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讓手機成為專業光譜儀/分光光度計: 科學 Maker 社群的科學台灣計畫!

Scimage
・2015/09/12 ・2784字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 493 ・六年級

以下要說一個手機怎麼變身專業光譜儀跟分光光度計的故事,這是科學Maker社群繼設計手機顯微鏡一年多後,繼續希望讓台灣各處變成小實驗室的努力,也希望改變台灣的科學學習跟研究環境,歡迎更多對科學有興趣的朋友一起來參與完成~

光譜儀是很多科學研究跟探索自然的必備工具,凡舉分子特性的分辨,濃度的量測,物質的鑑定,天體光譜的量測等,很多精密的實驗也都需要光譜儀的協助。但是光譜儀是昂貴的儀器,最便宜的要數萬起跳,更別提高感度高精密度的研究光譜儀或是分光光度計。

以往有一些方式可以 DIY光譜儀,常用方式是在黑色的紙箱子中放進一片光碟做為光柵,設置一狹縫,然後在相對的角度上用眼睛觀測或是用相機拍攝,但是其中有不少問題,如光譜彎曲,雜訊高,不管是因為遮光不全,光徑設置不良,或是內部反射的多次傳播干擾,最後都造成對比不足,解析度不高,加上一般只能直接手持,使用上不穩定,讓這樣的工具僅止於初步對光源的觀察,難以進一步的使用。另一類的光譜儀使用網路攝影機的感光元件作為核心,以 USB連接電腦,只有解決觀測的不穩定,卻又造成光學鏡片不佳與感測器解析度低等問題,解析度有限。

下二圖為一般自製黑色紙筒光譜儀的觀察,左方為自製,右方為中研院物理所印行切割之設計。(感謝 科學Maker 社群 St Kao 黃奕杰 提供觀察結果。)

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圖片1
一般自製黑色紙筒光譜儀的觀察,左方為自製,右方為中研院物理所印行切割之設計 。

為了實現讓手機變成光譜儀,讓更多人可以擁有及使用研究等級的光譜儀,科學Maker社群即將製作的手機光譜儀,在本體設計上,重新根據光學成像與繞射原理,規畫垂直式短光徑設計,可同時提升光強與解析度。在光柵的設計上,使用特殊製作之高效率光柵,與新光路*結合後不僅光效率提高為研究用等級,可以免除一般自製儀器光譜彎曲的問題。(*光路就是光學儀器中光學元件的排列擺放位置的總稱)

 

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SciView手機光譜儀。

為了達成專業儀器的效果,在改善噪訊比上,使用了所需最小傳播光徑設計,免除任何非預期的光線傳播,也使用全密封的黑色壓克力隔絕外部任何光線的干擾,另外在內部配合特殊的表面抗反射黑色微粒層,讓訊號之外的光幾乎完全都被吸收與遮蔽,來實現高對比與準確的強度顯示,免除耀光雜訊的影響。

以下為以手機螢光燈光譜的直接量測,可以看出對比與解析度皆大幅改進,不僅解析度可以提升,亮度也能準確呈現。

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為了驗證手機光譜儀的強度的正確性與光譜的解析性,將所獲得的螢光燈光譜圖以 ImageJ軟體 直接對強度做圖並與文獻比較,可以看出汞譜線與相對強度都能忠實呈現,表示非光譜噪訊已經被有效控制。上圖為文獻中飛利浦螢光燈的譜線,下圖為手機光譜儀的量測結果。

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手機光譜儀的量測結果,點擊看大圖。

在構件設計上,手機光譜儀的特點為可與手機顯微鏡鏡座結合,使用載物台直接調整固定,使得手機只要直接水平放置就可以穩定跟光譜儀結合,變成穩定的手機光譜儀,在光譜儀前端設計可換式狹縫的螺絲,可以依照所需的亮度與解析度,更換相對應的狹縫,在低光照下可以選擇較大的狹縫,而需要高解析度時可選擇較窄的狹縫,滿足不同需求。以下為與手機顯微鏡台結合後量測LED燈的量測構造圖,只要放下手機就能穩定量測。6

