2007年10月11日 星期四
柴油引擎洗心革面
改良後的引擎與排氣處理系統，再加上新開發的燃料，是否能讓省油的柴油車變得跟油電混合車一樣環保？撰文╱艾胥利（Steven Ashley）
翻譯／甘錫安
貨車司機打開車門，熱心地踩上駕駛座，手朝車頂伸去。他手伸得老長，把一條手帕掛在這輛新型柴油貨車的排氣管頂端。沒多久，黑煙裡的煤灰就把白色手帕染黑了一塊。他問：「這樣可以了嗎？」並拿下隨廢氣飄揚的手帕，我點頭謝謝他，拿回手帕。在美國紐澤西州這個高速公路休息區中，除了這輛怠速運轉中的貨車和另一輛18輪聯結車，不遠處還有一輛剛推出的新款賓士E320 Bluetec轎車。鑰匙一轉，這輛賓士車的柴油引擎立刻動了起來。過一會兒，我跪在車後，用一塊乾淨的布蓋住排氣管。即使放了將近一分鐘，布上還是幾乎沒有污漬。
這次可稱為「手帕測試」的實驗顯示，所謂的「潔淨柴油」已經不是自相矛盾的名詞了。柴油一向被視為污染最嚴重的能源，大眾一直有這種印象的主要原因是這種技術十分耐用，有很多幾十年的老車到現在還在路上行駛。E320只是先遣部隊，新一代的柴油轎車、運動休旅車和小貨卡不僅排放的空氣污染少得多，而且柴油引擎省油的優異傳統絲毫不受影響。舉例來說，E320的動力來源為3000c.c.、V-6引擎，每公升可跑15公里（高速∕市區混合），加滿油後的行駛距離長達1255公里。
為了落實這樣的革新，新型柴油車運用了製造更少污染物的先進引擎、可除去煤灰並將廢氣轉換成無害氣體的排氣系統，以及北美地區2006年秋季剛剛上市、更潔淨的低硫柴油。除此之外，這些改進並沒有使其價格高到讓人難以接受。戴姆勒克萊斯勒（賓士汽車製造廠商）的研發董事韋伯（Thomas Weber）表示：「E320 Bluetec柴油款價格只比汽油款高出1000美元。」
福斯、奧迪、寶馬、本田、通用汽車、福特、PSA標緻雪鐵龍和其他車廠，也計畫在未來幾年內推出更潔淨的柴油車。這類汽車的環保程度和油電混合車相差無幾，但成本沒增加那麼多，傳動系統也沒有那麼複雜。汽車製造廠商希望讓新型柴油車、油電混合車和先進型汽油車攜手合作，填補現今汽車和未來氫燃料電池車之間的過渡期（請參閱2006年5月號〈省油環保車，充電再上路〉與2005年4月號〈氫燃料電池車乾淨上路〉）。
市場上近年來之所以迫切需要更省油、更環保的汽車，是因為降低化石燃料消耗量（同時降低二氧化碳排放量）已經成為避免全球暖化及降低美國對進口石油依賴程度的主要對策。根據美國環保署的資料顯示，如果美國有1/3的輕載重車輛（包括轎車、運動休旅車和小貨車）以柴油為動力來源，每天將可省下140萬桶石油，相當於沙烏地阿拉伯每天運到美國的石油量（沙烏地阿拉伯的原油有7%出口到美國）。
這次可稱為「手帕測試」的實驗顯示，所謂的「潔淨柴油」已經不是自相矛盾的名詞了。柴油一向被視為污染最嚴重的能源，大眾一直有這種印象的主要原因是這種技術十分耐用，有很多幾十年的老車到現在還在路上行駛。E320只是先遣部隊，新一代的柴油轎車、運動休旅車和小貨卡不僅排放的空氣污染少得多，而且柴油引擎省油的優異傳統絲毫不受影響。舉例來說，E320的動力來源為3000c.c.、V-6引擎，每公升可跑15公里（高速∕市區混合），加滿油後的行駛距離長達1255公里。
為了落實這樣的革新，新型柴油車運用了製造更少污染物的先進引擎、可除去煤灰並將廢氣轉換成無害氣體的排氣系統，以及北美地區2006年秋季剛剛上市、更潔淨的低硫柴油。除此之外，這些改進並沒有使其價格高到讓人難以接受。戴姆勒克萊斯勒（賓士汽車製造廠商）的研發董事韋伯（Thomas Weber）表示：「E320 Bluetec柴油款價格只比汽油款高出1000美元。」
福斯、奧迪、寶馬、本田、通用汽車、福特、PSA標緻雪鐵龍和其他車廠，也計畫在未來幾年內推出更潔淨的柴油車。這類汽車的環保程度和油電混合車相差無幾，但成本沒增加那麼多，傳動系統也沒有那麼複雜。汽車製造廠商希望讓新型柴油車、油電混合車和先進型汽油車攜手合作，填補現今汽車和未來氫燃料電池車之間的過渡期（請參閱2006年5月號〈省油環保車，充電再上路〉與2005年4月號〈氫燃料電池車乾淨上路〉）。
市場上近年來之所以迫切需要更省油、更環保的汽車，是因為降低化石燃料消耗量（同時降低二氧化碳排放量）已經成為避免全球暖化及降低美國對進口石油依賴程度的主要對策。根據美國環保署的資料顯示，如果美國有1/3的輕載重車輛（包括轎車、運動休旅車和小貨車）以柴油為動力來源，每天將可省下140萬桶石油，相當於沙烏地阿拉伯每天運到美國的石油量（沙烏地阿拉伯的原油有7%出口到美國）。
柴油引擎壓縮就能點火
柴油引擎的歷史十分悠久。德國工程師狄賽爾（Rudolf Diesel）於1890年代發明柴油引擎後，它很快就成為現代重工業與運輸業的重要支柱。汽油引擎必須以火星塞來點燃汽缸中的壓縮油氣混合物，柴油引擎則只需壓縮就能點燃油氣：活塞衝程將汽缸中的空氣壓得更緊密，提高溫度，注入的燃料便會自行爆發。通用動力傳輸部門柴油工程執行主管弗瑞斯（Charles Freese）指出，目前這種所謂的「壓縮點火引擎」（compression-ignition engine）消耗每單位燃料所產生的能量多於汽油引擎，因此行駛里程多出25~30%。舉例來說，一公升的燃料可供小型柴油車行駛17~21公里，但排氣量相當的汽油車則很少能超過每公升15公里。
弗瑞斯說，柴油引擎可提供「充沛的低速扭力（起步時的旋轉力），再加上新型渦輪增壓裝置（用以提升馬力），讓柴油引擎擁有優異的起步加速能力，因此極具駕駛樂趣。」但這種技術由於燃料特性和較高的燃燒溫度，其所產生的極細碳微粒（煤灰）以及構成煙霧與酸雨的氮氧化物，也比汽油引擎來得多。根據美國天然資源保護委員會潔淨燃料與車輛計畫主管凱瑟爾（Richard Kassel）估計，各種來源的柴油引擎廢氣（包含汽車、貨車、火車與道路外機具等），每年在美國造成2萬5000件早產夭折病例，以及因癌症、氣喘、支氣管炎與其他疾病而損失的250萬個工作天。凱瑟爾表示，如果能避免釋出這些空氣污染物，到2030年，全美國每年省下的醫療成本將可達到1500億美元左右。
弗瑞斯說，柴油引擎可提供「充沛的低速扭力（起步時的旋轉力），再加上新型渦輪增壓裝置（用以提升馬力），讓柴油引擎擁有優異的起步加速能力，因此極具駕駛樂趣。」但這種技術由於燃料特性和較高的燃燒溫度，其所產生的極細碳微粒（煤灰）以及構成煙霧與酸雨的氮氧化物，也比汽油引擎來得多。根據美國天然資源保護委員會潔淨燃料與車輛計畫主管凱瑟爾（Richard Kassel）估計，各種來源的柴油引擎廢氣（包含汽車、貨車、火車與道路外機具等），每年在美國造成2萬5000件早產夭折病例，以及因癌症、氣喘、支氣管炎與其他疾病而損失的250萬個工作天。凱瑟爾表示，如果能避免釋出這些空氣污染物，到2030年，全美國每年省下的醫療成本將可達到1500億美元左右。
儘管具備某些優點，柴油車在美國的發展依然不見起色。根據市場研究機構J.D. Power的資料，柴油車銷售量僅佔美國的3~4%（在全世界的汽車和小貨車中，柴油車所佔的比例同樣相當低，僅13%，汽油車則佔了85%）。柴油車銷售量一直不高的原因是美國消費者對柴油車印象不佳，加上美國國內環保標準相當嚴格。噴出大量黑煙的聯結車所造成的惡劣形象，以及美國1970年代製造的劣質柴油車所留下的慘痛記憶，讓大多數駕駛人對柴油車敬而遠之。同時，美國聯邦法規對柴油引擎排放的氮氧化物和煤灰所訂定的限制，遠高於汽油引擎排放的主要空氣污染物──一氧化碳和碳氫化合物。氮氧化物的排放標準在北美地區特別嚴格，新規定對柴油引擎的要求是氮氧化物排放量不得超過歐洲容許量的1/6。
