把學習與技術直接導入腦的方式! Enhanced Training Through Neurostimulation

關於腦部的運作雖然還有很多未知，不過這抵擋不住人想直接跟腦溝通的欲望，以往的學習需要經由一次又一次的練習來讓腦產生特定的連接或運作模式，現在科學家已實驗發現，直接輸入已經訓練好的人的腦部運作模式可以增加學習的能力，實驗以模擬開飛機為例，在測試人員的頭上先戴上特製的感測與刺激的儀器，裡面包含了對頭部血液流量的變化，即時量測腦波EEG，並且利用導電膠把電極根頭皮接觸，導入電流(稱為Transcranial direct current stimulation (tDCS) )。

先收集好學會人的腦波，然後在實驗者身上一邊訓練的同時，一邊把學會人的腦坡經由tDCS輸入與利用EEG同時監測，這樣一來，發現了接受這樣直接刺激輔助學習的人，可以大幅增加學習效果，原本失敗率較高或操作不易的飛行操作可以較快學會。這技術暗示著即將要開啟了一扇很不可思議的門，用在好的地方可以協助腦部失去功能的的功能性回復，另一方面也有可能造成對人能力更多的人為控制，走向未知的未來。

用手機看見分子的結構排列: 手機變身數位偏光顯微鏡!

光是觀察物質最有用的方式，因為所有物質都會跟光作用，對於微小的物體，最一般的生物光學顯微鏡利用物質吸收光的強弱來看出內部的結構，金像顯微鏡技術利用反射光來看清楚不透明物體的表面。但是對於分子內部的排列，一般的方式的顯微鏡就沒有辦法得知了。

當物質的結構有方向性排列的時候，常常會讓通過的光改變偏振的方向，因為光是電磁場的震盪，所以因為分子有方向性的排列就會讓不同方向的電磁震盪傳遞速度不同，所以光走著走的偏振方向就轉方向了。這些物質有方向性的排列發生在很多地方，像是擠拉出來的高分子纖維，受到外力的物質，有方向性的晶體，有規則性排列的分子，細胞組織結構等等...而要看到這些分子的排列方向性.最簡單的方式就是利用偏光來觀察了。原理是利用一對偏振方向垂直的偏振片，本來光應該無法通過，可是如果兩偏振片中間放置有方向性排列的物質，因為電磁震盪的速度各方不同，光的偏振就會轉向，然後可以通過一對偏振片，就會在黑暗的偏振消光條件中看到因為光改變振動方向的亮光。

雖然原理簡單，應用範圍也很廣，從高分子液晶的檢測，生物物質結構的分析，礦物的光學分析到疾病如痛風的診斷等。但是目前市面上有的偏光顯微鏡都很高價，如果加上專業的旋轉載物台與數位紀錄設備，除了專業研究人員之外幾乎沒有其他人有機會使用。

之前介紹了怎麼利用手機變成數位顯微鏡，其實只要再多加一點點裝置就可以變成專業的數位偏光顯微鏡了。設計上很簡單，在光源處跟手機的鏡頭前加入一對偏振片，鏡頭前端的偏振片固定方向 ，利用燈源的圓形結構可以自由調整光源的偏振方向來達到不同的消光條件。再利用C形的結構，在原有的載物台上加上有刻度的轉盤，這樣一來手機用的全套偏顯微鏡就完成了!

上面就是在手機顯微鏡上加上偏光模組後合體的照片，可以看到上面提到的一對偏振片跟轉盤。轉盤的功能在調整觀測物體的方向來觀察其偏振特性，在礦物研究上很有用。

以下是觀測白雲石的結果，上方照片為沒有偏振消光下的顯微照片，下方照片則是在偏振消光後的照片，原本看似平凡的石頭，卻透露出非常多彩又美麗的訊息。 ( 樣本感謝台大地質系黃同學提供 ~)   

之後製作的手機顯微鏡也都會提供偏光模組讓想使用的朋友使用，希望這樣的輕便易用的偏光顯微鏡能讓更多朋友能更容易接觸到這種有用的技術，看到更多分子方向性排列所透露出來的自然秘密!  

