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迎接「光世代」,Li-Fi 讓你有光就能上網

李柏昱
・2015/11/30 ・2133字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 580 ・九年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

此時此刻閱讀這篇網路文章的你,可能正在使用咖啡店的無線網路,或是偷用隔壁鄰居忘記設密碼的熱點,相信過去也經常為了龜速的網速,或者競爭有限的頻寬而感到十足不耐。

現在有越來越多的電子產品需要網際網路,網路塞車的現象將越趨明顯。為解決此一問題,愛丁堡大學哈洛德海斯(Harald Haas)教授想到,為什麼不用光線來傳輸資料呢?

光線如何變成高速網路線?

你大概沒想過 LED 燈除了節省電力,還能擔當起網路信號發射器的角色。只要在日常使用的 LED 燈中內置一顆微型晶片調整燈光,加上目前 LED 燈的普及,便可創造全新的上網途徑-「Li-Fi(Light-Fidelit)」,也被稱為「可見光通訊(Visible Light Communication, VLC)」。

Li-Fi 光通訊利用 LED 燈泡做為訊號的發射器,並裝設光電二極體(photodiode)作為接收器,當燈泡亮起即代表 1,熄滅代表 0,藉由光線編碼並傳輸資訊。由於燈泡閃爍速度極快,人類肉眼並無法察覺其變化。

利用光線來通訊的 Li-Fi,和 Wi-Fi 相比具備更大的頻寬、更快的傳輸速度,可能將為無線網路通訊技術帶來革命性的改變,解決無線網路傳輸技術當今的眾多侷限。

未來的LED燈除了照明功能,也能透過光線閃爍提供上網服務,速度比現在的Wi-fi更快。(圖片來源:Wikimedia Commons 作者:Alejosemejiagp)

德國、英國、台灣都在研究的光線傳輸能力

2012年德國柏林的研究團隊,在只有一個 LED 燈泡的情形下,達成每秒 500MB 的傳輸速度。倘若同時使用一排 LED 燈,或是使用不同顏色波段的燈泡,甚至就能傳送更大量的訊息。英國愛丁堡大學的哈洛德海斯(Harald Haas)教授說:「所有的元件跟機制都已經就定位,現在只要把他們放在一起、使之運作即可。」

台灣的研究團隊在可見光通訊領域中也佔有一席之地,如何改善現有技術、突破「傳輸速率」及「空氣中自由傳輸距離」限制,是各團隊努力的重點。國立臺北科技大學光電工程系呂海涵教授帶領的團隊,使用紅光雷射光作為光源,將技術推進到在一秒內傳輸 10 Gbps的資料,這代表一部 1.5 小時的高畫質電影只要 45 秒就能下載完成!同時,允許的資料傳輸距離也達到 17.5 公尺,突破一般白光 LED 燈 5 公尺的距離限制。

「網路光世代」,用光更加安全的上網

Li-Fi 跟 Wi-Fi 本質上都是電磁波的一種,只是波長不一樣。Li-Fi 所運用的肉眼可見光,波長介於 400 奈米至 700 奈米之間,波長較短、頻率也較高;而 Wi-Fi 所使用的微波,波長則約在1毫米至1公尺之間,容易受到無線電波干擾。Li-Fi 很可能突破因無線電波干擾造成的上網死區,例如飛機的客艙,或是醫院。只要光透得過去,甚至在水中也能有網路訊號。

由於 Wi-Fi 是微波、可以穿透牆壁等物體,因此只要進入到特定 Wi-Fi 的範圍就可能使用或盜取資料;然而 Li-Fi 使用的可見光線並無法穿透牆壁,因此得以限制資料傳輸的範圍,加強傳輸安全。

但,只要沒了光,Li-Fi 便無用武之處。也就是說,在戶外缺乏人工照明的地方,或者白天室內日光充足沒開燈的時候,都沒有辦法使用Li-Fi。 就現階段而言,Li-Fi距離要完全打敗Wi-Fi或是普及化,仍遭遇一些困難。

直視瓶頸,Li-Fi 必須兼顧傳輸速率與距離才能真正普及

台北科技大學光電工程系專案研究助理教授李忠益指出,目前可見光通訊使用之光源分為可見光雷射和 LED 兩種。雷射的指向性高、發散角小,所以不會受到其他光線的干擾及影響;然而 LED 因具有大的發散角,故容易受到強光、光線及陽光等影響。

為解決這項問題,可以在 Li-Fi 的發射端及接收端加入一些機制,如:發射端使用特定波長來進行光訊號的傳遞,接收端可於接收光訊號前加入濾波片,將不需要或多餘的光線(波長)濾除,只讓載有訊號的光(波長)通過,減少光線或強光等干擾。

此外,Li-Fi 若要真正打入市場,必須提供比過去的無線網路更為優異的傳輸表現,並且兼顧傳輸速率與距離。目前利用可見光雷射所建構之可見光通訊系統技術上已漸成熟,全面商用普及化不是問題。而以 LED 為光源所建構之可見光通訊系統,因 LED 先天頻率限制,要達到高傳輸速率需要更為複雜的調變方式,同時在光源發散情況下,傳輸速率越高,其傳輸距離就越短(僅剩約幾十公分),造成速率與距離無法兼具的情況,也是造成全面商用普及化的最大因素。

未來,Wi-Fi 可能與 Li-Fi 相輔相成,提供人們更便捷的網路通道。Li-Fi 已經成為光通訊研究領域相當亮眼的熱門主題,目前也有許多業者推出具有 Li-Fi 功能的電子產品,業者也預測,Li-Fi的傳輸速率將達到每秒 400Gbps。相信在不遠的未來,只要有光的地方,就能高速上網。

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所
審校:陳妤寧

本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

延伸學習:
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李柏昱
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成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。

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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

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

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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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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