反射式膽固醇液晶電子紙! Color E-paper

傳統的液晶雖然漂亮, 但是因為高耗能, 所以現在的電子書選擇了利用E-Ink種只有切換時需要耗能的顯示技術. E-Ink利用電泳來驅動色素粒子所以沒有電壓時粒子是穩定的. 傳統的液晶螢幕一直需要電壓來維持分子的排列. 但其實有另一類的液晶種類稱為膽固醇液晶, 可以有雙穩態, 也就是分子排列有兩種穩定的狀態, 只有切換的時候需要提供電場. 這類的分子在不同的排列下就如同不同的晶格, 可以反射特定的波長. 下面的影片是展示利用三層這樣的結構做出來的彩色電子紙. 這種技術一樣有低耗能的優點, 之前的產品因為切換慢對比也不好, 所以競爭力不大. 現在廠商似乎已經漸漸克服缺點. 這類的技術除了電子紙還能用在窗戶或電子商標上.


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星際大戰裡的技術-動態全像3D! Hologram 3D Star Wars

全像技術是利用干涉的方式重建光的波前跟強度, 發明了很久也很多改進, 雖然不用戴眼鏡也可以看到各種角度的3D影像, 但是在目前的3D顯示器上沒法實用, 一個原因是在沒有參考物的物理的光學資訊下, 電腦計算干涉圖案非常耗時, 另一個原因是全像片是一種固定的照片, 沒有辦法顯示動態. 第一個問題在電腦進步下已經慢慢有進展. 這影片是說展示現在的材料技術是怎克服動態顯示的困難. 新一代的材料利用可重複寫入的動態底片, 原理是把感光的材料放在一對透明電極之間, 當加上電壓又同時受光的時就可以改變局部的分子排列讓折射率改變. 然後利用掃描的脈衝雷射就可以把想要的干涉圖形一次一次寫入這樣的材料. 變成可以改變內容的全像影像, 目前可以做到大約一秒一次上下的更新 雖然慢不過比起以往已經是大幅的進步. 要顯示的時候只要打LED的燈光, 就可以讓立體的影像出現. 動態的3D全像影片或許離實現的時候不遠了!

學術文獻
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微快門顯示器! MEMS Shutter Display

液晶螢幕的基本原理是利用液晶的偏光性來控制背光源通過不同顏色的濾片後, 光透出銀幕的強度. 因為這樣的設計,光在經過不同顏色濾片後就剩的不多, 加上液晶利用極化來控制光, 只能讓部分有正確偏振方向的光通過, 本身也損失很多光強度. 漸漸液晶的耗電變成手持性裝置電力上限制的主要來源. 這影片介紹利用微機電的快門控制來克服這問題. 這種新的螢幕在背光的設計是利用三種不同顏色的LED循序發光, 光利用反射通道通引導到螢幕上的光開口窗, 然後利用微小的快門來控制每一開口的每一瞬間光可以透出的量. 所以就是不同顏色的光在不同的時間發出, 然後用微快門來控制光量, 利用人眼的暫留就可以合成不同顏色. 這樣一來就不需要濾片, 所以光損小很多, 控制光強的方式也不只限制偏振光, 能讓不同的偏振態的光都透出. 整體來說可以讓光能的使用變的很有效率, 所以比起液晶變的很省電. 另外這種設計也可以以光快門作為反射螢幕的開關, 所以也可以變成類似電子的用途. 其實利用微機電來做螢幕還有不同的設計, 再過幾年技術成熟了, 說不定可以跟液晶在不同的應用上加以互補.


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半透式螢幕! See-Through Display and Film Display

半透式螢幕跟一般螢幕的不同在於可以同時接收螢幕跟背後的訊息, 之前介紹過的頭戴式顯示器就是一個例子. 不過在以往, 這樣的顯示必須要利用半反射鏡跟微投影機來達成, 所以在體積上有限制,不能做的太小, 用途也受限. 過去一般的平面顯示器需要背光源所以無法做成透明式的. 現在發展的自發光顯示器因為像素本身可發光不需要背光, 所以只要控制電子線路的粗細跟像素的大小跟發光程度, 就可以做成半透明式的螢幕. 這影片就是日本廠商所展出的OLED半透式OLED顯示器.目前的透光率約50-60%, 以後預期可以到達80%. 這樣螢幕可以用在手機上讓邊走邊看螢幕的人安全一些, 或是結合AR讓相關的資訊重疊在面對的對象.


