你是比較容易出現唇皰疹的人,請記得平時一定要防曬,適當地使用護唇膏,並保護唇部不要有傷口,好好休息要睡飽,並做適量運動與減輕壓力。

如何早日擺脫唇皰疹

注意到唇部有異狀,趕快治療,不要等。早點利用藥物對抗病毒,可以讓患處早點進行修復。

坊間會有人建議用蘋果醋對抗唇皰疹,但高濃度的蘋果醋並不會特別殺死病毒,反而還可能讓皮膚大受刺激而受傷。也曾有人提倡在唇部患處塗抹各種精油,像是迷迭香精油、茶樹精油、薄荷精油等等,認為可以殺死單純皰疹。然而這些研究可能已經是在二十年多前,以猴子細胞做體外實驗進行的,還沒有確切人體實驗數據供我們參考。而且,這些非藥物類型的保養品、食品都不用受到藥品規範,其濃度、精煉過程、純度等等都沒有確切的比較依據,因此更難總結其健康功效。

當唇皰疹發作後,沒有什麼營養食品或替代方案能讓唇皰疹一夜之間消失,但及早使用藥物,好好照顧傷口處,還是會讓唇皰疹早點癒合。記得,當唇皰疹結痂,就不要去碰它,結痂代表傷口正在癒合,後來會自行掉落,這段時間做好保濕,塗點凡士林保濕,別讓唇部太乾燥即可。

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唇皰疹發作,這些事情不能做!

當唇皰疹發作時,請不要做以下事情,免得將傷口搞砸,或再將病毒傳播他處:

唇皰疹發作,這些事情不能做!
圖/照護線上
  • 不要試著擠它:有人看到唇上一顆水泡會想要試著把他擠破。可是,唇皰疹不是青春痘,擠掉也不會比較快好,反而會讓病毒流出並傳播病毒。
  • 不要用力清洗:雖然這是病毒感染,但病毒潛伏在神經細胞,用力清洗也無法洗去病毒,只會讓皮膚更加受傷。
  • 不要一直摳或碰傷口:碰觸開放性潰瘍處會讓病毒傳播。若是傷口已經結痂,就等他慢慢好、自行掉落,摳掉結痂處反而更容易留下疤痕。
  • 不要進行親密行為:還有唇皰疹的時候,不要親吻小孩、伴侶,這些行為也很容易傳播病毒。
  • 不要共享生活用品:分享刮鬍刀、護唇膏、馬克杯、叉子等,也會容易傳播病毒。

可以繼續吃抗病毒藥避免唇皰疹發生嗎?

唇皰疹真的非常難預防,也容易反覆發作。因此,有些患者經歷幾次唇皰疹之後會想:「我能不能繼續吃著抗病毒藥,避免唇皰疹發作呢?」

我們直接講結論。如果沒有什麼其他的免疫疾病,也就是說,對平常免疫狀況算正常,但偶爾就是會出現唇皰疹的人來說,研究並不認為短期使用抗病毒藥物能預防唇皰疹

這時你可能會問,吃短期的沒有用,那如果更長期的使用抗病毒藥物,會有幫忙嗎?

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曾有個小型研究發現,當連續使用抗病毒藥物 acyclovir 400 毫克,一天兩次(每天劑量 800 毫克)共四個月,可以降低約一半唇皰疹發作的機會。在這四個月內,使用安慰劑的族群平均發作二次唇皰疹,固定使用抗病毒藥的人則平均發作一次。然而,這個研究的患者數目真的很少,只有約莫二十人上下,而且目前我們也無法確認長期服用抗病毒藥後的可能危害。

前面提到的研究是針對免疫正常的患者。如果是免疫系統低下的患者,例如正在接受癌症化學治療,或是經歷骨髓移植正使用著免疫抑制劑,這時利用抗病毒藥 acyclovir 似乎是能減少唇皰疹發作的機會。

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XFEL 捕捉原子解析度 DNA 修復過程
顯微觀點_96
・2025/04/17 ・2232字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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本文轉載自顯微觀點

圖/顯微觀點

DNA 損傷有多種類型,是導致癌症或遺傳性疾病的致病原因之一。其中,環丁烷嘧啶二聚體(cyclobutane-pyrimidine dimer ,CPD)是一種紫外線誘導的常見 DNA 損傷,影響 DNA 複製時的鹼基配對,如無法修復將導致突變。

生物體有不同的 DNA 修復機制,但其修復過程仍是未解之謎。中研院院士蔡明道率領的國際研究團隊,則應用序列飛秒晶體學(serial femtosecond crystallography, SFX),以 X 射線自由電子雷射(X-ray free electron laser, XFEL),在極短時間內捕捉光解酶酵素修復 DNA 損傷的過程和關鍵中間體結構,可說是首次在原子解析度下直擊 DNA 修復的完整過程。研究成果更登上今年 12 月發表的國際科學期刊《科學》(Science)。

由左至右中央研究院生物化學研究所呂桐睿todd L. Lowary所長、廖俊智院長、蔡明道院士、國立臺灣大學化學系馬左仲manuel Maestre Reyna助理教授
由左至右中研院生化所所長呂桐睿(Todd L. Lowary)、中研院院長廖俊智、院士蔡明道、國立臺灣大學化學系助理教授馬左仲(Manuel Maestre Reyna)。圖片來源:中研院提供

