向生物學習設計跟解決方案! Janine Benyus shares nature's designs

不管是自然界的生物或是人類所面臨的都是同一個物理世界, 所以許多人類面對的技術跟設計問題自然界的生物早已處理過並找出了好方法. 比較自然生物跟人類處理跟製造物品最大的不同是人類幾乎都是利用破壞環境跟產生多數廢物的方式製造少數有用的東西, 就像是電子產品的生產總是伴隨著有毒物的排放.而生物的解決方案總是幾乎沒有廢棄物考且不會破壞週遭的環境, 因為這樣才能確保自身種族的生存. 以這觀點來看, 人類的科技比起大自然的方案還處在很初階的階段. 講者以貝殼生長控制為例, 說明簡單的蛋白質釋放控制就可以調節貝殼結晶的成長跟終止, 說明大自然早就處理了很多工程物理問題. 生物科學的在未來不僅是了解生物做了什麼, 還要能從中找出邏輯利用生物的解決方案來引導人類找到更合理更跟環境相容的工程設計技術. 裡面列舉了12個最有可能改變目前技術的仿生技術,分別是:自主裝,CO2固定作用與光能利用, 生物力學外型設計, 光子晶體與自潔表面, 水氣凝聚, 礦物分離, 綠色化學, 可控制分解結構, 乾燥與修復保存, 感知與反應, 生產且肥沃土地, 環境友善技術等. 對每種技術都提出可能的應用的構想,期許一個新的仿生物方案的新工程典範.


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連接生態與醫學新典範的互動裝置! Natalie Jeremijenko: The art of the eco-mindshift

傳統的醫學在解除治療人的病痛,所以窮究人體的生理跟藥物機轉, 希望找出控制的方式. 不過現在人們開始注意到, 人的健康其實跟周圍環境跟生活型態有很密切的關係. 像是很多精神疾病, 慢性疾病或是代謝疾病(憂鬱,癌症, 氣喘, 肥胖, 糖尿病..等等)都不再只是人體的問題, 而是人處在一個什麼樣的環境. 當然這樣問題不是單一作為能夠解決的, 這個演講是介紹一些目前試圖喚醒人們對這樣健康概念所做的實驗性嘗試. 一個跟環境有關的問題裡包含了科學問題, 也包含了喚醒人們注意的問題, 演講人所採取的方式是利用把互動裝置加入環境的概念, 讓一些原本不容易被注意到的問題能被注意到並同時希望能加以改善. 例子包括了都室的污水與綠化, 跟動物的互動, 生態建築等. 雖然不一定都有實用性, 不過利用互動科技把原本跟跟人類無法互動的物體變成可以互動的對象, 近而擴展了人對環境的認識, 讓環境是生活的一部分, 是健康的一部分的概念能被推廣.


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比爾蓋茲的能源的計畫-無碳排放! Bill Gates on energy: Innovating to zero!

人類在地球生存, 最基本的就是需要能源來轉換成各種食物跟服務,另外還需要一個合適的生活環境. 但是因為人口跟各種需求的增加,現在知道過度利用石化燃料來取得能源的結果就是同時破壞了環境. 在這個演講, 比爾蓋茲說出他認為未來人類要面臨的最大問題就是怎麼能持續有能源來讓社會發展並且同時不破壞環境-如果有能源然後不排放二氧化碳. 他舉出三種最有可能的技術, 希望更多人能在未來的20-50年內投入. 這三種分別是,二氧化碳的固定化技術, 核能技術, 還有再生能源的儲存技術. 以他的觀點, 這些技術是解決未來問題的關鍵, 雖然都要面臨很大的技術困難, 但是沒有什麼原理上無法做到的事情. 其中二氧化碳的固化技術, 需要大規模的研究跟整體計畫, 因為所需要的空間跟保存計畫都是很大規模的. 在再生能源上, 他舉例目前世界上所有的電池只夠存10分鐘人類所需的能源. 如果真的要轉換到再生能源, 怎麼有效的轉化太樣能跟儲存會是最大的問題. 演講裡, 他花了最多時間說明一種利用目前核廢料U238來當作能源的計畫. 說明如果這種技術成功, 不僅有了新的能源, 而且還能解決目前核廢料的問題. 目前在超級電腦上模擬這樣的反應是可能的, 不過如果要實現還需要很多研究跟投資.