另外前端的螺絲擴充設計也可直接鎖上分光光度計模組中放置比色管的裝置,來完成分光光度計的量測功能。下方為分光光度計模中前端擴充的樣子,中間有一對狹縫保證光線的直進,左右兩個孔為螺絲孔,放置在中間的為與專業分光光度計相同的比色管,可以直接量測或是校正吸光度。

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分光光度計模中前端擴充。

在分光光量測上,需面臨強度的正確性與否,以下是測試手機光譜儀的分光光度計量測功能來直接獲得吸收光譜圖,結果符合,這表示在合理的亮度範圍內,手機可以勝任分光光度計,顏色與白平衡在相對量測值下無大影響。樣本是一片綠色的小壓克力。同時量測有穿(上方光譜)跟沒有穿過壓克力的光(下方光譜),然後直接做影像計算,亮度相減除以沒有濾片的亮度,然後算出穿透率 。

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經測試後,只要在合理的亮度範圍內,手機應該可以勝任分光光度計使用。

另外在研究上高效率的光譜儀也可以用來做螢光光譜儀的核心,可以用來檢測例如不同油品的添加,為了測試這可能性,以下圖片是Rodamine B 的稀薄溶液,跟用紫光LED激發,用手機光譜儀拍的螢光光譜。

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圖片2
Rodamine B 的稀薄溶液跟用紫光LED激發的螢光光譜。

新設計的手機光譜儀我已取了名字,叫做 SciView,取這名字是希望可以從小小的觀景窗讓更多人看到動人的科學視野,非常輕巧簡潔的設計,除了喜歡這種質感,不論在科學上,使用上或是整體外觀結構上,也是我心中最好的設計了。

經由這工具,想像有一天在台灣的課堂,化學老師帶著學生邊看光譜,邊跟學生說明化學反應中分子怎麼重新組合,物理老師當著全班的面看著一條條光譜說明量子理論發展的由來,指著不同顏色的光跟出現的位置說明繞射跟光柵結構的關係,地科老師可以照著星體跟礦物,說很多關於地科的故事,生物老師可以培養細菌,用光度計量測生長曲線給學生看,說明生命最基本的動態,或是量著葉子說明能量怎麼被生命給擷取利用。

而在台灣對科學有興趣的同學,不用再去大學實驗室,就能在家還是在自己學校完成想做的科展,不僅能觀察顯微的世界,也能做定量定性的量測,不再是有關係的或有辦法去實驗室的人才能做。一些假東西還是汙染的東西一驗光譜就會原形畢露,投鼠忌器,或許黑心商人也會變少。

SciView手機光譜儀與分光光度計模組,即將要在科學Maker 社群登記製作,依照過去的科學儀器製作計畫,會讓參與的朋友一起做或是自由贊助來獲得,歡迎各位對科學有興趣的朋友加入科學Maker來一起完成!

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本文經原作者同意後轉載自《科學影像 scimage/ 科學Maker

 

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大數據配對:《戀愛是科學》婚姻必勝公式,存在嗎?

雞湯來了
・2021/09/30 ・3771字 ・閱讀時間約 7 分鐘
  • 文/雞湯來了實習生蔡加柔
  • 校稿/雞湯來了陳世芃、張芷晴、榮淑媚
  • 製圖/雞湯來了特派員黃子芸
  • 編輯/雞湯來了蕭子喬

單身靠實力,結婚就靠大數據-《戀愛是科學》

《戀愛是科學》劇照。圖/雞湯來了 提供

「先將設立的理想型條件列出來,然後用電腦分析、引用大數據配對、清查身家背景,最後再簽訂婚前協議,進而快速鎖定「需要」的而非「想要」的伴侶,是避免浪費彼此時間的相親模式。」這是《戀愛是科學》女主角顏霏主張的戀愛 SOP,在劇中 ,她開設一間名為「戀愛科學婚姻仲介所」的公司,藉由大數據的分析,會員配對成功率達到八成之高。

如果這間公司真實存在,你想要加入嗎?你同意她提出「婚姻就是找一個適合你的合夥人」的說法嗎?