但在大西洋另一邊，狀況就完全不同了。低硫柴油在歐洲已經上市數年，歐洲煉油廠有充份的市場誘因，因此柴油的產量比汽油還高。在歐洲，柴油車在新車銷售量中所佔比率超過40%。歐洲法規制訂者比較注重省油程度，因此在近幾十年內鼓勵使用柴油，除了透過稅賦控制柴油價格，降低汽油的優勢，同時廢氣排放標準也不特別限制氮氧化物和煤灰。幾十年來，歐洲這些政策使柴油比汽油還便宜，但近幾年兩者的價格正在逐漸拉近。歐洲柴油目前每公升約為1.32美元，汽油則為1.59美元，但在美國兩者都介於0.59~0.66美元之間。由於歐洲國家對柴油特別優待，促使汽車工程師開發排氣量較小（2000c.c.）的柴油引擎，他們多年的努力已洗刷以往柴油引擎噪音過大，以及在低溫下不容易發動等不良形象。
但在大西洋另一邊，狀況就完全不同了。低硫柴油在歐洲已經上市數年，歐洲煉油廠有充份的市場誘因，因此柴油的產量比汽油還高。在歐洲，柴油車在新車銷售量中所佔比率超過40%。歐洲法規制訂者比較注重省油程度，因此在近幾十年內鼓勵使用柴油，除了透過稅賦控制柴油價格，降低汽油的優勢，同時廢氣排放標準也不特別限制氮氧化物和煤灰。幾十年來，歐洲這些政策使柴油比汽油還便宜，但近幾年兩者的價格正在逐漸拉近。歐洲柴油目前每公升約為1.32美元，汽油則為1.59美元，但在美國兩者都介於0.59~0.66美元之間。由於歐洲國家對柴油特別優待，促使汽車工程師開發排氣量較小（2000c.c.）的柴油引擎，他們多年的努力已洗刷以往柴油引擎噪音過大，以及在低溫下不容易發動等不良形象。
引擎與燃料向上提升
所謂的潔淨柴油技術，是工程師為了改良引擎、燃料和排氣系統所做的努力。弗瑞斯表示，一連串引擎技術革新（一開始大多用於貨車）帶動了引擎方面的改良。這些改良包括以高壓燃料系統縮短柴油注入時間、提高汽缸壓縮比，以及改良引擎室與氣門設計，從而改善油氣混合方式，得到均勻穩定、效率又高的燃燒。渦輪增壓裝置（以排氣推動的壓縮裝置）是將空氣注入燃燒室，增加可用於燃燒的氧氣量。在此同時，精密的控制系統以感測器監測引擎運作及調整運轉參數，讓引擎運轉達到最佳狀態。
在柴油引擎廢氣控制中特別重要的一項發展，是1970年代開發的引擎裝置，稱為排氣再循環系統（exhaust gas recirculation system）。這種裝置可注入活性較低的廢氣，稀釋汽缸中促進燃燒的氧，降低燃燒速率，避免可能產生氮氧化物的溫度陡升現象。根據業界表示，這種裝置出現後，氮氧化物的產生量減少了大約3/4。這個領域比較新近的發展是冷卻式排氣再循環系統，可降低排氣溫度（將排氣與外界空氣混合或以熱交換器冷卻），再將其注入燃燒室，以進一步降低氮氧化物排放量。
這些技術改良可降低廢氣產生量，但單靠這些技術仍不足以淨化柴油引擎的運作。另一個重要關鍵是必須有超低硫柴油，才能讓這些改良效果完全發揮。原油本身所含的硫不僅會腐蝕引擎元件，還會「毒化」觸媒轉換器，使其失去效用，這是因為硫會搶先跟觸媒化合物結合，堵塞微粒捕集器（particulate trap），導致排氣回流。為了除去硫，煉油廠便以容易結合硫的氫來處理柴油。美國聯邦法規中超低硫燃料的硫含量必須比原始含量低97%，也就是要從500ppm降低為15ppm，相當於整輛油罐車的柴油僅有約28公克的硫。
使排氣管更乾淨
淨化柴油技術的最後一步，是轎車正在逐步引進的先進排氣洗滌技術。廢氣由新型柴油引擎排出後，會先進入第一階段排氣控制系統，也就是氧化觸媒轉換器（oxidizing catalytic converter），讓廢氣中的一氧化碳和未完全燃燒的碳氫化合物跟氧結合，除去大部份這些化合物。
標籤： 奈米科技 、科學新知
2007年10月10日 星期三
我的數位記憶
微軟開發出一套新的系統，可以將人們一生的所見所聞，全部記錄 下來，就像個人專屬的數位日記。
撰文╱貝爾（Gordon Bell）、格默爾（Jim Gemmell）
翻譯／鍾樹人
人類記憶力的難以理解，簡直令人發狂，我們一天到晚受限於記憶力欠佳，不是忘了朋友的電話，就是忘了生意合約的名稱，或是最喜歡的一本書的書名。為了對抗健忘，人們想出各種辦法，像是草草寫在便利貼上，或手機與PDA內的電話簿。即使如此，重要的訊息還是不斷從記憶裂縫間流失。不過，我們在微軟研究所的小組已經開始找尋方法，希望以數位方式把人一生中的各個面向全部記錄下來，就從我們自己（本文作者貝爾）的人生開始。在過去六年中，我們試著把貝爾與外界的互動全記錄下來，包括他見過的景像、聽到的聲音與瀏覽過的網頁，全都儲存在一個既安全又有搜尋功能的個人數位檔案庫裡。
其實數位記憶所能做的，不僅是協助我們回想過去的事件、對話與計畫，可攜式感測器甚至能讀到人類所無法感知的事物，好比血液含氧量或空氣中的二氧化碳濃度，接著，電腦可掃描這些數據，進而得出其中的模式，例如讓孩童氣喘惡化的環境條件。感測器也能把人一生中約30億次的心跳全部記錄下來，再加上其他的生理指標，就能警告何時可能發生心臟病，這類訊息可協助醫生早日發現異狀，在疾病惡化前提出警告；你的醫生可取得詳細而連續的健康記錄，而你呢，再也不必絞盡腦汁回答「你從什麼時候開始有這種感覺？」這樣的問題。
我們的研究計畫名為「我的生命位元」（MyLifeBits），提供了若干必要的工具，用於建立終身數位檔案庫。我們發現，數位記憶能藉由影音，讓記憶重現在腦海，藉此提升個人的反思，這種方式十分類似網際網路對科學研究的輔助，凡是讀過的每一個字，不管是來自電子郵件、電子文件或網頁，只要敲敲鍵盤，就能再次搜尋出來。電腦能分析數位記憶，幫你管理時間，並提醒你沒有在高優先順序的事物上花費足夠的時間，這項系統還能定時記錄你所在的位置，把你一生的足跡製作成動態的地圖。但最重要的或許是，數位記憶讓每個人都能把自己一生的故事詳細傳述給下一代。直到現在，仍然只有富人與名人才有這種能力。
延伸戰時的記錄裝置
這種利用機器加強記憶的願景，最早是由美國政府戰時研究部門的主管布希（Vannevar Bush）提出的，當時，第二次世界大戰剛結束，布希提出名為「滿覓思」（Memex, memory extender的縮寫）的裝置，這是一種微縮影片機器，可以把個人的所有藏書、記錄與通訊全部儲存起來。Memex的外型像張書桌，配有鍵盤、麥克風和數個顯示面板，使用者可坐在書桌前，用相機把照片與文章拍攝成微縮影片，或在觸控式螢幕上書寫，製作新的文件。Memex的使用者還能把相機戴在額頭上，即使離開書桌，也能捕捉畫面。布希還提出一個極具遠見的想法，他認為應該把Memex設計為像人類心智般具有聯想能力，他生動地描述：「它掌握到其中一個事項，就立刻發揮聯想，捕捉到下一個事項，就好像腦細胞之間錯綜複雜的軌跡網絡一樣。」
接下來的半個世紀，勇敢的資訊科學先鋒延伸了布希的若干理念，包括納爾遜（Ted Nelson）、英格巴特（Douglas Engelbart）；全球資訊網的發明人也借用「軌跡網絡」的概念，建立出連結各網站的系統，不過從技術面來講，Memex仍遙不可及。但近年來，儲存、感測與處理器的技術進步神速，已經為新的數位記錄與擷取系統鋪了康莊大道，布希的願景，或許終有被超越的一天。
數位儲存空間的容量不斷成長：目前，一顆600美元的硬碟可容納的資料量已經高達一兆位元組（1TB），足以儲存你未來60年裡讀的每個字（包括電子郵件、網頁、文章和書本）、買的每一首樂曲，以及每天八小時的語音和10張照片。如果目前的趨勢不變，不到10年，你就可以把上述所有資料全部放進手機的快閃記憶體裡，還能無線連結到個人電腦（PC）裡僅價值100美元、容量卻高達4TB的硬碟。20年之內，600美元將可買到250TB的儲存空間，足以存入幾萬小時的影片，以及幾千萬張照片，這麼大的容量，應該能滿足任何人超過100年的記錄需求。
同時，業者也在生產價格平實的新一代感測器，使得感測器很快就可能無所不在，其中一些款式可大量記錄使用者的健康及生理資料，也有一些能測量周遭環境的溫度、濕度、氣壓及光量，甚至能偵測到附近的溫暖人體；有些是可穿戴在身上的監測裝置，有些的設計則是為了放置在室內，或與其他設備結合在一起，如冰箱。（冰箱的感測器可測量冰箱開關的次數，進而追蹤你吃零食的習慣。）另外，麥克風和相機現在也已經相當便宜，差不多到處都可安裝了，尤其是手機，內建相機已經是常態，緊接著就是錄音功能了。