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當電子產品變成流行-隱藏的成本! The Story of Electronics

電子用品帶給人很多便利, 但是常常會發現現在的電子用品變成像是流行商品, 一樣產品可以在短短幾年間出到四五代卻被視為理所當然. 幾年下來家中總會累積很多不同接頭的電源供應器, 常常都是5V,可是卻因為接頭有一點小差異而不能使用. 電子產品是科技的結晶, 但是現在電子產品追求的不再是實用耐用而是變成類似流行商品, 有一點小改變就改款推新. 為了一點新的功能就必須丟棄舊產品, 而且常常舊產品的配件也因為沒有相容性, 同時失去作用. 因為快速改款, 零件批次生產, 讓維修變的困難. 常常買新的比修舊的更便宜划算. 這樣的經濟模式背後的假設是資源無限, 生產除了產生效用沒有對環境的副作用, 所以誰能做做好的產品就該不停的改版進步, 讓消費者可以一直更新. 但是實際上地球資源有限, 生產的過程跟廢棄物處理的過程會破壞環境, 減少人可以生存的空間. 這樣的邊際社會成本卻因為不在生產者的成本內,而在消費的邏輯裡被忽視. 這影片說明這樣的消費模式對資源跟環境有多大的傷害. 當這樣的社會成本能被包含進生產的成本時, 這樣的消費方式才有可能被改變, 讓各種產品有更模組化更容易維修跟回收的設計.

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蝙蝠-風力發電葉片周圍的負壓死亡區! Wind turbines make bat lungs explode

風力發電是目前一種開始被大量化建造發電機組, 但是風力發電機組對生態的衝擊也漸漸地被發現.　以鳥類而言, 旋轉的葉片是直接的殺手,　但是科學家發現一種奇怪的現象, 連有聲納可以閃躲的蝙蝠也大量死在風力發電機組附近. 以往的解釋是因為機組的噪音干擾到聲納的運作, 造成蝙蝠的誤觸死. 可是新的研究發現, 其實葉片周圍的空氣負壓才是造成蝙蝠死亡的原因. 經由解剖蝙蝠, 研究人員發現, 雖然死亡的蝙蝠沒有外傷, 可是肺部的血管有爆裂的痕跡. 這是由於在葉片快速旋轉的時候會在周圍造成渦流負壓區, 即使蝙蝠不碰到葉片, 只要進入這區域,　就會造成肺部出血進而死亡. 這研究提供的在以後建造風力發電機組的時候應該多加注意的訊息.


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螺旋管風力發電機! Spiral Magnus

風力發電雖然是再生能源, 但是旋轉的葉片也帶來了對棲息鳥類或是蝙蝠的衝擊. 其實大自然只告訴我我們大氣運動有很多能量, 卻沒有說一定要用像電風扇的發電機組去發電. 這影片是一家公司的新風力發電設計, 設計上利用了很多有螺旋溝紋的管子取代傳統的葉片. 當有風的時候, 風因為溝紋而會帶動個別管子旋轉, 而旋轉管子在風中又會造成通過氣流的上下壓力不同, 進而使管子模組整體旋轉來帶動發電機. 這種旋轉管子的原理有點像棒球的變化球飄浮的機制. 這種設計可能在低風力的情況下提供比葉片設計更大的發電能力, 另外因為轉速慢又安靜, 對環境還是生物的衝擊可能比較小. 另外一個額外的優點是因為慢圓管, 所以很堅固, 可以抵擋像是颱風哪種劇烈的風速. 這只是個例子, 或許還有更多可能的設計等人去想出來來喔!