成立網站的原點 ~沒有驚嘆號的標題 ...

科學影像當初成立的意義是希望把科學實驗與科學研究從研究機構與實驗室回到它更該生根的地方，就是每個人的心中與手上。所以一直以來介紹了很多有趣的研究，讓更多人實際看到實際的實驗與研究是怎麼進行的。除了介紹外，也一直有一個願望，希望能提供科學相關工具把可以屬於更多人的科學樂趣還給更多人，以各種方式介紹新知，提供工具來賦予人能力的方式，讓更多人有能力跟機會看到這神奇的世界。

回台灣在台大任職以後，學生，實驗室跟教學占去大部分時間與心力，網站的更新也越來越慢，知道以前的構想隨著年紀慢慢變大，如果不去進行就永遠沒有實現的一天，所以從這冬天開始，scimage會開始設計製作科學儀器，從比較通用簡單的開始，提供給有興趣的朋友使用。 因為不是營利，所以不會以定價與購買的方式提供，會是希望以贊助科學影像的儀器製作計畫的方式進行，以自由的方式贊助製作儀器的成本與未來儀器製作的計畫，金額不限，材料與製作成本以外的贊助，會當作是未來科學影像繼續製作儀器的資金，包含材料設備的購買跟推廣贈送。而贊助的朋友在合理的範圍內將贈送scimage所設計製作的儀器，視儀器難易度以事先組裝好或DIY的方式組裝起來。

開始的第一個項目是手機數位顯微鏡。第一批即將送出給scimage在facebook的朋友們，希望這是一個正確的開始，也期待收到了朋友都能利用這小裝置看到更多與有趣的小世界。

如果首次順利也沒有後續問題，將會提供機會給所有科學影像的讀者們，敬請期待~

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手機顯微鏡/手機光譜儀 科學Maker社群參展換獎活動 ! Maker Faire Taipei 5/7-5/8 


第13次製作預定登記 5/7 開始進行，如有需要請至科學maker 閱讀說明後登記。

超音波懸浮的咖啡即溶-水滴的舞空術! Ultasound levitate and mix floating drops of liquid

把物體或是人懸浮在空中一直是讓人嚮往科學技術，為了對抗重力，其實已經有一些不同的技術被開發出來，可以是利用光，利用磁場，或是利用空氣的壓力。其中聲波做為一種空氣的行進疏密波，可以在空間中創造出隨時間變化的氣壓場，所以如果把聲波"停下來"就可以造成局部穩定的壓力場，可以對物體進行操作或是懸浮。而停下來的方式最簡單就是利用一個額外的反射面讓聲波產生駐波。不過一般駐波只能產生一個軸線上穩定的平衡區域，為了可以動態控制駐波在空間中的節點位置，所以研究人員開始把很多超音波組合在一起，這樣一來就可以利用控制每個聲源的強度跟相對相位來產生可移動的穩定壓力場。

當把水珠跟一些有趣的東西，例如咖啡粉跟鹽巴放入這系統時，科學的 moment of truth 就開始上演了! 下面的影片中展示了當兩顆水滴凝空結合時會會發生的動態，因為水滴的結合而產生的振動可以明顯的看出來，這跟之前介紹過的跳起來的水滴是一樣的現象。當水滴結合之後，如果大小變得太大，表面張力拉不住水滴在壓力場下所受的力，就可以看到水滴" 噴水而死 "的壯烈畫面。如果結合的式咖啡或是鹽巴，平常看不到的浸潤跟融解現象也都可以在高速攝影下清楚展示。 這類的技術或有一天也可以把人懸浮起來，沒有什麼科學上的原理說不行，不過在那麼大的壓力場下，人也必須要考慮怎麼樣才不會噴血而...  @_@