最後，運算能力在過去10年來大幅躍進，處理器已能有效取得、分析大量資料，並加以視覺化；普通筆記型電腦能執行的資料庫，幾乎是1980年代大型銀行的100倍，而且功能更強；即使是一般價格的手機也能上網、播放影片，甚至能辨識語音。
隨著數位記錄硬體的精進，越來越多人開始以數位方式記錄自己的生活點滴。便宜又高品質的數位相機（包括內建在手機裡的機型）帶動了攝影的熱潮；結合照片的部落格，變得比個人網站更為普遍。年輕人更是部落格與隨身數位產品的愛用者。單是這些極為基本的工具，就引發了數位記事的風潮，這項事實證明人類心中有著極強烈的記錄慾望，一旦數位記錄過程變得越來越簡單易懂，這股興致當然也會越來越高。
一個男人的記憶
我們研究團隊對數位記憶的體驗，是從1998年開始，貝爾在那時決定停止使用紙張，著手開始處理堆積如山的文件、書本、卡片、信件、便條紙、海報、照片等，為了把這成堆的記憶全都轉換成數位記錄，貝爾開始沉迷於掃描每一件事物，包括在私人生活與漫長的資訊產業生涯中的所有文件及人工製品（他甚至掃描了馬克杯與T恤上的商標）。他也開始把家居錄影、演講錄影帶和錄音帶全部數位化，現在，貝爾已經不再使用紙張了，但代價高昂，因為他雇了一名私人助理，耗時數年才完成這項工作。（近期物件的歸檔就不必這麼耗費周章，因為現在大多數的文件與影像都以數位格式製成，可直接留存。）
然而，在掃描所有的資訊之後，貝爾卻無法透過手邊的軟體真正使用這些數位資料，這讓他備感挫折，因此催生了「我的生命位元」計畫。2001年當我們展開這項計畫時，桌上型電腦的搜尋工具還相當笨拙，於是我們開始設計資料庫，希望不僅能在電腦裡進行全文搜尋（這項功能現在已經相當普遍），還能運用稱為「後設資料」（metadata）的屬性（例如照片的日期、地點和主題，或是資料庫裡附加在檔案上的文字或口頭意見），快速存取數位記憶。後設資料常常是回憶的關鍵所在，例如，當使用者想尋找某封電子郵件時，可能會記得郵件是在某年中的哪個時期寄出的。後設資料大多能自動取得，若資料庫能把後設資料與數位記憶串連在一起，那麼不管檔案庫再大，使用者都可以有效率地爬梳資料。
「我的生命位元」還提出了一套新工具，供貝爾捕捉他自己與其他人或機器之間的互動。這套系統能記錄他的電話，以及收音機與電視播放的節目。當貝爾使用電腦時，「我的生命位元」會自動儲存他瀏覽過的每個網頁，以及所有他發送與接收的即時傳訊內容，還會記錄他打開的檔案、播放的音樂與執行的搜尋。這個系統甚至能監測螢幕上目前正在與使用者互動的是哪個視窗，以及滑鼠與鍵盤的活動情形，而且不論何時何地，「我的生命位元」都會持續以無線方式，從貝爾身上的可攜式全球定位系統，把測得的所在位置上傳到他的檔案庫，有了這種地理追蹤功能，軟體只要根據貝爾拍攝照片的時間，就可以自動為照片標註拍攝地點。
【意猶未盡嗎？欲閱讀完整全文，請參閱科學人2007年4月號〈我的數位記憶〉】
撰文╱貝爾（Gordon Bell）、格默爾（Jim Gemmell）
翻譯／鍾樹人
人類記憶力的難以理解，簡直令人發狂，我們一天到晚受限於記憶力欠佳，不是忘了朋友的電話，就是忘了生意合約的名稱，或是最喜歡的一本書的書名。為了對抗健忘，人們想出各種辦法，像是草草寫在便利貼上，或手機與PDA內的電話簿。即使如此，重要的訊息還是不斷從記憶裂縫間流失。不過，我們在微軟研究所的小組已經開始找尋方法，希望以數位方式把人一生中的各個面向全部記錄下來，就從我們自己（本文作者貝爾）的人生開始。在過去六年中，我們試著把貝爾與外界的互動全記錄下來，包括他見過的景像、聽到的聲音與瀏覽過的網頁，全都儲存在一個既安全又有搜尋功能的個人數位檔案庫裡。
其實數位記憶所能做的，不僅是協助我們回想過去的事件、對話與計畫，可攜式感測器甚至能讀到人類所無法感知的事物，好比血液含氧量或空氣中的二氧化碳濃度，接著，電腦可掃描這些數據，進而得出其中的模式，例如讓孩童氣喘惡化的環境條件。感測器也能把人一生中約30億次的心跳全部記錄下來，再加上其他的生理指標，就能警告何時可能發生心臟病，這類訊息可協助醫生早日發現異狀，在疾病惡化前提出警告；你的醫生可取得詳細而連續的健康記錄，而你呢，再也不必絞盡腦汁回答「你從什麼時候開始有這種感覺？」這樣的問題。
我們的研究計畫名為「我的生命位元」（MyLifeBits），提供了若干必要的工具，用於建立終身數位檔案庫。我們發現，數位記憶能藉由影音，讓記憶重現在腦海，藉此提升個人的反思，這種方式十分類似網際網路對科學研究的輔助，凡是讀過的每一個字，不管是來自電子郵件、電子文件或網頁，只要敲敲鍵盤，就能再次搜尋出來。電腦能分析數位記憶，幫你管理時間，並提醒你沒有在高優先順序的事物上花費足夠的時間，這項系統還能定時記錄你所在的位置，把你一生的足跡製作成動態的地圖。但最重要的或許是，數位記憶讓每個人都能把自己一生的故事詳細傳述給下一代。直到現在，仍然只有富人與名人才有這種能力。
延伸戰時的記錄裝置
這種利用機器加強記憶的願景，最早是由美國政府戰時研究部門的主管布希（Vannevar Bush）提出的，當時，第二次世界大戰剛結束，布希提出名為「滿覓思」（Memex, memory extender的縮寫）的裝置，這是一種微縮影片機器，可以把個人的所有藏書、記錄與通訊全部儲存起來。Memex的外型像張書桌，配有鍵盤、麥克風和數個顯示面板，使用者可坐在書桌前，用相機把照片與文章拍攝成微縮影片，或在觸控式螢幕上書寫，製作新的文件。Memex的使用者還能把相機戴在額頭上，即使離開書桌，也能捕捉畫面。布希還提出一個極具遠見的想法，他認為應該把Memex設計為像人類心智般具有聯想能力，他生動地描述：「它掌握到其中一個事項，就立刻發揮聯想，捕捉到下一個事項，就好像腦細胞之間錯綜複雜的軌跡網絡一樣。」
接下來的半個世紀，勇敢的資訊科學先鋒延伸了布希的若干理念，包括納爾遜（Ted Nelson）、英格巴特（Douglas Engelbart）；全球資訊網的發明人也借用「軌跡網絡」的概念，建立出連結各網站的系統，不過從技術面來講，Memex仍遙不可及。但近年來，儲存、感測與處理器的技術進步神速，已經為新的數位記錄與擷取系統鋪了康莊大道，布希的願景，或許終有被超越的一天。
數位儲存空間的容量不斷成長：目前，一顆600美元的硬碟可容納的資料量已經高達一兆位元組（1TB），足以儲存你未來60年裡讀的每個字（包括電子郵件、網頁、文章和書本）、買的每一首樂曲，以及每天八小時的語音和10張照片。如果目前的趨勢不變，不到10年，你就可以把上述所有資料全部放進手機的快閃記憶體裡，還能無線連結到個人電腦（PC）裡僅價值100美元、容量卻高達4TB的硬碟。20年之內，600美元將可買到250TB的儲存空間，足以存入幾萬小時的影片，以及幾千萬張照片，這麼大的容量，應該能滿足任何人超過100年的記錄需求。
同時，業者也在生產價格平實的新一代感測器，使得感測器很快就可能無所不在，其中一些款式可大量記錄使用者的健康及生理資料，也有一些能測量周遭環境的溫度、濕度、氣壓及光量，甚至能偵測到附近的溫暖人體；有些是可穿戴在身上的監測裝置，有些的設計則是為了放置在室內，或與其他設備結合在一起，如冰箱。（冰箱的感測器可測量冰箱開關的次數，進而追蹤你吃零食的習慣。）另外，麥克風和相機現在也已經相當便宜，差不多到處都可安裝了，尤其是手機，內建相機已經是常態，緊接著就是錄音功能了。
最後，運算能力在過去10年來大幅躍進，處理器已能有效取得、分析大量資料，並加以視覺化；普通筆記型電腦能執行的資料庫，幾乎是1980年代大型銀行的100倍，而且功能更強；即使是一般價格的手機也能上網、播放影片，甚至能辨識語音。
