0

0
0

文字

分享

0
0
0

[TED]哈洛哈斯:讓每顆燈泡都為我們傳輸無線資料

鄭國威 Portnoy_96
・2011/12/13 ・439字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 418 ・四年級

「如果世上每一顆燈泡都可以用來傳輸數據,那該會怎樣呢? 在 TEDGlobal 大會中,哈洛哈斯 (Harald Haas) 首度公開展示能夠實現這一理想的設備: 藉著從一個單一 LED 所發出的一閃一閃光線 (這種閃爍過於快速,肉眼看不見),它可以傳送比基地台還要多的數據。它的方式更高效、更安全、也更普遍。」(via TED)

文章難易度
鄭國威 Portnoy_96
247 篇文章 ・ 1139 位粉絲
是那種小時候很喜歡看科學讀物,以為自己會成為科學家,但是長大之後因為數理太爛,所以早早放棄科學夢的無數人其中之一。怎知長大後竟然因為諸般因由而重拾科學,與夥伴共同創立泛科學。現為泛科知識公司的知識長。

0

6
1

文字

分享

0
6
1
快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
194 篇文章 ・ 297 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

1
1

文字

分享

0
1
1
已經不能沒有「它」?悄悄改變我們生活的「家庭科技」
賴昭正_96
・2024/01/12 ・4027字 ・閱讀時間約 8 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我們生活在一個高度依賴科學與技術的社會,但幾乎所有的人對科學與技術都一無所知。

——Carl Sagan(1934-1966)美國天文學家、科普作家

在「日常生活範式的轉變:從紙筆到 AI」一文裡,筆者談到 50 年來的科技發展完全改變了我們自己日常生活的方式,如筆者已經不再用紙筆寫文章、不在圖書館裡找資料、旅行不需要攜帶地圖、在家逛街購物、買股票不需要透過券商下單、與親友及科學月刊通訊都是瞬間達成、⋯⋯等等。最近人工智能的正式登場更可能讓人人成為寫文章高手,讓讀者懷疑這篇文章是不是筆者自己寫的。

除了這些有形的日常生活方式的改變外,事實上還有一些無形、沒有改變我們生活方式的科技正在我們家中發生的。其中最明顯的就是電視, 我們看電視的方法還是一樣, 但年輕的讀者可能不知道不管從軟體或硬體來看, 電視機已經完全不再是 1970 年代的電視機了。我們在這裡就來談談這些偷偷摸摸進入我們家庭生活的三大無形改變吧,免得被名科幻小說及科普作家薩根(Carl Sagan)嘲笑:我們生活在一個高度依賴科學與技術的社會,但幾乎所有的人對科學與技術都一無所知。

電視機

早期的電視機是由真空管及陰極射線管(CRT)組成的,體積膨大。1940 年代,半導體器件的發明使得生產固態電子器件成為可能,它比熱真空管更小、更高效、更可靠、更耐用、更安全、更涼爽、更經濟。從 1960 年代中期開始,熱電子管可以說完全被晶體管取代。然而直到 21 世紀初,陰極射線管(也是一種真空管)仍然是電視監視器和示波器的基礎。

圖/作者提供

1982 年,愛普生(Seiko Epson)發布了第一台用液晶(liquid crystal)當平面顯示器(display)的液晶電視(LCD TV);1984 年,愛普生又發布了第一台全彩袖珍液晶電視。夏普(Sharp)於 1988 年推出第一台商用液晶電視;第一台電漿(plasma)電視於 1997 年出現。電漿電視畫面是透過顯示器上面畫素(Pixel)點發光,不是像液晶電視機在畫面後面照光,因此在畫質方面比液晶顯示器強多了,但因在價格上沒辦法競爭,早已被淘汰掉了,最近被類似的有機發光二極體(organic light emitting diode, LED)電視機取代。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

除了硬體外,電視影像訊息的傳播編碼(coding)也大異於前:早期使用類比訊號(analog signal)編碼,現在則使用數字(digital)。後者在其開發時就立即被認為是自 1950 年代彩色電視出現以來,電視技術上之一項創新進步的重大變革。類比廣播到數字廣播的轉變始於 2000 年左右;經過多次及多年的拖延,美國終於於 2009 年 6 月 12 日正式取消無線類比電視廣播,台灣也已於 2012 年 7 月全面廢除無線類比電視廣播,改用數位電視。詳情請參見高畫質數位電視

電燈泡

我們一般都將發明燈泡的功勞歸於愛迪生(Thomas Edison),事實上早在他 1879 年申請專利之前,英國發明家就已經知道用弧光燈當燈泡。但愛迪生不但將白熾燈泡商業化,並發明了將電力帶入住家所需的整個系統——發電機、電線、保險絲、燈的開關。1904 年出現了取代碳絲燈泡之更亮的新型鎢絲燈泡,1913 年發現在燈泡內放入氮氣等惰性氣體可以提高壽命,沿用至今。 