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聚焦聲音! Audio zoom

聲音跟光一樣都是波動的一種, 光的聚焦應用隨處都可以看到, 可是相對的, 聲音聚焦的利用就比較少. 這影片介紹利用在一個環狀的結構上裝上300個麥克風, 然後就可以針對任何地方的聲音加以聚焦, 跟周圍的聲音分開的裝置. 原理也不並難, 這裝置有配備一個攝影機, 利用攝影機的對焦位置可以決定要收聽到的聲的空間位置, 然後就可以計算這個來源的聲音到達不同麥克風的時間, 知道倒達不同麥克風相對的時間以後, 利用不同的延遲時間跟電腦計算把這位置的聲音分離出來. 特定位置的聲音就可以由不同的麥克風收到的訊號加以放大. 這種裝置可以在比賽的時候或是監視系統上得到好的應用. 其實科學用途上的超音波顯微顯鏡也是利用同樣的原理, 可以利用追蹤特定位置的震動方式來得到不同材料參數.


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訂做明星的身材! Morphing actors

圖形處理除了在科學上有用之外, 更多的用途是來讓照片有自己期望的樣子. 像之前介紹過photoshop自動圖形比對處理的功能, 現在這種影像的技術也要被應用在影片上. 利用這種技術, 以後不只可以修靜態的圖, 還可以修動態的身材儀態. 這種處理方式包含了對影片中人體的辨識跟利用準備好的模型來取代兩個過程. 處理的電腦程式中先準備好了由上百位真實人體掃描所構成的標準身體模型. 待修飾的影片中的人物經由電腦掃判別外型輪廓之後, 就可以把這樣的輪廓比對到對應的電腦預先準備好的身體, 接下來可以任意調整身高, 腰圍, 身體肌肉的比例等. 處理後的影片中的人外就像有了另一副身體. 以往如果要做這樣的處理, 必須經由美工人員一張一張畫面的修飾, 但是有了這種技術以後, 只要有影片, 電腦可以自動對裡面的人體外型進行修改, 不需要跟以往一望花費大量的人力. 這種技術應該會很大的延長演員的演藝壽命, 不過也許以後經由媒體看到東西也越來越不真實了.


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被螢幕觸控 ? ! Tactile phone

傳統螢幕利用顯示的內容提供資訊, 在加入觸控以後, 螢幕更成為了機器跟人互動主要的窗口. 目前除了發展更好的顯示方式例如快速反應的彩色電子紙或是可彎曲高對比的螢幕外, 另一類的發展是希望能增加螢幕對使用者的回饋. 這影片是介紹利用螢幕對人提供動態的觸覺. 以往知道有一種效應是當手碰到光滑的儀器上, 因為儀器沒有做好接地, 所以觸摸的時候會有粗糙的感覺. 原因是帶電的表面會對皮膚內部的受器產生刺激. 這影片利用這種技術, 在手機的螢幕上加上電極, 當手指觸到表面的時候, 由表面的透行電極利用交流電刺激手指, 讓手指產生不同的觸覺. 可以是平滑的感覺也可以是粗糙的感覺. 這樣個技術可以增加螢幕對人提供的資訊, 也有可能有意想不到的應用, 像是變成盲人也可以用的螢幕那樣!