隨著數位記錄硬體的精進，越來越多人開始以數位方式記錄自己的生活點滴。便宜又高品質的數位相機（包括內建在手機裡的機型）帶動了攝影的熱潮；結合照片的部落格，變得比個人網站更為普遍。年輕人更是部落格與隨身數位產品的愛用者。單是這些極為基本的工具，就引發了數位記事的風潮，這項事實證明人類心中有著極強烈的記錄慾望，一旦數位記錄過程變得越來越簡單易懂，這股興致當然也會越來越高。
一個男人的記憶
我們研究團隊對數位記憶的體驗，是從1998年開始，貝爾在那時決定停止使用紙張，著手開始處理堆積如山的文件、書本、卡片、信件、便條紙、海報、照片等，為了把這成堆的記憶全都轉換成數位記錄，貝爾開始沉迷於掃描每一件事物，包括在私人生活與漫長的資訊產業生涯中的所有文件及人工製品（他甚至掃描了馬克杯與T恤上的商標）。他也開始把家居錄影、演講錄影帶和錄音帶全部數位化，現在，貝爾已經不再使用紙張了，但代價高昂，因為他雇了一名私人助理，耗時數年才完成這項工作。（近期物件的歸檔就不必這麼耗費周章，因為現在大多數的文件與影像都以數位格式製成，可直接留存。）
然而，在掃描所有的資訊之後，貝爾卻無法透過手邊的軟體真正使用這些數位資料，這讓他備感挫折，因此催生了「我的生命位元」計畫。2001年當我們展開這項計畫時，桌上型電腦的搜尋工具還相當笨拙，於是我們開始設計資料庫，希望不僅能在電腦裡進行全文搜尋（這項功能現在已經相當普遍），還能運用稱為「後設資料」（metadata）的屬性（例如照片的日期、地點和主題，或是資料庫裡附加在檔案上的文字或口頭意見），快速存取數位記憶。後設資料常常是回憶的關鍵所在，例如，當使用者想尋找某封電子郵件時，可能會記得郵件是在某年中的哪個時期寄出的。後設資料大多能自動取得，若資料庫能把後設資料與數位記憶串連在一起，那麼不管檔案庫再大，使用者都可以有效率地爬梳資料。
「我的生命位元」還提出了一套新工具，供貝爾捕捉他自己與其他人或機器之間的互動。這套系統能記錄他的電話，以及收音機與電視播放的節目。當貝爾使用電腦時，「我的生命位元」會自動儲存他瀏覽過的每個網頁，以及所有他發送與接收的即時傳訊內容，還會記錄他打開的檔案、播放的音樂與執行的搜尋。這個系統甚至能監測螢幕上目前正在與使用者互動的是哪個視窗，以及滑鼠與鍵盤的活動情形，而且不論何時何地，「我的生命位元」都會持續以無線方式，從貝爾身上的可攜式全球定位系統，把測得的所在位置上傳到他的檔案庫，有了這種地理追蹤功能，軟體只要根據貝爾拍攝照片的時間，就可以自動為照片標註拍攝地點。
【意猶未盡嗎？欲閱讀完整全文，請參閱科學人2007年4月號〈我的數位記憶〉】
標籤： 科學奇事
2007年10月9日 星期二
加滿氫再上路
研究人員正在努力開發各種方案，協助燃料電池車儲存氫氣，以行駛更長的距離。
撰文╱沙提亞派爾（Sunita Satyapal）
彼卓維契（John Petrovic）
湯瑪斯（George Thomas）
翻譯／甘錫安
1783年夏末，查理（Jacques Charles）做了一件驚人的大事。他將重量比空氣輕的氫氣充入表面塗佈橡膠的絲質袋子，並駕著這個氫氣球上升到1000公尺高空。他降落地面後沒過多久，嚇壞了的鄉下人就毀掉了這個氣球，但查理從此開啟了200多年來研究人員孜孜不倦的探索歷程：駕馭宇宙中最輕的元素——氫，將它的力量運用到運輸方面。
在為未來車輛提供動力這方面，不論是直接燃燒或是用於燃料電池，氫都是極具吸引力的選擇。原因諸如美國國內工業製造的氫可以來自各種原料和能源（例如再生能源、核能和化石燃料等），這種無毒的氣體還可當做完全無污染的能源，為多種機器提供動力。而且氫燃燒時不會釋出造成溫室效應的二氧化碳，另外如果將氫加入燃料電池堆（類似電池的裝置，可由氫和氧產生電力），可以用來推動電動汽車或貨車，產生的副產物只有水和熱（請參閱2005年4月號〈氫燃料電池車乾淨上路〉）。燃料電池車的效率，可比目前的汽車高出一倍以上。因此，氫有助於緩解許多迫在眉梢的環境與社會問題，包括空氣污染與健康威脅、全球氣候變遷，以及對進口石油的依賴等。
但要真正用氫當做汽車的動力來源，還有很多障礙。如果以重量來比較，氫所含的能量是汽油的三倍，但氫的儲存方式目前還沒辦法像傳統液態燃料那樣簡單緊密。現今挑戰性最大的技術問題，是如何有效地將氫安全儲存於車內，以便為汽車駕駛人提供所需的行駛距離和性能，研究人員必須找出「正好適合」的「金字招牌」方案來解決儲存問題：儲存裝置的氫容納量必須足以達到目前可接受的480公里最低行駛距離需求，而且燃料槽的體積還不能影響乘客或行李空間。儲存槽必須以需要的流速釋放氫，以便在高速公路上加速，並在實際溫度下能良好運作；它還必須能在數分鐘內加滿或充電完畢，而且價格必須有競爭力。但目前的氫儲存技術距離上述目標，都還相當遙遠。
全世界的汽車產業、政府和學界研究人員，都投入極大的心力欲克服這些限制。國際能源總署於1977年簽署的「氫使用協定」，是目前規模最大的氫儲存研究團隊，成員包含來自13國的35名研究人員。成立於2003年的「氫經濟國際合作計畫」目前已有17國政府參與，致力於推動氫能源與燃料電池技術。另外，美國能源部也於2005年開始執行「國際氫儲存計畫」，成立了三所卓越研究中心，有許多產業界、大學與聯邦實驗室攜手進行多項基礎與應用研究；單單去年一年，這項計畫就提供超過3000萬美元的經費給80項左右的研究計畫。
在為未來車輛提供動力這方面，不論是直接燃燒或是用於燃料電池，氫都是極具吸引力的選擇。原因諸如美國國內工業製造的氫可以來自各種原料和能源（例如再生能源、核能和化石燃料等），這種無毒的氣體還可當做完全無污染的能源，為多種機器提供動力。而且氫燃燒時不會釋出造成溫室效應的二氧化碳，另外如果將氫加入燃料電池堆（類似電池的裝置，可由氫和氧產生電力），可以用來推動電動汽車或貨車，產生的副產物只有水和熱（請參閱2005年4月號〈氫燃料電池車乾淨上路〉）。燃料電池車的效率，可比目前的汽車高出一倍以上。因此，氫有助於緩解許多迫在眉梢的環境與社會問題，包括空氣污染與健康威脅、全球氣候變遷，以及對進口石油的依賴等。
但要真正用氫當做汽車的動力來源，還有很多障礙。如果以重量來比較，氫所含的能量是汽油的三倍，但氫的儲存方式目前還沒辦法像傳統液態燃料那樣簡單緊密。現今挑戰性最大的技術問題，是如何有效地將氫安全儲存於車內，以便為汽車駕駛人提供所需的行駛距離和性能，研究人員必須找出「正好適合」的「金字招牌」方案來解決儲存問題：儲存裝置的氫容納量必須足以達到目前可接受的480公里最低行駛距離需求，而且燃料槽的體積還不能影響乘客或行李空間。儲存槽必須以需要的流速釋放氫，以便在高速公路上加速，並在實際溫度下能良好運作；它還必須能在數分鐘內加滿或充電完畢，而且價格必須有競爭力。但目前的氫儲存技術距離上述目標，都還相當遙遠。
全世界的汽車產業、政府和學界研究人員，都投入極大的心力欲克服這些限制。國際能源總署於1977年簽署的「氫使用協定」，是目前規模最大的氫儲存研究團隊，成員包含來自13國的35名研究人員。成立於2003年的「氫經濟國際合作計畫」目前已有17國政府參與，致力於推動氫能源與燃料電池技術。另外，美國能源部也於2005年開始執行「國際氫儲存計畫」，成立了三所卓越研究中心，有許多產業界、大學與聯邦實驗室攜手進行多項基礎與應用研究；單單去年一年，這項計畫就提供超過3000萬美元的經費給80項左右的研究計畫。
基礎建設障礙重重
氫燃料電池車難以普及的障礙之一，是其所涉及的問題規模十分龐大。全美國汽車每天的汽油消耗量達14億5000萬公升（每年約5300億公升），佔全美國石油消耗量的2/3左右，其中有一半以上的原油來自進口。如果要讓現今美國國內的汽車產業轉而生產燃料電池車，同時把遍佈全美各地的汽油煉製及輸送網絡改為處理大量的氫，必須投下的經費顯然將十分可觀。燃料電池車本身在價格和耐用程度上也必須能和目前的技術競爭，同時必須具備相同的性能。另外，氫燃料電池車還必須解決安全疑慮以及社會大眾心中揮之不去的一個陰影，大眾對1937年興登堡號飛船在空中燃燒的慘烈情況記憶猶存，並經常將這次事故跟氫聯想在一起。但根據可信的證據顯示，製作興登堡號飛船氣囊的易燃性蒙皮才是引燃火苗，並導致那次災難的關鍵因素。
