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變形金剛超進化 – 衣服也可以是機器人?

昱夫
・2015/11/29 ・1304字 ・閱讀時間約 2 分鐘

變形金剛裡,大黃蜂ㄧ開始只是部舊車,經過掃描其他車子結構後才搖身一變成為千萬超跑。當時看到這段劇情的我就在想,變形金剛有沒有可能變成機械以外的東西呢?像是毛巾或是衣服?雖然「衣服」金剛聽起來弱弱的,但若是有一件可以像機器人一樣具有自主運動能力的衣服聽起來還真是蠻厲害的!現在,透過最新的機械紡織材料,還真有人做出了「衣服機器人」!

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機器人紡織品主要由棉質材質與彈性聚合物(作為偵測用途)編織而成,另外還內嵌記憶合金線(受熱時會由線形變成蜷曲狀);若將紡織品包裹在泡綿或是氣球上,一旦通過電流加熱控制,紡織物機器人便可以進行動作,依據不同的編織方向,能讓機器人選擇不同的行動模式。

這項機器人紡織材料是由普渡大學(Purdue University)的研究團隊所開發,該材料除了具備「偵測」功能,更可以通過電流控制進行主動運動,另外由於它在硬體結構上與傳統的剛體機械不同(紡織品是「軟」的),更進一步為未來開創了新的「軟機器人」學科。機器人紡織物的出現,使得讓機器人擁有「可感覺的皮膚」變得不再天方夜譚,同時也可被使用在太空科技上,作為G力衣(幫助太空人抵抗加速度)或是探索未知區域的多功能輕質機器人,甚至作為人體輔具,提高穿戴者的施力強度!

機器人紡織品主要由棉質材質與彈性聚合物(作為偵測用途)編織而成,另外還內嵌記憶合金線(受熱時會由線形變成蜷曲狀);若將紡織品包裹在泡綿或是氣球上,一旦通過電流加熱控制,紡織物機器人便可以進行動作,依據不同的編織方向,能讓機器人選擇不同的行動模式:當線路方向與中間的支撐物(泡綿)平行,機器人會像蟲一樣彎曲、蠕動;當線路與支撐物垂直,機器人則可以進行收縮運動。「我們將運動和偵測兩項功能同時結合在這套紡織機器人中,比起現有許多只有單一功能的類似產品,增加了更廣泛的應用性」研究者之一的Rebecca Kramer說道。

這項科技也可以幫助現有的一些機器人技術獲得進展,像是在機械關節上,往往要將活動關節固定在特定位置我們需要持續供給能源(避免關節軟掉),但若是使用機器人紡織品,將彈性聚合物外包一層記憶合金作為關節內部支撐,便可以單純透過電流加熱的程度來控制關節,一旦停止供電,合金形狀固定住,便不用再額外提供能量來維持姿勢。科技日新月異(這句話很老套,可是確實是事實⋯⋯),如果變形金剛晚幾年來到地球,大黃蜂或許就不會是千萬超跑,而是你衣櫃裡的衣服了。

(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!

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昱夫
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PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。

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「數」養生活就從今天開始!談談數學教育的跨領域思維 ft. 數感實驗室賴以威老師【科科聊聊 EP.58】

PanSci_96
・2021/09/24 ・2816字 ・閱讀時間約 5 分鐘

賴以威老師近年來不餘遺力的推廣數學教育,他與數感實驗室的團隊前進校園,設計好玩好學的國小實驗課、以身作則的舉辦教師研習、還配合國中課業需求推出必修課與題本,業務早已超過數感實驗室剛成立時的規模。一路走來雖然秉持一貫的教育理念,但在教育現場實現了多少?改變了什麼?本集泛泛泛科學邀請賴以威老師談談數學教育的探究、實作與跨領域思維!

不餘遺力地推廣數學教育的賴以威老師。圖/賴以威 提供
  • 02:03 數感實驗室的數學教育

數感實驗室」一開始是賴以威老師與太太 Stacy 於 2016 年成立的粉專,主要刊登數學文章,不過後來發現都是大人在看,粉專並沒有適合小朋友的數學教育,夫妻倆便著手開發好用、好學、好玩的數學課程,從知識切入,跨領域整合數學、科學、歷史、人文、藝術等領域。

延伸閱讀:數學風箏│巨大化,正四面體風箏!在家防疫DIY【數學實驗課】國小數學實驗課 秋季視訊班

開發好玩又好學的數學課程。圖/賴以威 提供
  • 05:50 以威老師如何做到跨域整合?