袖套上的籃球教練! Futuristic sleeve helps you play perfect basketball

偷偷練習射籃應該是很多愛打籃球朋友的共同記憶，除了一次一次練習手感以外現在又有了新的工具:把投籃的教練裝載手臂上! 影片中介紹一種特殊的袖套，上面內建有加速規，可以偵測手臂與手腕的運動，所以投球的速度跟軌跡可以由袖套所收集的數據加以估計，然後即時用聲音或是光來給與運動員回饋。當然這樣的工具離能全面幫助籃球程度還很遠，不過以往的運動分析都是在運動資料以攝影機或是局部的感測器擷取之後，事後再慢慢分析運動員的姿勢來改正。這樣的新工具開啟了一種新的可能性，如配合上更多元完整的動作偵測分析與環境條件，或許將來有一天只要裝上特定的運動服裝，就可以自動學習，看見查克拉的流動，慢慢精通各種運動的竅門。

男人的浪漫- 自己接垃圾的垃圾桶! Smart Trash Can moves autonomously to catch your trash

比賽垃圾投籃相信是每個人成長的必經過程，不過通常垃圾桶都設計不良，不是角度不對就是開口太小，讓人難以丟到，也不會自己接。現在因為技術發展，自己會接垃圾的垃圾桶已經出現了! 利用微軟的kinect系統，可以即時的在空間中定位出人的位置以及丟垃圾的方像速度與垃圾的飛行位置，加上適當的程式計算，就可以知到垃圾桶該移動去哪才會接到垃圾。為了開發這樣的系統，發明者還研發出了一種傳動方式，可以利用一個軸的旋轉與輪子的滾動，快速改變垃圾桶的運動方向跟位置。雖然目前的命中率有限，也不能真的丟太快，不過照著技術發展，如果有心，這樣的困難應該很快就會被克服。怎麼丟都丟得進去的垃圾桶應該已經不遠了! (有點搞笑的介紹:P 其實很不錯的發明，如果用在災害防止或是無人照顧上，可能有意想不到的功能!)

組裝材料的新武器: 光可逆膠水! Reusable adhesive liquifies and solidifies at room temperature due to light alone

如有自己做過實驗或道具的朋友一定知道，把物體黏在一起的膠在裡面扮演了多重要的角色。即使在現在的3C產品中，也只要一拆開就可以隨意看到點膠的痕跡跟雙面膠帶。對於膠一直有一個需求是希望能在需要的時候能把物體膠合在一起，而不需要的時候可以輕易分開。以往可重複式的黏膠，不管貼的緊或鬆，基本上黏著力與拆開所需的力是一樣的，這樣不是黏不緊，不然就是拆不下來，雖然有用化學藥品或是水可以處裡的黏膠，使用上還是不方便，無法原地重複使用。現在利用光來轉換化學異構物的方式，可以照綠光改變分子的形狀跟作用力把膠從液體變成固體，同時也可以利用照紫外線再把分子的形狀改變回來，把固體的膠變回液體，這樣一來，只要有兩種手電筒就可以輕易的把物體黏上又拆下，目前黏的強度大約有雙面膠的強度。雖然看起來只是小發明，不過如果能善用，或許能在不同的場合發揮功效!

轉出來的奶油風味蛋! Fuwatoro Egg as creamiest breakfast egg

蛋的料理豐富了人生，世界上有各式蛋的料理，但是還是有新的方式被發明出來了!這影片介紹一種新的料理方法，可以在不破壞蛋殼個情況下讓蛋變成軟軟滑滑的奶油風味蛋!其中的秘密就是先把蛋放到旋轉的裝置裡，利用蛋黃與蛋白的密度不同，可以經由離心搖晃與不停的減速加速把蛋變成均質化，也就是蛋白跟蛋黃均勻混合，之後再控制溫度加熱，就可以做出這種奶油風味蛋了!

巨觀自組裝材料的設計! Skylar Tibbits: The emergence of "4D printing"

物體的構成在巨觀世界跟微觀世界有著完全不同的方法，在微觀的世界中，很多物質具有自組裝的能力，可以巧妙的利用物質間的交互作用力組成各種功能性的結構，而在巨觀的世界裡，除了由生物主導的自然界環境之外，幾乎所有的人造物體，都是需要經過設計加工的過程與人為細部的組裝來完成。但是這樣的限制是怎麼來的，有沒有可能利用自組裝方式來完成各種巨觀物體的外型與功能設計?

