部落生活×服務心設計
2012/07/10-11 & 2013/01/19-20
物理學，物理學：一些你不知道的設計知識前幾週都在教室中進行研究與討論的T型人才工作坊，本次將走出戶外，到金岳部落，對部落的老人進行口述歷史訪談。在訪談的同時，同學們也必須同時觀察部落環境、中興保全所設置的老人科技，以及蒐集老人家的生活習慣等相關資訊，再於稍後的討論中結合先前的研討，設計出適合部落環境的數位科技產品。為了完成此目的，T型人才工作坊特地邀請中華大學微電子工程學系許騰仁助理教授，為同學們講解大家較不熟悉的物理學領域，以及如何利用這些物理學知識來設計數位科技產品。
口述／許騰仁助理教授（中華大學電子工程學系） 整理／林祖祺 撰稿／王品涵 |
撐起地球的支點：什麼是物理學？
「物理學」這個名詞，從升學以來就是許多人的夢魘。然而，其實在日常生活中，物理學無所不在。舉例而言，古希臘物理學家阿基米德曾說過，「給我一個支點，我就可以舉起全世界」。這當然是一個誇張的修辭，意欲指出槓桿原理之所能為。而檢視生活周遭，我們所使用的各種機械，對於槓桿原理的利用，可說隨處可見：自行車、抽水馬桶、剪刀…….可說族繁不及備載。而這僅僅是物理學其中一支，「力學」的其中一項原理而已。
那麼，物理學究竟分為多少種項目呢？其實也不多，大致上物理學可分為：力學、熱學、聲學、光學、電學與磁學六門。其討論範圍，力學注重在機械的運作上，熱學則關注特定區域能量的高低。聲學包括普通的音波和人耳聽不見的超音波，光學則進行對光線性質與感光效果的應用。電學涵蓋一切與電相關的應用學科，磁學則討論電性與磁性之間的交互作用。這六大項目，就是物理學的基礎。 移動世界：物理學可以做的事
這六大項目在老人數位科技產品上的表現為何？首先，壓力感測器、光學感測器等應該是最普遍的應用。要如何選擇擺設壓力或光學式的感測器？端看想要的效果，是要對某點施加壓力，或是讓某點被遮蔽了。又例如最常見的溫度計。許騰仁特別提醒，溫度計其實也是一種感測器，只是這種感測器太過生活化，而經常被忽略。最後，使得一切科技成為可能的是電學與磁學科技。而如何讓老人更方便的使用？聲控科技則是另外一大助力。
對物理學與應用科技之間的關係有了認識之後，許騰仁接著列舉出一些在設計或安裝上需要特別注意的事項。例如以感測器來說，使用電阻性的元件會比使用電容性或電感性的要好。這是因為電阻性的元件相對來說，其對於電流與電壓的負載率較為穩定。但這並不意味著電容性或電感性就毫無用武之地，對於這兩者，可使用適當的濾波器或放大器，以及應用其他電波理論的方式，解決負載率的問題。另外，交流電與直流電也是一個在設計上會面臨到的複雜問題。原因是，家庭中使用的交流電，對於數位科技產品的感測電路來說，實際上是一個電流雜訊的干擾源，但它同時也是最常見的電力來源。因此，變壓器的設計就相對的重要。另外，由於交流電是高強度的干擾源，變電箱或高負載電線的附近，也就並非安裝感測器的好地方。因此，若必須在這些地方附近安裝感測器，那麼一定要選用較好的濾波器，以避免儀器頻繁的損壞。 至於最重要的感測器，許騰仁提出了一些設計範例作為同學們發想時的參考，包括極限開關（limit switch）、重力感測器（g-sensor）、應變傳感器（Displacement Strain Gauge）等。所謂的極限開關，就是一般的開燈、關燈時常用的按壓式開關。優點是簡單方便，缺點是碰久了會壞掉。重力感測器則例如wii的手把、可翻轉螢幕的手機或PDA等。此類感測器可以感知身體的動作，並按照所設計的程式來對此一情況加以應變。比較大的問題是誤判，這則需要透過程式的撰寫，以及與不同感測器的搭配來處理，避免誤判的問題。 課堂的最後，許騰仁提出了校正與配套的問題。「一個沒有校正的信號是沒有用的。」許騰仁說，「所以我們在處理一個信號的時候要考慮如何去做一個錯誤的校正，也就是說如何在它失敗的時候去確保它的安全。」因為使用者不見得會正確的去使用系統，因此在設計時，必須要先預想到可能會遭受的惡意操作。這類的預防，小從保險絲等防呆設計，大到嵌入式系統等，都必須要有全盤的規劃。 動到哪裡去？物理學辦不到的事
由於此次參與T型人才工作坊的同學，大多不是理工科專業，因此，在接觸物理學領域時，無不戰戰兢兢。然而，如同許騰仁所說的，此次的課程，其目的並非是要求同學們成為精通本科與物理學的專才，而是讓不具備電學與物理學背景的同學去了解這些物理量可以透過什麼樣的物理性質量測、使用哪些感測器來作感測。具有基本的理解後，也更能和工程師溝通。跨領域的團隊在設計時的優勢，是不同的人所具備的不同想法，可以想出各式各樣的新奇點子，然後交由工程師去實現。然而同時，也要知道這些構想所必須具備的範圍，例如大致會使用到哪些技術、需要校正等細節，這樣才不會和工程師陷入雞同鴨講的內耗窘境，進而創造一個新的生活智慧空間。
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中華大學電子工程學系許騰仁助理教授
物理學可分為力學、熱學、聲學、光學、電學與磁學六門
跨領域的團隊在設計時的優勢，是不同的人所具備的不同想法，可以想出各式各樣的新奇點子，然後交由工程師去實現
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