將氫儲存在車內為什麼這麼困難呢？在常溫常壓下（一大氣壓約等於每平方公分1.03公斤重），氫是氣態，能量密度只有液態汽油的1/3000。容積75公升的箱子儲存一大氣壓的氫氣時，只能推動一般汽車行駛152公尺左右。因此要讓車內氫容納系統達到可用的程度，工程師必須提高氫的儲存密度。
將氫儲存在車內為什麼這麼困難呢？在常溫常壓下（一大氣壓約等於每平方公分1.03公斤重），氫是氣態，能量密度只有液態汽油的1/3000。容積75公升的箱子儲存一大氣壓的氫氣時，只能推動一般汽車行駛152公尺左右。因此要讓車內氫容納系統達到可用的程度，工程師必須提高氫的儲存密度。
由美國產官界攜手合作、開發未來汽車先進技術的「自由汽車與燃料合作計畫」，其主要運作目標之一，就是達成480公里的最低行駛距離。工程師在進行這類計算時，採用了相當有用的概算法：每加侖（約3.78公升）汽油所含的能量大約相當於一公斤的氫。目前一般車輛行駛480公里大約需要20加侖（約75公升）汽油，但由於氫的運作效率高出許多，因此燃料電池車通常只需要8公斤的氫。依車輛型式和大小不同，某些車型達到這個行駛距離需要的氫可能較少，某些車型則可能較多。根據數家汽車製造廠商對大約60款氫燃料原型車的測試數據，目前的行駛距離大約為160~300公里之間。
為了達成在2010年實用化的目標（有些公司預測第一款量產型燃料電池車可能在該年推出），研究人員將各種儲存技術與「重量百分比6%」的標準進行比較，也就是在燃料儲存系統中，總重量中有6%是氫，假設某套系統的總重量為100公斤（以汽車而言為合理重量），則儲存的氫必須有6公斤。6%看起來不多，但要達到這個標準其實相當困難，科學家紛紛研發可在較低壓力下運作的儲存方案，但目前最佳技術成果的重量百分比還不到2%。除此之外，要讓系統總體積不超過標準型汽車油箱，可能會更加困難，因為用來容納這6公斤氫的儲存槽、閥體、管路、調節器、感測器、隔熱層和各種裝置必然會佔用相當多的空間。最後，達到可用程度的系統的釋氫速率必須夠快，讓燃料電池和電動馬達，足以為駕駛人提供所需的動力和加速性能。
目前已問世的數百款燃料電池原型車，大多將氫儲存在類似潛水用氧氣筒的高壓鋼瓶中。更先進的碳纖維繞線技術可製造強度更高的輕量化儲存槽，安全儲存壓力高達每平方公分350~700公斤（相當於350~700大氣壓）。不過如果只提高壓力，氫密度並不會成正比提高。即使壓力高達每平方公分700公斤，目前高壓儲存槽所能達到的最佳能量密度（每公升39克的氫），大約也只有同體積汽油的15%。目前的高壓儲存槽只能容納重量百分比為3.5~4.5%的氫。福特汽車剛剛展出名為Edge的混合式運動休旅原型車，動力來源為加裝式燃料電池混合系統，儲存壓力為每平方公分350公斤，可容納4.5公斤的氫，最大行駛距離可達320公里。
高壓儲存槽可以使用於某些較為龐大的車輛，例如公共汽車和大型車等等，這是因為這類車輛有空間可以容納足夠的氫，但是一般轎車卻很難做到這一點。另外，目前裝設這類儲存槽的成本，也比一般轎車可接受的價格，要高出了約10倍以上。
為了達成在2010年實用化的目標（有些公司預測第一款量產型燃料電池車可能在該年推出），研究人員將各種儲存技術與「重量百分比6%」的標準進行比較，也就是在燃料儲存系統中，總重量中有6%是氫，假設某套系統的總重量為100公斤（以汽車而言為合理重量），則儲存的氫必須有6公斤。6%看起來不多，但要達到這個標準其實相當困難，科學家紛紛研發可在較低壓力下運作的儲存方案，但目前最佳技術成果的重量百分比還不到2%。除此之外，要讓系統總體積不超過標準型汽車油箱，可能會更加困難，因為用來容納這6公斤氫的儲存槽、閥體、管路、調節器、感測器、隔熱層和各種裝置必然會佔用相當多的空間。最後，達到可用程度的系統的釋氫速率必須夠快，讓燃料電池和電動馬達，足以為駕駛人提供所需的動力和加速性能。
目前已問世的數百款燃料電池原型車，大多將氫儲存在類似潛水用氧氣筒的高壓鋼瓶中。更先進的碳纖維繞線技術可製造強度更高的輕量化儲存槽，安全儲存壓力高達每平方公分350~700公斤（相當於350~700大氣壓）。不過如果只提高壓力，氫密度並不會成正比提高。即使壓力高達每平方公分700公斤，目前高壓儲存槽所能達到的最佳能量密度（每公升39克的氫），大約也只有同體積汽油的15%。目前的高壓儲存槽只能容納重量百分比為3.5~4.5%的氫。福特汽車剛剛展出名為Edge的混合式運動休旅原型車，動力來源為加裝式燃料電池混合系統，儲存壓力為每平方公分350公斤，可容納4.5公斤的氫，最大行駛距離可達320公里。
高壓儲存槽可以使用於某些較為龐大的車輛，例如公共汽車和大型車等等，這是因為這類車輛有空間可以容納足夠的氫，但是一般轎車卻很難做到這一點。另外，目前裝設這類儲存槽的成本，也比一般轎車可接受的價格，要高出了約10倍以上。
以化學壓縮提高能量密度
氫和各種氣體一樣，冷卻到一定程度就會凝結成液體，在一大氣壓下的冷凝溫度約為-253℃。液態氫的密度為每公升71克，能量密度大約為汽油的30%。將儲存的氫加以液化，可提高其能量密度。在現有儲存方式中，液化氫可在一定容積中達到最大的氫儲存量。這類系統可達到的氫重量密度，依採用的容納及隔熱系統而有所不同。
不過液態氫有幾項重大缺點。首先是它的沸點極低，因此必須加裝冷卻設備，另外在使用時也必須特別注意安全問題，由於它的工作溫度極低，因此容器必須完全隔熱。最後，將氫液化所需的能量比對氫氣施加高壓更多，這點將會提高氫燃料的成本，同時降低低溫冷卻程序的整體能量效率。
不過液態氫有幾項重大缺點。首先是它的沸點極低，因此必須加裝冷卻設備，另外在使用時也必須特別注意安全問題，由於它的工作溫度極低，因此容器必須完全隔熱。最後，將氫液化所需的能量比對氫氣施加高壓更多，這點將會提高氫燃料的成本，同時降低低溫冷卻程序的整體能量效率。
儘管如此，還是有一家汽車製造廠商在產品中採用了這項技術。寶馬計畫在今年內推出的Hydrogen 7，將採用能使用汽油（可行駛480公里）也能使用液態氫（可行駛200公里）的內燃式引擎。Hydrogen 7將在美國以及其他設有加氫站的其他國家，銷售給限定客戶。
科學家在研究提高能量密度的可能方法時，或許可以運用氫本身的化學特性。在純氣態和液態下，氫分子只含有兩個相互鍵結的原子。但氫原子跟其他元素形成化學鍵結時，可壓縮得比液態氫更加緊密。目前氫儲存研究工作的主要目標，就是尋找能達成這個效果的材料。
有些研究人員將重點放在名為「可逆金屬氫化物」的材料上，這種材料是荷蘭飛利浦實驗室於1969年意外發現的。研究人員發現，當釤鈷合金接觸加壓後的氫氣時會吸收氫，有點類似海綿吸水的現象，停止加壓時，合金所吸收的氫氣會再度釋出。換句話說，這個過程是可逆的。
這項發現引發了一連串密集研究。美國布魯克海文國家實驗室的雷利（James Reilly），和紐約州薩芬市印科研發中心的山德洛克（Gary Sandrock）率先開發出一種氫化物合金，經過仔細的成份調整後會有吸收氫的特性。這項初步成果成為目前已十分普及的鎳氫電池的基礎。這類合金中的氫密度相當高，往往比液態氫高出150%，這是因為其氫原子被局限在晶格內的金屬原子之間。
金屬氫化物有許多相當適合用在汽車上的特性，它可在較低的壓力下（僅10~100大氣壓）達到高於液態氫的能量密度。金屬氫化物本身也比較穩定，因此不需要額外的努力來維持儲存狀態，不過釋出儲存的氣體時需要加熱。這類化合物最主要的缺點是重量，因為重量太重，做為車內儲存裝置並不實際。金屬氫化物研究人員目前所達到的最佳氫容量重量百分比為2%。這個數字相當於氫儲存系統總重量就高達454公斤（以行駛480公里計算），對於目前約1360公斤的一般轎車而言，這樣的重量顯然過於笨重。