其實這樣的研究一直有科學家在進行，如介紹過的自己折起來的膜，在巨觀作用的分子魔鬼氈，或是記憶金屬等。但是如果要大規模的設計，就需要一套設計的哲學跟發展方式，這個演講介紹了一些利用物體作用力跟局部材料性質設計所引起的自組裝方式。希望可以利用程設化設計的方式，在材料性質與作用力設計上把微觀自組裝的方式引入巨觀的世界，利用像是振動或是水引起的物理性質變化，來組裝不同的材料。這樣個方式或許最後沒有辦法取代現在的工業製造模式，在是在某些方面，例如介紹過的利用折紙技術做成太空的太陽能板，所是利用氣球網狀結構來做血管支架等，在一些人力難及的地方或許可以有更多好的應用跟創新!

網路讀心術! How the internet can read your mind

網路帶來便利的生活，越來越多的網站能夠提供每個人各人化的資訊服務，漸漸的網路的角色已經改變，不再是被動的資訊來源，而是變成了能夠主動讀取使用者的資訊來提供服務，而背後的原理是什麼呢? 以facebook為例，雖然只有6%使用者提供所在地點，但是經由分析相處朋友中友透露所在的位置得資訊，超過2/3的使用者的位置可以被粗略定位出來。又如同人際關係，雖然很多沒有沒有真的加為朋友或是隱瞞關係，但是可以經由簡單的朋友關係推論， A是B的朋友, B是C的朋友，C是A的朋友的機率就比較高，經由分析所有的朋以關係後用機率計算，就可以找出可能隱藏的人際關係。又如同一個人使用的文字會透露各種性別，政治與性格頃向，利用朋友間物以類聚的簡單分析，就可以很大的比例成功辨識出一個人的各種頃向，即使這些資訊本人沒有透露這些訊息。以好的方面來看，這些資訊可以讓網站或是其它有心的朋友在合適的時候提供資訊協助，以壞的來看，這些資訊如果被誤用，就會讓各種詐騙操弄等不好的事情多了很多有機可乘的機會。這些事情已經發生，所以社會制度與教育都必須發展出新的規範與教育方式來迎接這樣的社會模式，來讓網路能更合理的發展跟融入生活!

單一相機的高速3D影像！ Measuring objects in 3D using only a camera and projector

三維的立體影像重在很多地方都有應用，像是模型的重建，物體大小或是物體表面量測等。各種的非接觸的方法雖然都已經發展很久，但是這些方法常常要依賴特殊的構造（雷射光點，多台攝影機等）常常不能高速的捕捉立體動態。這影片介紹一種方式，利用投影機投影出有結構的圖案，再利用高速攝影機拍攝下來。投影出的圖形在不同曲度的表面上會產生變形，而這些變形就可以提供利用三角量測測距方法的基準，然後經由分析影像計算出每一點的距離。這樣的方式只需要一台投影機與一台攝影機，大幅減少了裝置上的難度。如果使用了高速攝影機，理論上就可以得到用超高速的立體影像，這在科學研究上有非常大的幫助，另外，同樣的方法也可以把圖型投影在顯微鏡下的物體上，這樣就同樣可以做出可以量測微小起伏的裝置!（類似的技術可以參考結構照明）

方向性力回饋的觸控! Tactile Display With Directional Force Feedback

觸控螢幕已經變成很一般的輸入裝置，但是觸感的回饋目前除了一般的震動並沒有辦法提供使用者更多的資訊。下面的影片介紹力用馬達跟線動的方式，以四條線拉動螢幕，使螢幕可以平移，對觸控螢幕可以產生有方向性的震動。展示的程式為當有小球從不同方向撞擊到時，可以用手直接感覺撞擊的方向，這樣的技術能給手指直接的觸覺資訊，像是游戲上或是空間導航與盲人電腦界面上應該有可以應用的地方!


 

彈跳床行動界面! Trampoline Game Interface As An Exercise Support System

儘管有各種體感方式，感受到自己動態在遊戲世界裡移動仍然沒有被實現，目前發展的一些行走移動介面都很難達到小型與真實運動感的結合。這影片介紹了怎麼利用簡單的彈簧跳床來做為身體運動移動的介面。在彈跳床下面四個角落安裝的四個紅外線距離偵測裝置，所以當人在上面行走或運動的時候可以偵測人踩的動態，在移動方向性上使用一個額外的偵測器感應腳步所面對的方向。影片上展是這樣的系統可以讓人在虛擬的世界有自由運動移動的感覺，或許不久的以後可以開發出利用這種系統的遊戲裝置，或是運動慢跑導覽裝置!