電燈照明的原理是因為任何溫度不為絕對零度的物體,總是不停地對外放出各種頻率的輻射能(見「科學家如何找到黑體輻射光譜,引發 20 世紀初的量子革命?」)。不幸的是:這些不同頻率的輻射能中只有非常少的一部分是可見光,因此利用鎢絲加熱來照明的電燈效率非常低(見「電燈的效率」)。

筆者在「太陽能與光電效應」裡探討了「二極體」(diode)的物理,其用途甚廣(如整流器及控制器等)。它可以透過光來發電製造太陽面板;它也可以透過電來發光——「發光二極體」(light emitting diode, LED)——製造上面提到之有機發光二極體電視機及二極體燈泡。因我們可以用不同材料來控制發出來之輻射在可見光範圍,所以二極體燈泡效率比傳統鎢絲燈泡高得非常多:例如前者只需 18 瓦特就可達到後者 100 瓦特(W)的亮度。加上它不使用高溫,壽命也因之比較長;但因其製造成本高,所以直到最近美國才宣布禁售傳統鎢絲燈泡,強迫使用二極體燈泡1

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
圖/作者提供

發光二極體需要在直流電下運作,一般家用二極體燈泡設計在低電壓 1.2-3.6V 之間。然而,為了變壓方便及減少輸送過程中的能量浪費(見「高壓危險」),全世界電力公司都用高電壓的交流電輸送電力,到住宅區附近的變電所後再減壓到 120-240V,因此二極體燈泡的設計非常不同於傳統燈泡:它的首要任務是將高電壓交流電降壓整流為低壓的直流電。除此之外,因固態線路特性,它也必須考慮電壓及電流的穩定、散熱等問題,因此在設計上比鎢絲燈泡複雜多了,成本也貴得多。

家庭電話

與電視機及燈泡相比,家庭電話可以說是改變最少的;事實上自從行動電話普及後,許多家庭已不再使用固定的家用電話,改變了我們日常生活的方式。但仍有不少像筆者一樣頑固的長者保留家用電話的,他們將發現:雖然現在的電話機比以前的加了很多功能,如來電顯示、留言、無線分機等,但其基本結構還是保留在 1962 年世界博覽會上首次以商品名「按鍵音(Touch-Tone)」推出的按鈕撥號(也就是說 1970 年代的電話現在還是可以用的,也還可以在市面上買到)。

圖/giphy

傳統電話系統通話依賴於兩個節點間的直接物理連接,在通話中這條線是不能斷的。為了覆蓋廣泛的地區,任何兩點間都直接連線當然是不可能的,因此出現了稱為「電路交換」(circuit switching)的呼叫切換技術。早期的呼叫切換是由電話接線員來完成的,但隨著電話覆蓋範圍的擴大,美國電話及電報公司(AT&T)開始推出機械交換系統,人們可以從家裡手動撥打其它號碼,不再需要人工操作員接通。到 1978 年左右,完全自動化終於消滅了電話接線員這一職業。

圖/作者提供

自從互聯網(Internet)及一種可用寬頻連線進行語音通話的互聯網協定語音(voice over internet protocol, VoIP)出現後,網路語音(VoIP)電話開始慢慢侵食傳統的家庭電話。不像電視機及燈泡,事實上傳統的家庭固定電話是有其優點,如不受斷電及不穩定網路的影響等,但因網路語音電話成本較低及較高彈性,美國聯邦通訊委員早在 2022 年 8 月就宣布不再要求美國電信公司提供銅線固定電話服務,因此相信傳統的電話系統不久將在美國消失了2

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

電路交換技術的一大缺點是:兩點一旦連接在一起,別人便不能再使用那整條電路3,浪費了有限的資源。現在網路語音電話的交換網絡依賴於「分組交換」(packet switching)技術。分組交換概念是波蘭裔美國工程師巴蘭(Paul Baran)於 1960 年代初提出,首先使用於美國國防部的阿帕網(ARPANET)。使用者透過網路傳送檔案時,先將檔案分割為較小的數位「資料包」(packet)形式來進行傳輸。每個資料包都有一個包括來源位址、目標位址、資料包數量和序號等的資料包頭,因此它們可以各走其獨立路線(網路節點負責指揮交通),發送者和接收者之間沒有必要(也從未)直接連接在一起,可以充分且更有效率地利用傳輸媒體。數位資料包到達目的地後,經組合再透過數據機(modem)將數位數據轉回電話線的類比訊號,傳到傳統的電話上。