我們的匹配指數-「愛情」等於「合適」嗎?

當「勝女」如同「剩女」

「三高女」為何是婚姻市場釘子戶?

《戀愛是科學》劇照。圖/雞湯來了 提供

劇中年齡高、薪資高、學歷高的「三高女」卓乃慧,是一位事業有成的霸道女總裁,卻因為年齡偏大、學歷高又個性強勢等等所謂「死亡組合」,導致沒有願意與她牽手的對象,最後到戀愛科學婚姻仲介所尋求協助,並有了出乎意料的發展。

有一種好,是朋友都是為你好。有一種幸福,是別人覺得你幸福!

我稱它為亞洲壓力。-《戀愛是科學》

相較於乃慧清楚知道自己想要的對象,學歷必須在碩士以上,另外一位林小姐是朋友陪伴而來的。朋友打著幫她尋找幸福的名號,花了半小時洋洋灑灑地列了一堆條件,但是這樣真的是林小姐想要的嗎?

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以上兩位角色其實有個共同點,就是她們為自己設下「十分明確且詳細的前提」,無論是否這些條件出自門當戶對的文化或是他人意見。這時我們可以思考一個被討論已久的議題:究竟我們要選擇的是「我愛的人」還是「適合我的人」?換個角度來看,這個問題本身便是感性與理性之間的角逐。

系統的誤差值-當感性破解大數據

系統不會出錯,幫我配對出來的,一定都是條件、能力、價值觀各方面都相當適合我結婚的對象,可是系統它不會知道誰能讓我心情好, 誰會逗我笑。-《戀愛是科學》

我才不管什麼大數據,我 27歲,我選妳。就算妳離過婚,我都選妳。-《戀愛是科學》

《戀愛是科學》劇照。圖/雞湯來了 提供

儘管使用科學輔助,與乃慧設立條件相差甚遠的有福,仍然走進乃慧的心。劇中的另一對,男主角王軒宇也突破大數據,無視一切不利條件也鍾情於女主角顏霏。他們的情感都是突破大數據的存在,確實稱不上理性,而這又是為什麼呢?

事實上,儘管科學上確實能部分證實,我們的心動軌跡有跡可循,但至今依然沒有任何理論或是學者,能完整詮釋愛情的全貌。或許你也曾發現,無論再怎麼理性抉擇,你的暗戀對象或是伴侶,可能依然與你在心裡設定的理想型不太相同,究竟為何「直覺的喜歡」有時會讓人忽略所謂公認的「客觀擇偶條件」呢?學者曾證實,這樣莫名的吸引力其來有自。

當愛來臨時-5大吸引力來源

人類皆是感性與理性的綜合體,所以要做到完全拋卻感性是近乎不可能的。因此劇中除了女主角顏霏使用的科學數據相親法之外,仍有許多「不可測因素」悄然牽動著每位角色的情感,其中,就包含許多「吸引力來源」。以下統整幾項研究,與大家分享超乎理性、多半來自潛意識的五項吸引力來源:

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來源 1|時常遇見的「熟悉感」

學者曾在大學課程進行調查,發現在學期結束後,同學與座位附近的同學較有機會成為朋友、建立親密連結。另外一位研究者也在麻省理工學院學生宿舍,詢問一群學生的大學生活中三位親密好友,結果顯示 65% 來自同一棟宿舍。

《戀愛是科學》劇中,在沁藍送了 27 次宵夜之後,軒宇對她漸漸產生情感,可見情感連結或多或少與「熟悉感」相關。但在現實生活要注意的是,勇敢追愛和死纏爛打往往只有一線之隔喔!