光子計時透視法! How to see around corners

傳統上攝影機要成像，要讓物體發出的或是反射的光線經由鏡頭聚焦投影到感光元件，所以理所當然的，光線被擋到的物體就看不到了! 但是那些物體真的用光就"看"不到嗎? 聰明的科學家發展了一個新的技術，不用物體發出來的光來聚焦成像，而是計算如果在特定時間丟出一堆光子，分析這些光子在哪些時間被反彈回來，用這樣的方式來"看"空間中的物體。因為光子可以散射，所以表現上像是打了很多超音波麼脈衝，即使物體不在光直進的的路線上，經由光線的散射，空間中的區域都可以被偵測，然後只要在各個不同的方向放出脈衝，計算所有脈衝回來的時間分布就可以反推空間中有什麼樣的東西。 當然這樣的偵測技術需要很好的演算法還有很好的偵測器，因為光一秒走幾萬公里，所以如果想要有公釐的分辨程度，就必須要能計算光走10的負12次方秒內的差距，要有一台很好的時間解析度偵測器。這樣的技術如果能被備應用推廣，或許以後光學的偵測設計可以有新的革新!

魔術般的變色材料-高分子蛋白石膜! polymer opal film

近年來的研究發現在自然界有很多的顏色是沒有色素參予的，像是金龜子甲殼，蝴蝶翅膀，鳥類的羽毛等。這些物體的色彩都是因為在微小的尺度上有有規則的結構排列，形成所謂的光子晶體，因為有規則性空間結構能反射特定波長的光，而產生顏色。自然界的蛋白石也是一種例子，藉由二氧化矽的小球排列，可以形成各種顏色班塊。下面影片中所介紹的是一種稱為高分子蛋白石膜 polymer opal film 的材質，其中有許多高分子的均勻顆粒有結構排列的固定在彈性體的內部，當受到外力拉扯時，顆粒間的距離就會改變，所以就會因為顆粒間距離的改變 (光子晶體的晶格大小改變) 而反射出不同的波長的光。

真正的3D顯示技術: 脈衝雷射的電漿舞台! 'True 3D' Display Using Laser Plasma Technology

雖然有很多種不同的3D顯示技術，但是這些技術都有使用空間上的限制，只能用某些方式讓人以為空間中的某些點有發出影像光。不過實際上要在任意空間發光的技術是存在的，就是利用很強的脈衝雷射把空氣擊穿打成電漿，然後電漿就可以發光或散射光，這樣一來就只要動態控制雷射的聚焦位置，就可以把任意的空間都當作是雷射的螢幕。但是這樣的技術需要強度夠大的脈衝雷射以及很快的掃描機構，以往並沒有這樣的顯示器。下面的影片介紹這種理論上做得到可是實際上非常昂貴的顯示技術目前的成品。展示內容雖然是在箱子內，不過後面也有展示在開放空間中的效果，效果還蠻讓人驚艷的(但需要更大的雷射)，這樣的顯示技術或許不會有實用的一天，但是相同的技術，把脈衝雷射的能向快速注射到空間中的任意點，可以用在微加工與立體紀錄等技術上，以及生醫的檢測上，或許以後科技會給這樣的技術更多應用的空間 !