以威老師表示最原始的動力當然是興趣使然,除此之外還跟他在博士班培養出來的能力有關:研究方法、定義問題、找資料、實現概念,這些能力不僅限於研究,更一路演變成他後來從事科普的技能。下關鍵字、判別可信度、延伸搜尋、產生內容…這些都需要經驗累積。「只講科學不講故事很可惜」,他認為科普內容都要帶出科學背後的意義,所有科學事件都是一個故事,可以多面向探討,自然而然的做到跨領域。

  • 11:20 108 課綱期望學生達到的素養是否太強人所難?

以威老師坦承 108 課綱講求的探究活用精神是他到研究所才掌握的能力,這樣要求國高中生似乎其困難。但是以前的教學觀念不一定要蕭規曹隨,小孩能否學會什麼都是可以討論的,「探究活用」是看待知識的態度,的確有可能在國高中階段就學會。

延伸閱讀:數感盃

  • 16:12 我們該以什麼態度看待新課綱?

如果我們把新課綱定義為培養好奇心,為了滿足好奇心,學生必須主動探究知識,而不是被動學習。好奇心就是這個時代學習的重要因素。當課堂不再是知識的唯一管道,老師不一定得擔任教學角色,當老師必須做的事變少了,引導學生、培養好奇心、探究實作與活用顯得更重要。

老師不一定得擔任教學角色,引導學生、培養好奇心、探究實作與活用顯得更重要。圖/賴以威 提供
  • 18:21 實務上有這麼理想嗎?

在數感實驗室舉辦的教師研習中,團隊遇過非常積極的老師、也遇過只習慣過去教法而否定新教法的老師,賴以威覺得這都在所難免,數感只能做更多研習,讓更多老師認同教學理念,並提供材料幫助老師無痛轉換。而家長與孩童方面,偶而也會有人反應都沒算到數學題目,對新教法不甚理解,這些都需要慢慢溝通。參與新課綱的人很多:老師、家長、學生、政府、大學、民間團體…我們都需要勾勒出共同的理想。

  • 23:55 何謂「數感」?

團隊認為數感分成「察覺關聯」與「應用數學分析決策」兩個層次。對不熟悉的人來說還是要輔以大量舉例才有機會了解,對孩童來說得花更多時間領會。所以團隊鼓勵大家來參加數感實驗室的活動,從機器人輸入輸出的參數體會函數概念、蓋紙房子學習錐體柱體與建蔽率、還有這次的四面體風箏與曲線刺繡都是數感的一種!

追蹤:數感活動

孩童正製作的四面體風箏也是數感的一種!圖/賴以威 提供
  • 28:10 人人有數感

Uber 饗食方案划算嗎?集點卡可以省多少錢?股票會賺嗎?人們平日的決策過程都是數感的表現,但是很多人卻把自己會的數學當作常識,自己不會的數學當做數學。其實,只要有算就是數學,意識到更多生活方面都可以應用數學還可以幫助我們過更好的生活。當你不排斥其他領域,就能夠處理更多知識、解決更多問題。

  • 31:57 教學理念與升學表現的平衡

一昧在教學中強調好奇心又太過理想化,尤其國中生有升學壓力必須顧及學業表現。數感團隊也在拿捏,從強調好奇心的數學課向升學的方向靠攏。像是數感的國中課程就有許多建立數學情境的素養題目:講求平均值的區間測速、二十進位的瑪雅數字、正負數計算高鐵票價,這樣同時培養了探究實作的素養也搭配學校課程幫助課業表現。

延伸閱讀:不需要測速照相機就能抓超速?區間測速原理大解析- PanSci 泛科學

  • 38:13 數感實驗室的課程設計

數感實驗室目前堆出的課程有國小與國中兩種,國小數學實驗課以引發好奇心為主,國中必修課與生活情境連結幫助課業提升。

其中九年級非選實戰題考驗著把文字轉換為數學問題的能力,是學生最缺乏也最難教的,甚至很多高中生都還再學習。從這點來看,有老師認為七年級題本也可以給高中生做。當然數感也希望盡快開發出對應完整學程的課程讓所有學生直接使用。

另外題本也可視為科普文章,大人也可以寫喔。y 編回憶起學生時代的題目才發現都沒搞懂,因為以前的教學沒有連續的思維養成,希望現在的題本可以整合以前學習的片段知識。

  • 43:12 更多關於數感的資訊

追蹤數感實驗室官網,獲取精選文章、影片、課程與活動資訊、題本、還有賴以威老師親簽書籍喔!

節目的最後,以威老師也分享疫情期間的線上課程其實比較辛苦,但有些功能如軟體模擬、分組、Jamboard、延伸閱讀等等也是實體課程做不到的。另外線上課程不限地點皆可參加,連家人都可旁聽,這些特性都必須好好把握的。


泛泛泛科學 Podcast 這裡聽:


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