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用身體舞動遊戲! Kinect in Tokyo Game Show 2010

人機介面的發展讓電腦能更融入生活, 雖然很多學術研究有進展...不過也許最大的進步會從遊戲公司開始. 像是Wii帶動了使用加速規在各種場合的使用, 這次的主角是Microsoft的 Kinect控制裝置所代表的身體控制. 這影片是上週在東京電玩展展出的 Kinect 遊戲玩的實況, 看了都很想玩. 這種技術可以偵測身體的運動然後把這樣的動作做為輸入的裝置, 也就是說, 身體全體的運動資訊都可以做為輸入的介面. 所以很多可能的遊戲方式都可以實現, 像是跳舞或是運動, 可以更加融入遊戲. 這技術主要偵測物體的運動方式是利用附加著裝置打出眼睛看不到的雷射光斑, 然後這些光斑就變成空間中可以偵測的標記, 當這些光班隨著人體運動而改變反射位置的時候, 就可以利用影像分析找出物體運動跟光班位置大小變化的關係. 這種技術解決了要辨識空間中特定形狀或是需要預先標記這兩種做法會面臨到的問題, 很聰明利用雷射光斑的特性作為辨識標的. 這樣的技術一但普及, 可以預期很多人跟機器或是電腦的互動可以變的更多樣化. 期待這樣技術從遊戲開始普及!


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史考特的實現: 視網膜投影銀幕! display onto the retina

看過七龍珠的朋友應該知道史考特就是那個可以看戰鬥力的裝置, 現在日本有廠商做出原型了(不過當然看不到戰鬥力..). 過去銀幕的成像大概都是在眼睛外面先成像一次, 然後眼睛再利用角膜跟水晶體在視網膜成像. 不過這種穿戴式的投影螢幕因為空間小的的關係, 在可以看到眼睛前方的斜角半反射鏡上不成像, 而是直接在視網膜成像, 也因為這樣的關係只要控制像的發散角度就可以模擬成像的位置. 所以眼睛看起來的像是在一公尺的位置, 大約16吋大小的透明螢幕. 其實這樣控制成像位置的原理跟光學儀器可以控制眼睛透過目鏡看到顯微鏡影像或是望遠鏡影像的感覺位置是很類似的, 不過現在投影最後的階段是由一片半反射鏡來達成. 這種裝置應該有很多有趣的應用, 有可能可以改變接收資訊的方式, 現在的技術很容易做到遠方連線, 然後投影合適的資訊出來或是做成AR的應用. 或許有一天人會開始帶著史考特一邊看真實的世界, 一邊看著另一種資訊.


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實物模型列印機! z printer 450

之前有介紹過利用固化的UV膠作為3D列印的機器. 不過那種比較合適精美然後只是局部稍微立體的情況. 對於真的立體的物體想要列印出來有其他的方式. 一種是利用熱融的高分子一層層的加蓋上去, 另外一種是利用CNC雕刻出來或是雷射來引導聚合. 下面這影片介紹的是另外一種利用膠水黏合的方式. 在充滿粉體的艙內, 列印頭前有刮刀可以把需要固定的平面定義出來, 然後利用噴頭把膠水類的物質噴在粉體上, 使其固化. 這樣來來就可以一層層把結構做出來, 過程就像是利用切割好的木板堆模型一樣. 這種方式有兩個特別的好處, 一個是因為有粉體的支撐, 可以做出中間體比較沒有支持性結構的3D物體, 這對複雜的物體很重要. 另一個是膠水可以直接上色, 所以列印出來的物體不只有形狀還有顏色. 配合雷射3D掃描跟相片材質上色, 聯合起來幾乎可以複製看起來的外觀了. 這種技術對於一些需要機構設計的行業很有用, 其實如果便宜一點拿來做模型玩應該也很有趣!

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手機變身的方法! Phone makeover

現在的智慧手機強調多點的觸控, 但是相對的就必須為介面付出比較多的硬體代價. 這影片是介紹怎麼把傳統沒有觸控的手機變成觸控式的. 利用手機上面的麥克風, 當手指在機體上滑動或是敲打的時候會發出不同的聲音, 只要分析這些震動特性就可以反堆手指在手機上的活動. 或許這樣的技術在手機上沒有實用的一天, 不過在其他觸控的地方像是玻璃櫥窗或是桌子上應該都會有發揮的地方.