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太陽腳踏車系統! Solar Parking Lot installation in Setagaya

把太陽能來當作很多機器的動力已經很常見了, 現在研究的重點是怎麼在合適的地方合理的使用. 日本的三洋公司在是世田谷建立了第一個實際運做的太陽能充電腳踏車租借系統. 利用停車場的太陽能板對電動腳踏車的電池充電, 在借出腳踏車的同時再裝上電池. 因為是單一作用的太陽能充電系統, 所以在電力的轉換上都是利用直流對直流的充電, 沒有轉成交流, 讓能源的轉換率較高. 才開始設置不知道最後能不能維持下去. 如果經由類似的系統, 讓電池的充電跟租借當作一種分配太陽能到合適地方的方式, 一方面專於用電池充電的太陽能轉換效率可以更好, 另一方面不一定每個人家裡還是每個物品都裝上都裝上太陽能板才利用太陽能, 這樣的太陽能充電可交換電池或許能給能源利用多點設計的空間.

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波浪旋轉發電機 ! Gyroscopic Wave Power Generator

只要看著起伏的波浪就知道有多少能量蘊含在那些運動中, 但那些能量要怎麼被提取出來呢? 這影片介紹了一種可以利用海上的波浪起伏來發電的裝置. 原理是利用裝設在浮動平台上的陀螺發電器, 當有海浪起伏的時候, 特殊的機構設計就會帶動陀螺發電器轉動, 進而發電. 傳統利用海洋發電的方式比較多是利用潮差發電, 設置的地點有限, 成本也很高. 洋流發電又可能會改變海洋生態. 這影片介紹的波浪旋轉發電機可以裝置在一般的海面上, 不一定要在岸邊, 而且可以依照需要的電量來決定設置的數目, 對生態干擾也小. 如果能好好利用天然波浪來發電, 或許可以解決部分離島或是海洋上的電力需求, 另一方面也對環境很友善!

相關學術文獻
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大水蛇波浪發電機! Giant rubber snake wave power

怎麼有效的利用再生能源一直會是人類要面對的問題. 除了風力跟水力以外, 也越來越多的研究關注在波浪的發電. 這影片介紹一種很奇妙的大水蛇裝置, 可能可以有效的利用波浪來發電.　裝置就是一個像大水蛇的橡皮管, 前段半固定在接近海面的地方, 後端掛著發電機. 整體貼近在海面上, 當有波浪在大水蛇上面經過的時, 就會帶動一團水從前端傳到後端, 帶動發電機發電.　基本的原理就是利用橡皮管的彈性跟波浪傳播時壓力波, 讓橡皮管的彈性反應正好跟波速可以配合,　一口一口把水往後傳. 目前已經在波浪實驗槽驗證過可行. 這種裝置因為簡單或許能應付長時間的海洋環境, 在未來提供另一種能源的來源.

相關資料
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波浪旋轉發電機 ! Gyroscopic Wave Power Generator

只要看著起伏的波浪就知道有多少能量蘊含在那些運動中, 但那些能量要怎麼被提取出來呢? 這影片介紹了一種可以利用海上的波浪起伏來發電的裝置. 原理是利用裝設在浮動平台上的陀螺發電器, 當有海浪起伏的時候, 特殊的機構設計就會帶動陀螺發電器轉動, 進而發電. 傳統利用海洋發電的方式比較多是利用潮差發電, 設置的地點有限, 成本也很高. 洋流發電又可能會改變海洋生態. 這影片介紹的波浪旋轉發電機可以裝置在一般的海面上, 不一定要在岸邊, 而且可以依照需要的電量來決定設置的數目, 對生態干擾也小. 如果能好好利用天然波浪來發電, 或許可以解決部分離島或是海洋上的電力需求, 另一方面也對環境很友善!

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