目前金屬氫化物研究的重點集中在氫含量原本就較高的材料，研究人員再將這些材料加以調整，以符合氫儲存系統的需求，包括工作溫度為100℃左右、壓力在10~100大氣壓之間，以及釋放速度必須足以因應車輛快速加速等。但在許多狀況下，氫含量足夠的材料往往太過穩定，釋出氫所需的溫度也高得多。舉例來說，氫化鎂的氫重量百分比為7.6%，但必須加熱到300℃左右才會釋出氫。一套實際使用的系統如果要以燃料電池堆的廢熱（約80℃）當做開關，來讓金屬氫化物釋放出氫，觸發溫度必須再低許多才能運作。
科學家在研究提高能量密度的可能方法時，或許可以運用氫本身的化學特性。在純氣態和液態下，氫分子只含有兩個相互鍵結的原子。但氫原子跟其他元素形成化學鍵結時，可壓縮得比液態氫更加緊密。目前氫儲存研究工作的主要目標，就是尋找能達成這個效果的材料。
有些研究人員將重點放在名為「可逆金屬氫化物」的材料上，這種材料是荷蘭飛利浦實驗室於1969年意外發現的。研究人員發現，當釤鈷合金接觸加壓後的氫氣時會吸收氫，有點類似海綿吸水的現象，停止加壓時，合金所吸收的氫氣會再度釋出。換句話說，這個過程是可逆的。
這項發現引發了一連串密集研究。美國布魯克海文國家實驗室的雷利（James Reilly），和紐約州薩芬市印科研發中心的山德洛克（Gary Sandrock）率先開發出一種氫化物合金，經過仔細的成份調整後會有吸收氫的特性。這項初步成果成為目前已十分普及的鎳氫電池的基礎。這類合金中的氫密度相當高，往往比液態氫高出150%，這是因為其氫原子被局限在晶格內的金屬原子之間。
金屬氫化物有許多相當適合用在汽車上的特性，它可在較低的壓力下（僅10~100大氣壓）達到高於液態氫的能量密度。金屬氫化物本身也比較穩定，因此不需要額外的努力來維持儲存狀態，不過釋出儲存的氣體時需要加熱。這類化合物最主要的缺點是重量，因為重量太重，做為車內儲存裝置並不實際。金屬氫化物研究人員目前所達到的最佳氫容量重量百分比為2%。這個數字相當於氫儲存系統總重量就高達454公斤（以行駛480公里計算），對於目前約1360公斤的一般轎車而言，這樣的重量顯然過於笨重。
目前金屬氫化物研究的重點集中在氫含量原本就較高的材料，研究人員再將這些材料加以調整，以符合氫儲存系統的需求，包括工作溫度為100℃左右、壓力在10~100大氣壓之間，以及釋放速度必須足以因應車輛快速加速等。但在許多狀況下，氫含量足夠的材料往往太過穩定，釋出氫所需的溫度也高得多。舉例來說，氫化鎂的氫重量百分比為7.6%，但必須加熱到300℃左右才會釋出氫。一套實際使用的系統如果要以燃料電池堆的廢熱（約80℃）當做開關，來讓金屬氫化物釋放出氫，觸發溫度必須再低許多才能運作。
【意猶未盡嗎？欲閱讀完整全文，請參閱科學人2007年5月號〈加滿氫再上路〉】
標籤： 奈米科技 、科學新知
2007年10月8日 星期一
眼睛如何幫腦看？
視網膜處理資訊的能力遠超乎任何想像，竟然能同時上傳十二部不同影片給腦。
撰文╱魏布林（Frank Werblin）
羅斯卡（Botond Roska）
翻譯／黃榮棋
人們對自己驚人的視覺能力太過習以為常，因此少有人會佇足思考，我們究竟是怎麼看東西的。數十年來，科學家將人類的視覺處理機具比擬成攝影機：眼睛裡的水晶體將入射光聚焦投射到視網膜的感光受器陣列。這些光偵測器神奇地將光子轉變成電訊號，沿著視神經傳送給腦處理。不過，我們兩人與其他人最近的實驗指出，這種比擬並不恰當。實際上，在眼睛的視網膜就已經執行了相當可觀的前處理，然後才將一連串各別的圖像資訊傳送給腦解讀。
這個令人驚訝的結論，來自我們對兔子視網膜的研究（我們的蠑螈實驗也得到類似的結果）。兔子的視網膜與人類很相似，看起來像一小片新月形的腦組織，跑到周邊器官（眼睛）中來直接面對外界。視網膜如何建構它所要呈現的內容呢？這些內容到達腦的視覺中樞時，「看來」會是個什麼樣子？又如何傳達真實世界的浩瀚資訊？這些呈現的內容是否透露什麼意義來幫助腦分析影像？這些不過是本研究才剛開始要回答的一部份重要問題。
總的來說，我們已經在視網膜深處找到了會投射堪稱為「12條影帶」（視覺世界的不同萃取）的特化神經細胞（神經元）。每一條影帶包含影像中某個面向的原始圖像，視網膜隨時會更新並傳送給腦。舉例來說，有一條影帶只會傳送描繪物體邊界的線條細節，另一條影帶只會傳送通常是某特定方向的運動，有些影帶則傳送有關陰影或亮部的資訊，其他影帶所傳遞的內容則難以分類。
每條影帶由視神經裡的專屬神經纖維傳送到腦裡的高級視覺中樞，在那兒進行更精密的訊息處理。（人類的聽覺系統也有類似的架構：每條聽覺神經只攜帶小範圍的音調訊息，再由腦整合。）研究視覺皮質的人指出，運動、顏色、深度與形狀等特性由各個腦區處理，特定腦區的受損會造成某種視覺特性的感覺缺失。但腦還能對這些特性有感覺，一開始還是來自視網膜的影片。
接下來幾頁的圖，將解釋視網膜如何創造超現實影像來告知腦子。我們持續研究，漸漸知道每一條影帶是怎麼做成的，但現在絕對還無法提供完整解釋；這12條影像包含了腦所需要用來闡釋視覺世界的所有訊息，但我們還不明白腦如何將這些資訊整合在一起。有可能影片只是個基本線索，充做某種鷹架，好讓腦建構思想。這個想法類似熟知的「心智之眼」，將小說裡的字詞編織成有意義的故事。
視網膜呈現的內容雖然看似完全捕捉了景象的視覺事實，像是餐桌、瀑布或說話的臉，但似乎還是缺了某些要素。這裡頭沒有任何與感受、態度、材質或景象重點有關的成份存在。也許這些特性多少就存在腦所解讀的影帶中，或者，也許因為我們用的是兔子的視網膜，所以沒找到所有人類視網膜可能會捕捉到的圖像，這種「高解析度」圖像或許能以尚不清楚的方式萃取出諸如感受這種特質。
這個令人驚訝的結論，來自我們對兔子視網膜的研究（我們的蠑螈實驗也得到類似的結果）。兔子的視網膜與人類很相似，看起來像一小片新月形的腦組織，跑到周邊器官（眼睛）中來直接面對外界。視網膜如何建構它所要呈現的內容呢？這些內容到達腦的視覺中樞時，「看來」會是個什麼樣子？又如何傳達真實世界的浩瀚資訊？這些呈現的內容是否透露什麼意義來幫助腦分析影像？這些不過是本研究才剛開始要回答的一部份重要問題。
總的來說，我們已經在視網膜深處找到了會投射堪稱為「12條影帶」（視覺世界的不同萃取）的特化神經細胞（神經元）。每一條影帶包含影像中某個面向的原始圖像，視網膜隨時會更新並傳送給腦。舉例來說，有一條影帶只會傳送描繪物體邊界的線條細節，另一條影帶只會傳送通常是某特定方向的運動，有些影帶則傳送有關陰影或亮部的資訊，其他影帶所傳遞的內容則難以分類。
每條影帶由視神經裡的專屬神經纖維傳送到腦裡的高級視覺中樞，在那兒進行更精密的訊息處理。（人類的聽覺系統也有類似的架構：每條聽覺神經只攜帶小範圍的音調訊息，再由腦整合。）研究視覺皮質的人指出，運動、顏色、深度與形狀等特性由各個腦區處理，特定腦區的受損會造成某種視覺特性的感覺缺失。但腦還能對這些特性有感覺，一開始還是來自視網膜的影片。
接下來幾頁的圖，將解釋視網膜如何創造超現實影像來告知腦子。我們持續研究，漸漸知道每一條影帶是怎麼做成的，但現在絕對還無法提供完整解釋；這12條影像包含了腦所需要用來闡釋視覺世界的所有訊息，但我們還不明白腦如何將這些資訊整合在一起。有可能影片只是個基本線索，充做某種鷹架，好讓腦建構思想。這個想法類似熟知的「心智之眼」，將小說裡的字詞編織成有意義的故事。
視網膜呈現的內容雖然看似完全捕捉了景象的視覺事實，像是餐桌、瀑布或說話的臉，但似乎還是缺了某些要素。這裡頭沒有任何與感受、態度、材質或景象重點有關的成份存在。也許這些特性多少就存在腦所解讀的影帶中，或者，也許因為我們用的是兔子的視網膜，所以沒找到所有人類視網膜可能會捕捉到的圖像，這種「高解析度」圖像或許能以尚不清楚的方式萃取出諸如感受這種特質。