以前傳統電話因為要用實體電線接到區域交換總機,所以可以從區域號碼知道這支電話的所在地;網路語音電話只要連接到任何一個網路節點就可以,所以家用電話號碼可以隨搬家移動到別的區域(例如台北的 02 區域電話號碼可以在阿里山出現),因此區域號碼已經失去其區域的意義。

結論

這些悄悄來的家庭科技中,改變最多的是電視:在軟體(數位訊號傳輸)及硬體方面(平面顯示器)都完全擺脫了舊科技,以全新的面貌在家庭中出現;接觸過舊電視的讀者,應該不難發現影像的改進不可同日而語。燈泡則只改變硬體(二極體燈泡),網路語音電話只改變軟體(分組交換訊號傳輸)。

筆者雖然喜歡新科技,但因一則較貴,再則可能不穩定,而不願做新技術的天竺鼠(實驗對象),對新技術的接受總是很遲的;即使如此,筆者的家庭也已經全面「現代化」了。但是內人除了發現電視機不同及燈泡比以前更接近太陽光4外,根本不知道老公花了多少心血將狗窩現代化。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

註解

  1. 事實上美國早在 2007 年就頒布白熾燈泡禁令,但被川普政府撤銷,該規則於今年(2023 年)8 月 1 日才又生效。台灣經濟部宣佈 2011 年底全面禁售白熾燈,五年內全面更換成二極體燈泡。
  2. 但在台灣還不流行。根據名市場研究公司 Future Market Insights 分析:全球住宅網路語音服務市場規模預計將從 2023 年的 221 億美元增至 2033 年的 678 億美元;在預測期內(2023 年至 2033 年),全球住宅網路語音服務需求預計將以 11.9% 的複合年增長率增長。
  3. 只要電話不掛斷(如找資料暫停通話),電路就不會、也不能斷;因此原則上如果夠多人在同時用電話,將會將所有的電路線都佔罄了。
  4. 太陽表面的溫度約在 6000°C,鎢絲燈泡大都在 3000°C 左右操作以增加壽命。

延伸閱讀

討論功能關閉中。

賴昭正_96
41 篇文章 ・ 48 位粉絲
成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

1

2
0

文字

分享

1
2
0
躺平沒關係,不工作才有用!平常看起來都在放空的「氬」——《原子有話要說》
azothbooks_96
・2023/05/23 ・951字 ・閱讀時間約 1 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

不活潑的「氬」

氬和氦、氖一樣,不容易和其他物質產生化學反應,在元素之中,被稱為稀有氣體。老是發呆,似乎沒什麼優點。

可是,氬常被注入水銀燈、日光燈和燈泡內。氬可以提高日光燈燈光的穩定性,防止白熾燈的燈絲氧化。而且,因為和氖氣味相投,有時氬會摻入霓虹廣告看板內,負責發出藍色和綠色的霓虹燈光。

圖/原子有話要說!元素週期表

雖然氬身為稀有氣體之一,可是其實並沒有那麼罕見。氬在空氣中約占百分之零點九,以極為懸殊的差距僅次於氮和氧,是大氣中第三多的氣體。也因為氬可以用相對較便宜的價格取得,因此受到廣泛的運用。

發現氬的科學家們為氬取了一個不太值得驕傲的名字「不活潑的物質」,然而,其「不活潑」的特性正是它的功能所在。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
圖/原子有話要說!元素週期表

醫療雷射的用途

氬可以做為手術用的雷射刀,由於肉眼能看見光,所以十分方便好用,也可以透過光纖,甚至在水中使用也沒有問題,氬又有止血作用,深受醫療界重用。此外,牙科醫生有時也會用氬做牙齒美白。氬的特質是不需太高溫就能得到強光。在牙齒表面塗上藥劑再以雷射照射,牙齒馬上煥然一新。令人遺憾的是,牙齒美白的療程並沒有健保給付。

【常溫狀態】氣體  【原子量】39.948

【熔點】-189.35˚C 【 沸點】-185.85˚C

【密度】0.00017837 g/cm3

【發現】1894 年,英國化學家藍塞

【語源】希臘文 Argon,意思是不工作的。

——本文摘自《原子有話要說!元素週期表》,2023 年 4 月,漫遊者文化出版,未經同意請勿轉載。

所有討論 1
azothbooks_96
53 篇文章 ・ 21 位粉絲
漫遊也許有原因,卻沒有目的。 漫遊者的原因就是自由。文學、人文、藝術、商業、學習、生活雜學,以及問題解決的實用學,這些都是「漫遊者」的範疇,「漫遊者」希望在其中找到未來的閱讀形式,尋找新的面貌,為出版文化找尋新風景。