《戀愛是科學》劇照。圖/雞湯來了 提供

相關推薦:《當男人戀愛時》啥款 ㄟ告白 ㄟ成功?論告白與追求的務實策略

來源 2|價值觀念具「相似感」

心理學家 Heider 提出的平衡理論指出,人會追求平衡的認知,例如相似的價值觀、意見、政治傾向等。其他學者也在研究中指出,伴侶婚後價值觀的相似性,對於關係滿意度的影響非常大!

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然而這也不能過度追求。例如顏霏的客戶 Jason,就堅持他的對象必須熟讀金庸的武俠小說,因為他希望有人能一起討論感興趣的事物。儘管我們認同伴侶間是需要相似感的,但是太過在意相同,反而會讓關係終止。

來源 3|本能追求的「安全感」

人類會因為過往經驗、個人性格等種種原因,漸漸影響對於感情中安全感的需求,進而影響擇偶。因此討論戀愛關係時,我們常提及三種親密依附類型:焦慮型、逃避型、安全型。簡單來說,容易缺乏安全感者多屬於焦慮型,逃避型的人則傾向封閉心房,並且注重隱私與關係界線,至於安全型,則是普遍認為的理想類型。

男主角軒宇和他的前女友沁藍,前者就偏向逃避型、後者則偏向焦慮型。軒宇始終不善於表達心意,而沁藍缺乏安全感,這也成為他們分開的致命傷。

相關測驗:你的安全感是哪一種愛情依附風格?

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相關連結:老天爺啊!另一半總是說自己沒安全感,我該怎麼辦?

來源 4|能被喜歡的「認同感」

我們容易被「表現出喜歡我們自己」的對象吸引。社會心理學者觀察進行快速約會(speed-Dating)的雙方並進行訪談後,部分受訪者表示,若感受到對方對自己有興趣,那麼自身會容易被對方吸引。

《戀愛是科學》角色裡,並沒有明顯的感情線來自於此。但我們能觀察到,顏霏在之前將軒宇視作小弟弟,在得知軒宇之前暗戀過自己之後,才轉換想法慢慢地察覺自己的心意。

來源 5|直觀感受上的「容貌」

亞里斯多德曾表示:「美貌是勝過任何介紹信的推薦函。」以生物本能來說,不可否認我們會被美麗的人事物吸引,可能是偏好對稱的五官、大眼睛等。然而每個世代的審美也都有變化,每個人看待容貌條件的想法都不同,最重要的是,有意識的思考容貌對於自己的意義即可。

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相關連結:臺灣人的8大愛情風格

幸福的交叉點-戀愛是「感性」與「理性」的交匯

有一些爸媽的觀念也是很奇怪,小時候學生時期不讓小孩談戀愛, 但是長大後卻直接催婚,這不是很不符合邏輯嗎?就等於是從來不考模擬考,就直接學測一樣恐怖。-《戀愛是科學》

《戀愛是科學》劇照。圖/雞湯來了 提供

所以,選擇伴侶之時除了考慮種種條件,最為重要的其實是回歸自我本身。勇於面對心裡的真實情感,梳理清楚這樣的吸引力從何而來、程度為何。

像是劇中的大數據聯誼法,近乎是絕對理性且公認可靠的存在。然而,這樣的客觀條件僅是輔助我們的工具,我們依然要依靠探索與自主思考。如此尋找出結合感性與理性的交匯之處,很可能就是一段幸福關係的起點!

相關連結:現在的孩子都在談什麼戀愛?

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參考資料

  • 林奕丞(2015)。夫妻間依附類型配對組合、休閒興趣的相似程度與婚姻滿意度之關係。國立政治大學輔導與諮商碩士學位學程研究所碩士論文。
  • 劉文琴(2006)。夫妻性格的相似性及互補性與婚姻滿意度及親密度的關係。佛光大學心理學研究所碩士論文。
  • Festinger, L. (1950). Informal social communication. Psychological Review, 57, 271-282.
  • Eastwick, P.W., Finkel, E.J. (2008). An in-depth speed-dating exploration of sex differences in romantic partner preferences and the disconnect between stated and in-vivo preferences.

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