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「空氣盒子」匯聚公民、企業與政府之力,打造全球最密集的微型空氣品質監測網

2018.06.26
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最近臺灣的天空總是灰濛濛的一片霧霾,路上的行人與騎士紛紛戴起了口罩,全臺各地監測站亮起紅燈,達到「所有族群不健康」程度。但這些霧霾究竟是什麼,又會對我們產成什麼影響?

文:社企流

全臺空氣汙染拉警報,大眾逐漸重視 PM 2.5 濃度,因此這個由中研院資訊科學研究所研究員陳伶志與創客社群聯手研究,靠著創客、政府、企業、民眾自發性的投入與參與所合作而成的「空氣盒子」空氣品質感測器,就成為許多人外出時的重要參考指標,只要隨時檢查空氣盒子網站或 app,就能依據空氣品質狀況來安排行程,避開惡劣的髒空氣,並進而找出空氣品質惡化的原因。

這個可以即時追查 PM 2.5 濃度變化的空氣盒子,是由陳伶志與民間具開源、公益精神的「環境感測器網路系統」社群(Location Aware Sensing System ,簡稱LASS)共同開發,原理是透過微型感測器來監測區域空氣裡的 PM 2.5 濃度,透過數據分析,既可以即時追查空污真兇,更能幫助預測空污的擴散趨勢,匯聚了創客精神與社會影響力。

因需求而誕生,因父愛而完成

2014 年,由於空氣污染亦發嚴重,加上兩歲的過敏兒子氣喘加劇,陳伶志擔憂兒子會因為空污而長期氣喘,決定專攻「PM 2.5 即時濃度感測」,嘗試透過研究找出空污的變化模式、解決空污問題。

隔年,陳伶志認識了 LASS 社群的創辦人之一「哈爸」許武龍,發現兩個人都在做環境感測,於是決定結合彼此的長處,一起改變空氣污染的問題。由於陳伶志與團隊研發的「微型空污偵測模組」,可以即時偵測所在環境的 PM 2.5 濃度、溫濕度、氣壓,因此他與哈爸決定做 PM 2.5 的環境感測,「由 LASS 號召社群,我提供技術,哈爸帶領大家一起寫程式,然後我再結合學術資源,建立後端系統與伺服器。」

LASS 社群是由一群喜歡動手做的創客(Maker)所組成,這群創客連結了「想」與「做」的過程,熱衷於找到答案並解決問題。於是陳伶志及研究團隊、 LASS 、以及更多的創客、甚至是網路鄉民、學者、政府單位與民間企業陸續加入。

「我們號召每個縣市的創客加入,最後共有 19 個縣市、40 位志同道合的創客參與,大家各自改寫我們的開放程式碼、自製微型感測器,加深環境感測平臺的技術,結果完全是 1 + 1 > 2 。」如今空氣盒子已成為一項成功由創客發起的公民科技,並自動繁衍出更多元、更寬廣的應用。

「我發現,參與這個社群的創客們幾乎都是年輕爸爸。」陳伶志笑著說。陳伶志與團隊的主要研究領域為「參與式感測系統」,亦即透過群眾建立裝置或網絡,偵測生活中的問題現象,再經由觀察所得的數據進行分析,找出問題的解決方法。而透過開放資料及數據分析,空氣盒子能夠即時追查出空污的真兇,並幫助預測空污的擴散趨勢,形成領先全球的 PM 2.5 即時感測網。

重點不在硬體,而是數據資料

不過,要研發兼具「高準確性」與「低成本」的感測裝置,並非容易的事。這段期間陳伶志與團隊經歷了無數次的開發、失敗、改善、重做、失敗、再來一次的循環,耗費了大量的時間、金錢、精神與心力,終於開發出品質穩定的空氣盒子原型。

空氣盒子更採用開放資料(Open Data)的模式,共享研發成果與觀測數據,無論是中研院資科所的研究計畫、學生科展、學術報告、政府民間、企業團體等,都能根據陳伶志的空氣盒子基本架構,依照自己的需求改裝成不同版本的空氣盒子,發揮各式各樣的擴充運用。

「其實重點不在硬體,主軸在於數據資料,那才是可以放大去做的部份。」陳伶志表示,「參與式感測系統最重要的目的,是以『自己的環境自己救』的想法為出發點,透過群眾自主觀察所得的大量數據,由專家分析找出問題的癥結點,從下而上推動政府或相關單位採取行動、對症下藥。」