不過，視網膜呈現的內容無疑形成一種視覺的自然語言，現在了解這種語言是非常重要的，因為世界各地的研究人員都想在視神經前面裝入人工偵測器，以取代視網膜，恢復盲人的視力。這方面的研究是有進展，但結果還很粗糙，所能傳送的訊息還只是模糊的基本圖樣。美國南加州大學杜漢尼眼科研究所已經在進行人體實驗了，韋恩州立大學醫學院也將要展開。這些實驗要達到最終的目標，可能還需要很久的時間。成功與否，在於是否能夠讓腦接收到類似正常視網膜會產生的活性樣式，也就是視覺的自然語言。後續的挑戰是了解如何將每種萃取出來的東西「連接到」恰當的視神經纖維。
要建造有效的義眼裝置，必先詳細了解視網膜裡影像的自然語言。同時，這種了解也能幫助研究人員更清楚眼睛與腦是如何共同看清世界、如何遭受錯覺愚弄、如何追蹤快速移動的物體，以及如何填補電視、電腦或露天電影連續播放的影像之間的空白部份。我們希望對視網膜前處理能力的描述，能讓我們更接近這個目標。
要建造有效的義眼裝置，必先詳細了解視網膜裡影像的自然語言。同時，這種了解也能幫助研究人員更清楚眼睛與腦是如何共同看清世界、如何遭受錯覺愚弄、如何追蹤快速移動的物體，以及如何填補電視、電腦或露天電影連續播放的影像之間的空白部份。我們希望對視網膜前處理能力的描述，能讓我們更接近這個目標。
剖析視網膜的活性
視網膜的構造複雜，因而造就驚人的作為。百年前偉大的西班牙解剖學家雷蒙卡厚爾（Santiago RamonyCajal）首先描繪出視網膜的傳統模型，之後這個模型就一直出現在教科書上。之後藉由許多專家的勞苦實驗，又為這個模型增添了生理細節。透明的視網膜由結構優美的神經元組成。桿細胞與錐細胞位在離水晶體最遠的外層，會吸收入射光並將之轉換成神經活性。這些感光細胞連接到10種不同的雙極細胞，雙極細胞伸出傳輸訊息的長臂（軸突）到中央的內叢狀層（inner plexiform layer），後者看起來像是10種不同平行層疊成的，每個雙極細胞的軸突只會將訊號傳送給其中幾層。
叢狀層最裡面有12種不同的節細胞（紫色），其中大部份都會伸出樹突到某一層中，接受來自少數雙極細胞（綠色）的興奮性輸入。節細胞將連續的影像經由視神經送至不同的腦區解讀，有些節細胞的樹突散得很開，攜帶分佈廣泛的訊息，而其他節細胞的樹突分佈較窄，攜帶的是高解析的訊息。有些節細胞會對雙極細胞神經傳遞物質（訊號分子）釋放的增加產生反應，有些則對神經傳遞物質的減少釋放產生反應。
不過，雙極細胞送出的訊息在傳到每一層的輸出節細胞時，並不足以產生12種連續影像。雙極細胞送出的訊號會受到各種小神經元的調節，這些小神經元稱為無軸突細胞（灰色）。有些無軸突細胞會在某一層裡頭橫向運作，抑制同一層中遠端節細胞之間的溝通。其他的無軸突細胞則是縱向抑制不同層之間的訊號（因而是影像與影像之間），像是指揮某一層不要記錄其他層正在記錄的東西。因此，無軸突細胞會接收並送出訊號，協調不同的影帶。德國法蘭克福馬克士普朗克腦研究中心的華塞爾（Heinz Wassle）、海德堡馬克士普朗克醫學研究中心的歐拉（Thomas Euler）以及美國麻州綜合醫院的馬斯蘭（Richard Masland）等，就發現了至少27種不同類型的無軸突細胞（以及這10種雙極細胞與12種節細胞）。
我們眼中所見的空間裡的任何東西，都是在時間的進行中觀察到的。因為視網膜是與時並進地持續看著物體，即便是記錄無色三維空間中一個不動的黑點，也會形成一段連續影像。視網膜裡的每種節細胞都有很多個，而每種節細胞裡的一群組合會傳送不同的連續影像。只不過電影院放映的影片是一個個畫面播放的，而節細胞播放的影片是連續不斷的訊號。
叢狀層最裡面有12種不同的節細胞（紫色），其中大部份都會伸出樹突到某一層中，接受來自少數雙極細胞（綠色）的興奮性輸入。節細胞將連續的影像經由視神經送至不同的腦區解讀，有些節細胞的樹突散得很開，攜帶分佈廣泛的訊息，而其他節細胞的樹突分佈較窄，攜帶的是高解析的訊息。有些節細胞會對雙極細胞神經傳遞物質（訊號分子）釋放的增加產生反應，有些則對神經傳遞物質的減少釋放產生反應。
不過，雙極細胞送出的訊息在傳到每一層的輸出節細胞時，並不足以產生12種連續影像。雙極細胞送出的訊號會受到各種小神經元的調節，這些小神經元稱為無軸突細胞（灰色）。有些無軸突細胞會在某一層裡頭橫向運作，抑制同一層中遠端節細胞之間的溝通。其他的無軸突細胞則是縱向抑制不同層之間的訊號（因而是影像與影像之間），像是指揮某一層不要記錄其他層正在記錄的東西。因此，無軸突細胞會接收並送出訊號，協調不同的影帶。德國法蘭克福馬克士普朗克腦研究中心的華塞爾（Heinz Wassle）、海德堡馬克士普朗克醫學研究中心的歐拉（Thomas Euler）以及美國麻州綜合醫院的馬斯蘭（Richard Masland）等，就發現了至少27種不同類型的無軸突細胞（以及這10種雙極細胞與12種節細胞）。
我們眼中所見的空間裡的任何東西，都是在時間的進行中觀察到的。因為視網膜是與時並進地持續看著物體，即便是記錄無色三維空間中一個不動的黑點，也會形成一段連續影像。視網膜裡的每種節細胞都有很多個，而每種節細胞裡的一群組合會傳送不同的連續影像。只不過電影院放映的影片是一個個畫面播放的，而節細胞播放的影片是連續不斷的訊號。
每一組節細胞讀取到的雙極細胞與無軸突細胞之間的互動，成為我們用來解讀視覺世界的數據。讀取過程中，我們知道了物體、認出了臉孔，而且還四處走動說話，而腦接收的唯一視覺線索正是這些訊號的各種組合，這些組合形成的基本「視覺語言」，包含了視覺的神經詞彙、片語斷句與文法。
眼中閃動的影像
有關視網膜複雜活性的描述來自於我們的實驗。我們利用一根微細的玻璃管來記錄個別節細胞的活性。以微小針管注射的黃色染劑可以迅速擴散到單一節細胞內的所有樹突，讓我們知道樹突伸到哪一層。這根微小針管也可以當做電極，測量細胞的電活性，這種活性代表了來自雙極細胞的刺激訊號與來自無軸突細胞的抑制訊號的總合。
為了知道節細胞持續送到視神經的訊號，我們從簡單的步驟開始：首先以方形閃光照射兔子的視網膜，然後記錄一列節細胞的反應。為時一秒鐘的閃光只會照在邊長為600微米的方形區域，因此閃光會在一段特定時間中，落在視網膜的特定小塊區域。
我們在這段時間記錄某種節細胞接收到的興奮與抑制訊號，然後為12種節細胞重複同樣的實驗。每種節細胞都有其獨特的反應，而反應程度也大不相同。在下面的圖，每個方塊代表一秒鐘，顏色代表每種節細胞的訊號電流強度。
有趣的是，圖中所示的這種節細胞，只要是在閃光的照射範圍內都會有反應，但不是整段照射時間都有反應。奇怪的是，在這600微米範圍外的某些細胞，是在閃光結束後才活化，這種行為在圖上顯示的方式，就是在相距一秒鐘之後才在方格兩邊出現藍色。第三個區域在照射範圍內，也是在將近兩秒鐘後出現些許活性。
我們要如何解讀這些活性的樣式？如果所有細胞都在這一秒鐘送出訊號，活性樣式應該要「點亮」整個範圍達一秒鐘，並且填滿方格上相對應的空格。事實上，訊號輸出是經過過濾的：產生訊號的範圍是閃光照射的範圍，但訊號產生的時間比照射的時間要短，只持續約1/10秒，而且是在閃光出現後約1/10秒才開始。節細胞的反應不僅稍微延遲，反應時間也顯然只長到知道入射的光是否已經改變（從暗到明）。或許這種節細胞代表的是照明的開始，而不是持續的照明。兩邊方格所代表的細胞些微活性，有可能代表某種「關」訊號。但我們還不清楚兩秒鐘時的第三處藍點訊號的意義。【意猶未盡嗎？欲閱讀完整全文，請參閱科學人2007年5月號〈眼睛如何幫腦看？〉】
為了知道節細胞持續送到視神經的訊號，我們從簡單的步驟開始：首先以方形閃光照射兔子的視網膜，然後記錄一列節細胞的反應。為時一秒鐘的閃光只會照在邊長為600微米的方形區域，因此閃光會在一段特定時間中，落在視網膜的特定小塊區域。
我們在這段時間記錄某種節細胞接收到的興奮與抑制訊號，然後為12種節細胞重複同樣的實驗。每種節細胞都有其獨特的反應，而反應程度也大不相同。在下面的圖，每個方塊代表一秒鐘，顏色代表每種節細胞的訊號電流強度。
有趣的是，圖中所示的這種節細胞，只要是在閃光的照射範圍內都會有反應，但不是整段照射時間都有反應。奇怪的是，在這600微米範圍外的某些細胞，是在閃光結束後才活化，這種行為在圖上顯示的方式，就是在相距一秒鐘之後才在方格兩邊出現藍色。第三個區域在照射範圍內，也是在將近兩秒鐘後出現些許活性。