強光也不怕 : 擴散光控制式投影螢幕! (DLC) Diffused Light Control Projection Screen

大型投影螢幕隨著投影設備的普及在課堂或是家庭裡越來越常被使用，但是投影機一個很大的缺點就是必須在較暗空間才能清楚呈現，昏暗的室內環境也造成各種不便(尤其是課程筆記與催眠效果)。根本的原因是現在的投影螢幕是一個良好的散射光的平面，會把各種來源的光，不管是由投影機來的，或是其他的照明或陽光，都往各個方向投射出去。所以這種螢幕如果想要影像清楚，就必須控制除了投影機之外的光源。但是如果投影螢幕可以只擴散反射投影機的光，然後吸收其他的雜光，這樣問題就可解決。以下的影片介紹一種新型的投影螢幕，Diffused Light Control (DLC) Projection Screen,這種螢幕的構造不同於傳統的直接擴散反射的白牆式螢幕，而是利用一個鍍金屬的反射層跟有特定方向性結構的高分子擴散層所組合，所以這種新螢幕的特點是只會擴散反射特定角度的入射光，而對其他角度的入射光會加以吸收。因為投影機的位置是固定的，所以這樣一來只要把投影機擺在合適的角度，投影機的光源圖像就可以被反射，而其他周圍的光因為角度不對，就會被螢幕吸收。這樣一來就大幅的提高對比，甚至在光線強的地方也可以使用!

彈性的通用導線! Worlds First Elastic Electric/Data/USB Cables - Roboden

所有的電子產品都脫離不了導線的使用，但是很多的場合固定的導線往往因為往復彎折而破損，或是產品本身需要活動延伸，多餘的導線長度會干擾機器本身，這時候如果有像橡皮筋一樣的導線就能改善使用方式，或是更符合需求。這影片介紹一家公司開發的彈性導線，主要是把螺旋狀的電線跟彈性體結合，像是小型的電話線封橡皮筋裡一樣，在讓導線有機械強度外也有很大的彈性範圍。 影片展示這樣的電線可以使用在隨身衣物的上，就像一般彈性衣服一樣貼身，這樣的導線也可以使用在機器人活動關節上或是很多有活動機構的機械上。在未來如果能更多樣化的設計彈性範圍，機械強度跟韌性的話，在不同的場合應該會創造新的應用方式!

橡皮筋熱引擎! Rubber Band Heat Engine

引擎是把熱轉成運動的一種裝置，除了傳統的氣體加熱膨脹以外，其實還有其他種方式，例如之前介紹過的熱泳粒子引擎，或是輻射計 Crookes radiometer。這影片是展示怎麼用橡皮筋做出熱引擎 (在費曼物理裡有提過這例子)。一般的橡皮筋是由糾結的高分子所組成的，當加熱時候因為各個分子段可以動的方式更多，所以就像纏的越複雜的線會越小一樣，加溫的高分子橡皮會因為纏的越複雜而收縮拉緊 (與一般的熱漲冷縮不同)。影片中的燈可以幫橡皮筋加熱，加熱後的橡皮筋因為收縮所以把那部份的邊緣往中間拉一點，這樣一來重心的位置就向沒有加熱的那邊偏移，一旦重心偏移發生，整體就受到一個力矩開始轉動。 雖然是簡單的原理，不過這樣簡單的設計就能把熱能轉成動能，或許有更多聰明的設計可以在不同的場合(太空或是微小化的元件)做為合適的熱能轉換裝置!

輕便精神壓力探測器與壓力荷爾蒙! Compact Stress Meter

當人體處在緊急的情況下， 身體可以分泌腎上腺素來提高人體的反應能力， 用來應付環境的危機，但是現在生活的形態下, 你也有壓力我也有壓力幾乎變成了生活的常態，那些原本用來協助人體反應的壓力荷爾蒙的過度釋放，就變成了健康的危害因子。 如果人可以即時監測自己的精神壓力程度，就可以適時採取運動或是其他疏壓的方式來讓身體保持平衡。但是即時的神經狀態監測非常困難，血液中的荷爾蒙檢測也不容易，這影片介紹了利用紅外線的反射來偵測手指上血管的血流量，裝置非常輕便，也可以就裝在滑鼠上。 這是量測方式可行示因為壓力賀爾蒙可以引起血管的收縮，所以末端循環的血流量可以部分反應壓粒荷爾蒙的量。 目前這樣的方式量測的結果目前與賀爾蒙量測有70%的相關性，雖然不很準，不過卻提供了一種簡便的方式讓人可以即時偵測可能的精神壓力，如果未來配合其他的感測方式，或許可以在更多場合提供給人正確的生理資訊，讓人可以做好更好的健康管理。