陳伶志指出,以前民眾遇到問題,往往會希望由政府從上而下來解決,但其實上面的人不見得了解下面的人真正需要什麼,反而不容易推動大型計畫。「做研究需要大量 data ,如果由上而下推行往往需要花費很多資源,但若找到大眾關心的議題,在協助你的同時也順便做我的研究,由下而上推動事情、解決問題,就能像滾雪球般越滾越大。」

乏人問津的黯淡初期

如同陳伶志所言,參與式感測系統的關鍵,在於透過群眾觀測所得到的大量數據資料。然而在一開始,雖然陳伶志開發好可以普及使用的空氣盒子,卻面臨著沒有民眾願意在自己家裡安裝的困境。於是,初期只能請團隊的親朋好友在家裡裝上空氣盒子,但由於安裝數量不夠多,即時觀察到的 PM 2.5 濃度數據非常少,缺乏應用價值。「還好政府、學校與企業適時地介入,讓 PM 2.5 即時濃度觀測的時間與空間資料因而大幅擴展,觀測得到的數據因而變多、變廣,就能進一步分析空污變化的路徑。」

當時關心臺中環境的臺中市原鄉文化協會率先買了 100 臺「空氣盒子」,並發起「將空氣盒子散佈臺中各地」認養活動,臺中創客更改造成方便攜帶空氣盒子的行動版本,由民眾自主監督空氣污染來源。2016 年,臺北市、新北市、桃園縣、臺中市、臺南市、高雄市政府也陸續加入空氣盒子計畫,訊舟科技更捐贈數百臺空氣盒子,佈建在各區域的小學校園,透過環境教育學習如何觀察 PM 2.5 即時濃度變化,監督改善該區域的空污問題。

「過去我們總是等到不停咳嗽、呼吸道感染了,才知道空氣正在污染。現在只要透過分析每個空氣盒子感測到的 PM 2.5 濃度數據,還有即時數據分析,就能推算出空污的原因、發生的時間地點,找到製造空污的真兇。」陳伶志表示,空氣盒子的汙染資訊也顛覆了過去大家對於空氣汙染的認知。「以往我們總認為地勢高的地方空氣比較好,其實中海拔地區的汙染反而更嚴重。」

各界互相合作,擴大發揮應用

跨界合作固然能讓效益擴大,但也需要有明確的方向與準則,才不至於偏離初衷,對此陳伶志表示,「合作時要注意維護科學的立場,嚴守『讓數據說話』的原則,不要被牽著走。」陳伶志合作的對象是環保團體、政府單位、企業、社群等,彼此就靠著陳伶志提供的正確數據而互相合作。陳伶志提及,目前空氣盒子計畫與廠商及縣市政府都採取捐助的合作模式,而公民參與更是重要的一環,例如現在許多熱心民眾會主動關注空氣盒子,很多環保團體、親子共學團也都積極參與。創客社群也扮演極為關鍵的角色,「其實不少學校的老師,本身就是創客高手。」

訊舟科技產品經理吳靜美表示,大量布建的 PM 2.5 空氣品質微型監測站,目前已達 4500 多個即時監測站點,「每 5 分鐘上傳即時空氣品質資訊,民眾可以透過 app 的即時圖像顯示,監看各據點的空氣品質資訊,而所採集到的戶外空氣品質大數據,也成為中研院與學校單位的最佳研究資源。」

除了大量設置監測站點,空氣盒子更成功地發展出感測器比對報告、空污模式演算法等研究理論,並建立與 LASS 、創客、政府機構、民間企業的跨領域合作模式,讓臺灣成為全世界微型環境感測器最密集的國家,更吸引了世界各國前來取經。「現在提到智慧城市,大家都會想到阿姆斯特丹、芝加哥,未來希望國際也能透過『空氣盒子』就想到臺灣。」

談到未來展望,「如何永續經營空氣盒子是當務之急。」陳伶志認為,空氣盒子需要民間企業的持續支持,精準預測空氣品質,並準確研究空汙影響健康的程度,最後再推展到國際間。「空氣污染是普世性問題,惟有建立跨國的空氣盒子監測網,才能即時通報、協力找出對策。因為空氣是流通的,空污不會只發生在某一個國家的天空。」

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打破運動輪椅的高價門檻—— TooWheels 開源計畫讓身障者就地取材,DIY 媲美專業性能的運動輪椅