我們要如何解讀這些活性的樣式？如果所有細胞都在這一秒鐘送出訊號，活性樣式應該要「點亮」整個範圍達一秒鐘，並且填滿方格上相對應的空格。事實上，訊號輸出是經過過濾的：產生訊號的範圍是閃光照射的範圍，但訊號產生的時間比照射的時間要短，只持續約1/10秒，而且是在閃光出現後約1/10秒才開始。節細胞的反應不僅稍微延遲，反應時間也顯然只長到知道入射的光是否已經改變（從暗到明）。或許這種節細胞代表的是照明的開始，而不是持續的照明。兩邊方格所代表的細胞些微活性，有可能代表某種「關」訊號。但我們還不清楚兩秒鐘時的第三處藍點訊號的意義。【意猶未盡嗎？欲閱讀完整全文，請參閱科學人2007年5月號〈眼睛如何幫腦看？〉】
標籤： 奈米科技 、科學新知
2007年10月7日 星期日
超神奇！MagicSports 4 智慧型運動賽事分析軟體
訊連科技正式推出「MagicSports 4 」智慧型運動賽事分析軟體 美式足球版新上市
數位家庭軟體解決方案領導廠商，訊連科技（5203. TW）正式宣布推出可自動分析、智慧判別運動賽事精彩片段的「MagicSports 4」。
「MagicSports 4」是一套智慧型運動賽事分析軟體，能自動偵測出 美式足球、棒球、足球及相撲比賽中最精彩的關鍵片段，針對賽事加以分析，並摘錄出比賽中的精彩片段，節省使用者寶貴的時間。對於沒有足夠時間看完整場比賽的觀眾，或是無法熬夜看完比賽的球迷，是莫大的福音。
「MagicSports 4」採用「MagicScene? 」智慧場景分析技術，根據影像與聲音訊號，分析賽事影片中重要的精彩比賽片段，通常一場三個半小時的足球賽只需約二十分鐘的時間即可分析完成。
訊連科技總經理張華禎表示: 『訊連科技「MagicSports 4」可智慧分析使用者由電視錄下的賽事，自動判別每個比賽的菁華片段， 體育迷們可以重覆欣賞最喜愛的精彩畫面。」
訊連科技運用先進的影音分析技術, 為使用者帶來觀賞美式足球的全新的體驗,不必使用快轉功能，使用者可直接在螢幕選單上選擇喜愛的精彩片段，或以『上一章』與『下一章』的按鍵功能在各個精彩片段間作迅速的切換。。
訊連科技「MagicSports 4」依據以下的定義，決定美式足球比賽的精彩關鍵鏡頭：
l 截擊l 踢球進門l 獲得第一次進攻機會l 達陣l 達陣後加踢進門得分
訊連科技「MagicSports 4」支援 Windows Vista 且可整合於Windows Media Center 及訊連科技「威力劇院」。透過「MagicSports」的影片分析及智慧判別功能，Windows Media Center及訊連科技「威力劇院」電視功能更獲得進一步的提昇。
產品資訊更多關於訊連「MagicSports 4」的產品資訊請參考www.cyberlink.com.tw
銷售資訊訊連「MagicSports 4」 軟體版 下載版定價台幣 1880元訊連「MagicSports 4」 升級版 下載版定價台幣 988元
可於訊連線上購物中心直接購買: http://tw.cyberlink.com/multi/cyberstore/order_75_CHT.html
關於訊連科技：訊連科技是提供PC與家電市場整合性數位影音軟體解決方案的世界領導品牌。以人為本、擁有頂尖研發團隊的訊連科技擁有為數可觀的 codec與專利技術。今日，訊連科技洞察市場先機與領先的技術能力已深受業界的歡迎與肯定，除了持續協助OEM廠商推出最即時與高品質的產品外更進一步的確保了其在數位家庭中與不同產品間的互通與相容性。訊連科技的合作夥伴囊括各類 PC硬體的領導品牌，如：光碟機廠商、繪圖卡商與全球前五大PC與Notebook 的製造商。放眼未來，訊連已做好準備，除了次世代Blu-ray與HD DVD的數位影音娛樂解決方案已完整到位外，在數位家庭上亦維持其一貫領先業界的佈局，並跨足行動市場，率先推出廣受各界矚目的 DVB-H行動電視方案解決方案。除了影音多媒體解決方案外，訊連亦進攻企業數位學習市場。提供eHRD人力資源發展全方位解決方案。
訊連科技在2000年十月成為股票公開上市的公司，產品推陳出新，拓展國際市場，廣受全球玩家及媒體的推薦及愛戴。為能契合市場的脈動，訊連科技已陸續在北美，歐洲及亞太地區（包括日本）設立分支機構。訊連科技的全球運籌總部位於台北。訊連科技網址: " http://www.cyberlink.com.tw/ 【轉載自超頻者天堂】
「MagicSports 4」是一套智慧型運動賽事分析軟體，能自動偵測出 美式足球、棒球、足球及相撲比賽中最精彩的關鍵片段，針對賽事加以分析，並摘錄出比賽中的精彩片段，節省使用者寶貴的時間。對於沒有足夠時間看完整場比賽的觀眾，或是無法熬夜看完比賽的球迷，是莫大的福音。
「MagicSports 4」採用「MagicScene? 」智慧場景分析技術，根據影像與聲音訊號，分析賽事影片中重要的精彩比賽片段，通常一場三個半小時的足球賽只需約二十分鐘的時間即可分析完成。
訊連科技總經理張華禎表示: 『訊連科技「MagicSports 4」可智慧分析使用者由電視錄下的賽事，自動判別每個比賽的菁華片段， 體育迷們可以重覆欣賞最喜愛的精彩畫面。」
訊連科技運用先進的影音分析技術, 為使用者帶來觀賞美式足球的全新的體驗,不必使用快轉功能，使用者可直接在螢幕選單上選擇喜愛的精彩片段，或以『上一章』與『下一章』的按鍵功能在各個精彩片段間作迅速的切換。。
訊連科技「MagicSports 4」依據以下的定義，決定美式足球比賽的精彩關鍵鏡頭：
l 截擊l 踢球進門l 獲得第一次進攻機會l 達陣l 達陣後加踢進門得分
訊連科技「MagicSports 4」支援 Windows Vista 且可整合於Windows Media Center 及訊連科技「威力劇院」。透過「MagicSports」的影片分析及智慧判別功能，Windows Media Center及訊連科技「威力劇院」電視功能更獲得進一步的提昇。
產品資訊更多關於訊連「MagicSports 4」的產品資訊請參考www.cyberlink.com.tw
銷售資訊訊連「MagicSports 4」 軟體版 下載版定價台幣 1880元訊連「MagicSports 4」 升級版 下載版定價台幣 988元
可於訊連線上購物中心直接購買: http://tw.cyberlink.com/multi/cyberstore/order_75_CHT.html
關於訊連科技：訊連科技是提供PC與家電市場整合性數位影音軟體解決方案的世界領導品牌。以人為本、擁有頂尖研發團隊的訊連科技擁有為數可觀的 codec與專利技術。今日，訊連科技洞察市場先機與領先的技術能力已深受業界的歡迎與肯定，除了持續協助OEM廠商推出最即時與高品質的產品外更進一步的確保了其在數位家庭中與不同產品間的互通與相容性。訊連科技的合作夥伴囊括各類 PC硬體的領導品牌，如：光碟機廠商、繪圖卡商與全球前五大PC與Notebook 的製造商。放眼未來，訊連已做好準備，除了次世代Blu-ray與HD DVD的數位影音娛樂解決方案已完整到位外，在數位家庭上亦維持其一貫領先業界的佈局，並跨足行動市場，率先推出廣受各界矚目的 DVB-H行動電視方案解決方案。除了影音多媒體解決方案外，訊連亦進攻企業數位學習市場。提供eHRD人力資源發展全方位解決方案。
訊連科技在2000年十月成為股票公開上市的公司，產品推陳出新，拓展國際市場，廣受全球玩家及媒體的推薦及愛戴。為能契合市場的脈動，訊連科技已陸續在北美，歐洲及亞太地區（包括日本）設立分支機構。訊連科技的全球運籌總部位於台北。訊連科技網址: " http://www.cyberlink.com.tw/ 【轉載自超頻者天堂】
標籤： 電腦硬體
訂閱 文章 [Atom]