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觸覺立體電視! AIST i3Space - Touchable 3D TV

之前介紹利用有利回饋的筆來感受３D物體的表面, 現在這樣的技術也直接用到手部的力回饋. 利用兩台攝影機捕捉手部的感測器位置後, 直接把座標資訊跟螢幕裡的物體空間位置比對, 一方面讓虛擬的影像可以感覺被手直接操作而移動變形, 另一方面利用手上裝置的震動來模擬物體的力學回饋 這裡面一個很特殊的技術是利用震動來模擬有方向性的壓力. 雖然影片沒有詳細說明, 不過應該是利用在單一震動週期的不對稱震動來造成手部的錯覺. 效果可能要真的接觸才知道. 如果這種技術效果很好, 或許在下一代的震動搖桿就可以加入來模擬更多元的力學回饋互動.


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光彈立體觸控螢幕! Soft touch-panel using LCD and photoelasticity

因為電腦的計算能力已經達到某種程度, 所以越來越多的電腦技術革新是在人機的互動介面上. 像觸控螢幕這樣的技術就得到很多的關注. 傳統的觸控是利用表面的電學性質例如電阻或是電容效應來偵測觸控的位置. 但是感受壓力其實還有更多選擇. 這影片介紹利用立體材料的光彈性質(photoelasticity) 來偵測各種觸覺壓力. 因為液晶螢幕的光已經是經過一片偏光膜, 是有方向性的偏光, 如果外加另外一片偏光板可以讓螢幕看起來都是暗的. 這時候如果在兩個偏光膜中間加上一些透明的彈性物質, 因為在受壓之後, 彈性物質的內的分子會受到應力的擠壓拉扯而變形進而變成有偏光性, 這樣一來, 本來在由一對偏光片阻隔的光就又可以通過偏光片了. 這樣的原理其實跟偏光顯微鏡測應力一模一樣. 所以只要利用偵測透過光的強度就可以知道光彈物質上所受力的相對大小. 影片展示把光彈物質做成臉的模樣, 只要可以偵測應力, 就可以即時跟使用者互動. 當然也可以做成各種不同的模型做各種有趣的互動. 這影片另外一個重要的技術是把偵測用的攝影機做在螢幕的下方, 應該有另外一種控制偏光的方式, 不過細節就沒有公開了.


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重複列印無墨水印表機! Prepeat inkless and tonerless rewritable printer

曾經一度人們以為電腦會讓無紙的社會實現, 只是現在大家知道電腦的方便使用只會讓人列印更多的資料出來. 一家日本公司最近堆出了一種可以重複列印而且不需要墨水的印表機! 利用特殊熱感應的塑膠紙, 只要控制讀寫頭的溫度就可以對這種塑膠紙寫入資料或是抹去資料. 一張塑膠紙可以重複只用1000次. 想像以後如果報紙每天可以重複列印出來, 又不需要列印的紙跟墨水, 應該會是很有吸引力的應用也對環境很友善!

相關學術文獻
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大腦的時間感? Animations stop bots

怎麼對付越來越聰明的廣告機器人已經是網站的一大問題.越來越多的機器人利用圖像分析或是人工智慧來破解留言的文字圖. 因為這樣各種提問圖也越來越看不懂..就算是人. 現在科學家想出了另一個方式-利用動畫. 研究發現人腦就算在很多雜訊的情況下也可以看出內容, 所以如果利用觀看動畫再讓使用者輸入關於動畫的內容, 就可以確保一定是人在觀看, 這種利用時間感還有對圖形的預期認知是目前電腦分析所做不到的.


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簡單又可積疊的科技! George Whitesides: Toward a science of simplicity

一項技術的好壞常常難以辨識, 這個演講提出了一些概念, 什麼樣的科技技術是真的有能力進一步發展, 用不可預期的方式改變其他事物的運作. 演講者用了很長的時間來鋪陳他的答案, 其實最重要的概念是當一種技術是可信賴, 便宜, 又可以跟其他東西互動, 以新的功能做為另一種元件的基礎的時候, 這種科技就會真的改變一些什麼事情. 這種概念稱為可積疊性(stacking). 他舉了網路由電腦溝通組成, 電腦由晶片組成, 晶片由電晶體組成, 而電晶體就是簡單的開關而已. 因為電晶體有非常高的可靠性又可以用非常便宜方式製作, 所以其他科技發展就可以以這基礎去發展下一層的技術.　單純的開關最後導致現在豐富的電腦網路. 同樣的概念也應該可以用在其他地方, 只要一個技術符合這些條件, 自然會有人會好好利用這些技術作為基礎去發展更多的東西. 這種概念跟很多開放軟硬體架構不謀而合. 比起繁複又封閉的設計, 這樣的技術或是設計才會解放更多人的創造力.