2018.06.26
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TooWheels 為一項由義大利工業設計師 Fabrizio Alessio 發起的計畫,旨在消弭高價的運動輪椅造成一般身障人士難以從事運動的問題,並為具高度專業門檻的運動輪椅提出解決辦法,讓任何人都可就地取材,以簡易如腳踏車的零件,就能自己打造出媲美專業性能的運動輪椅。

文:社企流

為了在籃球場上奔馳,人們會購買一雙籃球鞋,而從事慢跑、羽球、網球、足球等運動,又會分別購置相應的運動鞋款;品牌、款式、價位選擇之多元,常讓人大呼「有選擇困難」。

然而,身障者卻往往只能用一張輪椅走天下,若想在運動場上揮灑汗水,不僅選擇稀少,價格更讓許多人望之卻步。其實對身障人士而言,不同的運動也需要有不同性能的運動輪椅,TooWheels 創辦人暨設計師 Fabrizio Alessio 便形容道:「就像我們穿的鞋子,你有每日外出的便鞋,但不會穿這樣的便鞋去打籃球、踢足球或打羽毛球。」

然而,運動輪椅在臺灣一輛要價兩萬元至十幾萬元不等,在歐洲一輛能讓身障人士上場競技的運動輪椅,則從兩千歐元(新臺幣約 7 萬多元)起跳。價高的運動輪椅,不僅讓身障運動相關協會難以為初學或業餘的身障人士添購足夠的設備,在許多健康福利政策尚未健全或投放資源稀少的國家,運動對當地身障者而言又更加遙不可及。

「義大利的健康福利政策其實十分完善,身障人士基本上都可得到政府提供的輪椅設備,但價格不菲的運動輪椅並未被列在福利範圍內。」Fabrizio 表示,身障者除了花高價購置運動輪椅之外,少有其他選擇,因為運動輪椅的設計有其技術上的複雜度,組成零件也難以一般輪椅的零件代替,為此他創辦了 TooWheels 開源(open source)計畫,希望讓每個身障者,都有機會自造出低成本又符合自身需求的運動輪椅。

不只是輪椅,TooWheels 初衷為開源共享設計知識

TooWheels 意旨「不只是輪子」 (much more than wheels)。輪椅是有輪子的椅子,但 TooWheels 卻有更具開放性的意義——它是一個開源計畫,也是一個理念。比起輪椅本身,TooWheels 更像是一個工具,人們可以用這個工具去改造自己的輪椅,並在未來把不同的輪椅設計分享給不同的人,讓大家都可以下載。「我希望人們可以在用了我的設計後,回頭和我分享他們改良過的設計,再分享出去讓更多人看到。」

「就像你在網路上找到的壽司食譜,有許多都是廚師經過多年經驗研發出來後,分享出來供大家使用;如果你想要人們做出好的壽司,就需要把重要的資訊分享出去。這也是為什麼 TooWheels 採用開源計畫,我想讓人們能用一般的影印機列印出 2D 的設計圖檔,就可簡易製作。」Fabrizio 解釋道。

創立於 2013 年的TooWheels,其實是 Fabrizio 在碩士論文研究過程中所發展出來的開源計畫。在成立 TooWheels 之前,Fabrizio 有著為身障者降低運動門檻的初衷,但對於要如何發展並無清楚的構想,直到受到學校教授的啟發與大力支持,他才決定要走開源路線,打造一個知識共享的計畫。

Fabrizio 學生時代就加入了義大利首間創客實驗室,即 2012 年於義大利北部重要城市都靈成立的 FabLab Torino,歷年來該實驗室也致力於推動數位製造(digital fabrication)及開源計畫。在 FabLab 創客社群與義大利運動協會 Icaro Sport 的支持下,Fabrizio 與生物醫學專家及籃球選手合作,歷經多次測試及改良後,才打造出今日在架構和製作系統上不同於一般技術方法的 TooWheels。「我在 FabLab Torino 進行研究,並做出 TooWheels 的原型,對整個計畫來說是非常重要的一環。」Fabrizio 說。

「TooWheels 是一項DIY計畫,若不是透過經驗分享和開源方式,可能什麼都不會發生。TooWheels 以開源的精神和原則誕生,這是它設計概念的一部分,也是整個計畫一部分的靈魂。」Fabrizio 說。

以低成本 DIY 製造為訴求,媲美專業輪椅

TooWheels 以取材當地材料及低成本製造為訴求,採用電腦車床切割的三夾板、鋁管、腳踏車的零件、輪子等,大約 200 歐元(約新臺幣 7 千多元)的成本即可打造出符合人體工學、效能媲美兩千歐元的運動輪椅。