雖然隨著X射線晶體學和冷凍電子顯微鏡技術的發展,科學家已經可以用原子等級的解析度分析許多酵素和酵素複合體的結構,然而這些方法只能捕捉反應開始或結束的單一瞬間,無法進一步觀察反應過程。

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這次的研究利用 XFEL 技術,在極短(100 億分之一到 5000 分之一秒)的時間內,為 DNA 光解酶催化過程的多個反應中間體結構拍了 18 張照片,顯示了四個反應位點隨時間的變化。

團隊在皮秒(picosecond, ps)層次捕捉到電子轉移;皮秒到奈秒(nanosecond, ns)的範圍內修復 CPD 損傷,隨後參與催化酶部分的恢復;在 500 奈秒時形成完全還原的酶產物複合物。 最後,在 25 至 200 微秒(µs)內捕獲胸腺嘧啶鹼基的後翻轉中間體,雙鏈 DNA (dsDNA) 重新退火黏合。

阿秒(as):10-18 秒,目前實驗上能測量的最小時間尺度
飛秒(fs):10-15
皮秒(ps):10-12
奈秒(ns):10-9
微秒(µs):10-6
毫秒(ms):10-3
秒(s)

蔡明道指出,這項研究直接以原子解析度觀察酵素反應的完整過程,不但促進結構生物學的發展,也開啟酵素學的新時代。且透過 XFEL 技術,可檢視酵素的反應中間體結構的全貌,進而提供後續應用機會,例如新藥物開發的潛在新靶點。

使用 XFEL 的 SFX 技術,約在十年前問世,主要用於以時間分辨結構的研究。

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一般雷射使用將特定物質作為雷射介質,將其電子以能源(光)激發至激發態。當能階提高後的電子嘗試回到低能階狀態,便會釋放能量;再結合共振腔,產生能量相等、高同調性的雷射光。因此一般雷射有三個基本要素:增益介質(gain medium)、共振腔(optical resonator)和激發來源(pumping source)。

自由電子雷射(free electron laser ,FEL)則是利用聚頻磁鐵(undulator)或增頻磁鐵(wiggler)的磁場將高速前進的電子束多次改變方向,將動能轉為光子。

由於 FEL 不需要介質也不需要特定物質做居量反轉,不會被特定物質的能級限制波長,只要調整動能和磁鐵的參數就能改變雷射波長。因此涵蓋範圍從微波、遠紅外線、可見光到 X 射線等;XFEL 即是 X 射線波長的自由電子雷射。

X 射線可以用來研究晶體中原子排列的狀況,透過繞射圖像來判斷晶體中電子密度分布狀況,分析原子位置和化學鍵資訊,例如解開 DNA 雙股螺旋結構。但 X 射線波長短、對物質穿透力強大,也容易造成蛋白質晶體損傷。

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XFEL 具有 X 射線波長特性,卻比以往的亮度高 10 億倍;而且脈衝持續時間短,就像超高速閃光燈,可以瞬間捕捉到原子運動和及快速的化學反應。

XFEL 提供極其明亮且短暫(約 10 fs)的 X 射線雷射,能在出現任何輻射損傷前從蛋白質微晶體中進行繞射(破壞前繞射),也就是繞射測量在樣品破壞之前就已經完成。

而透過繞射圖樣,那些容易被 X 射線輻射改變的蛋白質穩態結構便能被確定;與超快可見脈衝結合時,就能確定光誘導過程中的中間體。 全球提供 TR-SFX 的設施僅有五個,分別分布在美國、日本、德國、韓國和瑞士。本次蔡明道院士團隊的研究,則在日本 SACLA 和瑞士 SwissFEL 進行 XFEL;論文共同作者共有 69 位,分別來自世界各地的17個研究機構。

  1. 中研院新聞稿:看到了!在原子解析度下直擊 DNA 光解酶酵素的修復過程
  2. Vos M. H. (2023). Filming DNA repair at the atomic level. Science (New York, N.Y.)382(6674), 996–997.
  3. Maestre-Reyna, M., Wang, P. H., Nango, E., Hosokawa, Y., Saft, M., Furrer, A., Yang, C. H., Gusti Ngurah Putu, E. P., Wu, W. J., Emmerich, H. J., Caramello, N., Franz-Badur, S., Yang, C., Engilberge, S., Wranik, M., Glover, H. L., Weinert, T., Wu, H. Y., Lee, C. C., Huang, W. C., … Tsai, M. D. (2023). Visualizing the DNA repair process by a photolyase at atomic resolution. Science (New York, N.Y.)382(6674), eadd7795.
  4. Martin-Garcia, J. M., Conrad, C. E., Coe, J., Roy-Chowdhury, S., & Fromme, P. (2016). Serial femtosecond crystallography: A revolution in structural biology. Archives of biochemistry and biophysics602, 32–47.
  5. 【理化學研究所】X射線自由電子雷射研究設施SACLA
  6. 自由電子雷射器  雷射技術新里程碑
  7. 維基百科:自由電子雷射器
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