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用聲音來看! Seeing with sound

眼睛是靈魂之窗, 現在也很多研究在看看要怎麼幫助視覺障礙的朋友能有更好的生活品質. 除了發展中的電子視網膜以外, 其實另一類的做法就是把視覺的資訊投影到其他的感官感覺上.　有不少研究顯示, 視覺喪失的人在其他的感官上會比較突出, 這種轉換感覺接收路徑的方式也應該很有發展的空間. 這影片是介紹利用眼鏡上小型的攝影機跟即時的影像處理, 電腦可以即時把影像的資訊轉換成聲音. 這樣一來看不見的人就可以根據聽到的聲音來對環境有多一點了解. 當然這樣的技術會干擾本來的聽覺, 或許要經過訓練還有找到比較不容易干擾的方式才可能實用. 當然影像理本身也要夠好, 才能讓電腦判斷的正確. 另外這種把視覺資訊投影在其他感官的接受上不一定只能限於聽覺. 身體很多位置的觸覺其實也很靈敏,　也常常沒有在利用有很多空閒時間. 如果能善加利用,　應該能更能讓周圍的資訊藉由電腦的幫助而被即時察知.


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全視點投影行車! Fujitsu - Wraparound 3D monitor system

很多朋友初次看到google map的街景時, 可能都會為了可以立體瀏覽街道而感到訝異. 其實這種把廣角影像投影到立體空間的方式有很多可能的應用, 雖然原理都是幾何投影而已. 其中一個是利用單一攝影機跟錐狀反射鏡就可以拍攝全景照片, 有被用在某些監視系統上. 這影片是介紹利用裝在車上的四支攝影機, 把周遭的景色及時立體的重建在駕駛員的顯示器上, 並且可以任意改變視角, 讓開車時候能對周遭眼睛看不到的地方掌握的更好. 這種技術最開始是利用攝影機來協助倒車, 在前幾年的時候開始做及時影像處理, 把四支攝影機的影像做平面展開, 讓駕駛員可以從上視野看到自己車子跟週遭的相對位置. 不過那種視點比較不直接, 這次就直接做立體的展開了,附加的也就可以選擇任意視點了. 這種技術主要是軟體跟時運算的進步, 合適地使用應該會增加行車的安全性.


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以想像作為指令! Tan Le: A headset that reads your brainwaves

跟電腦還是機器的溝通以往都被限制在固定的指令或是出入設備. 這影片介紹的裝置是一個腦波的分析器, 有兩個重要的特點, 一利用發展演算法來展開大腦電波來源的幾何形狀, 讓訊號可以被分析, 另一個特點是利用記憶指令(腦中的想像)對應到特殊的輸出. 原理是想某種情境的時候, 可以把這時候不同位置的的腦波紀錄下來, 做為一種指令. 跟一般腦波控制的不同是, 一般的只能控制某些有限的維度, 像是想動搖桿或是滑鼠一樣, 這裝置因為同時偵測多點訊號作為輸入, 在指令空間的範圍比較大, 想像某種情境的訊號可以被紀錄下來作為一個新的維度. 可能應用像是遊戲, 燈光, 輪椅等等. 或許以後人連動手都懶了:P


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連動視訊頭戴顯示器! Head-mounted Mobile Video Communication System

網路視訊對話, 因為個別對著螢幕或是攝影機, 常常有說話的人看別處的感覺, 而人跟人的對話交流的中的那種視線交會就很難達成. 這影片是介紹一個很簡單的技巧就可以達到視覺跟跟動作的連動. 只要要現有的眼鏡顯示器上加上偵測位置的感應器, 然後再利用這些資訊去控制攝影機的角度, 就可以在頭看不同位置的時候同時移動攝影機. 其實這樣的技術可以用在更多的地方, 從醫療到機器人控制都有可能.


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