和一般封閉式的工業設計不同,TooWheels 的開源方式,讓全球任何人都可以自行到其網站上下載設計圖檔案和組裝手冊,在自家或到當地的 Fab Lab(自造實驗室)進行製作,並依自身需求的尺寸量身打造。這項在義大利第一個以健康保健為主題的 DIY 自造開源計畫,不但大幅降低身障人士從事運動的價格門檻,更突破運動輪椅的高技術性藩籬,讓運動對身障人士而言不再遙不可及。

「這就像冰山一樣,你和大家分享冰山的頂端,即 TooWheels,但下面有更多專業資訊和設計師與自造者的資源、經驗、和知識分享。開源設計對 Fab Lab 社群來說是很重要的一環,我們會盡可能的分享出去。」

勇奪義大利權威設計大獎,與法拉利大廠齊名

2018 年 2 月,TooWheels 甫獲第三屆聯合國教科文組織「創意城市網路深圳創意設計」的新銳首獎,而早在 2014 年,TooWheels 就已入選為全球 Fab Lab 獎(2014 Global Fab Awards)30 件最佳自造設計之一,此為美國麻省理工學院主持的 Fab 基金會(Fab Foundation)所主辦之全球大獎。

2016 年,當時年僅 30 歲的 Fabrizio 更獲得全球最古老也最具權威的義大利黃金羅盤獎(Compasso d'Oro Award),與該獎項的常勝軍法拉利(Ferrari)和杜卡迪(Ducati)等大廠齊名。提到能與求學時期所嚮往的大獎案例並肩時,Fabrizio 至今仍語帶驚喜地形容「這讓人無法相信。」

TooWheels 影響力超越國界

TooWheels 開源計畫至今仍持續地進化,在原本設計的籃球輪椅之外,Fabrizio 目前正與義大利羽球聯合會(FIBa - Federazione Italiana Badminton)的教練合作,設計專為羽球選手所用的運動輪椅,從設計、輪椅原型到成品都由 Fabrizio 一手包辦,未來在雙方合作下,他希望能研發出全球身障者都能使用的 DIY 羽球輪椅。

在印度的古吉拉科技大學(Gujarat Technological University),有一位教授也正帶領著他的學生研究 Fabrizio 的原生設計,希望能加以改造,打造出符合當地需求、能協助身障人士日常行動的輪椅。「目前我正和他們合作,以我的設計為藍圖,協助他們設計出一個符合當地需求、能協助身障人士獨立生活的輪椅。他們研究我的設計,理解原理後,會打造出屬於他們自己版本的輪椅,和我的完全不同。我會盡我所能的支持他們,分享我的經驗與 know how。」Fabrizio說。

未來 Fabrizio 希望能和世界各地的不同社群合作,開發出各種開源輪椅(open source wheelchairs)。「這將是個有趣和極富挑戰的任務,其中會有複雜的技術和研究,而 TooWheels 也需要轉型、進化去完成這個目標,最終是希望發展中國家和世界每個地方的人,都可以依照開源設計打造符合自身需求的輪椅。」

給創客的建議:跳出框架思考、跨領域學習

目前 Fabrizio 透過為工廠和新創公司提供產品設計、概念開發、專案管理等領域的顧問諮詢服務,並擔任數位製造及開源課程的講師,來支持 TooWheels 計畫的研發經費;他亦在都靈理工大學(The Polytechnic University of Turin)的設計碩士課程擔任助理教授一職,教授自造者運動和相關的設計方法課程。

Fabrizio 表示,TooWheels 這項開源計畫需要大量時間、精力、熱情與自身靈魂的投入,「我能很驕傲地說這是一份工作,不是周末休閒,藉由這樣的工作讓我有機會能與各界專家、設計師建立起自己的專業人脈,並不斷增強自己的專業技能,同時也讓大家能相信我身為設計師的能力。」

對於其他想投入開源計畫的自造者,Fabrizio 以自身經驗建議要能跳出框架思考,並在研發過程中,不斷回頭檢視是否還遵循著原來的想法和初衷,若有所偏離,又意味著是好或壞。此外,自造者若能時常和社群分享自己的想法,並謙虛地接受各界意見,會有助於改善計畫,並跨領域地學習及研究。

Fabrizio 表示,「開源分享是一個去創造新知識的管道,而非複製和仿效。如果你是一位自造者和設計師,你會用你的熱情去把這樣的開源知識分享給全世界。」

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