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Gene Ng
・2021/03/11 ・2042字 ・閱讀時間約 4 分鐘
相關標籤: 願讀力與你同在

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

位於義大利北部摩德納 (Modena) 的米其林三星級餐廳 Osteria Francescana 曾兩度被評為世界最佳餐廳。我在義大利旅行時,有幾次經過了它前門,欣賞著穩重到幾乎樸素的入口風格,幻想著與朋友們圍坐在一張桌子旁,分享著世界上最好的現代美食經驗,並且受到名人廚師馬西莫.博圖拉 (Massimo Bottura) 的款待。我不知道自己是否能夠品嘗出他們要價 120 歐元的羅西尼鵝肝黑松露嫩煎牛菲力 (Filetto alla Rossini) 的每一口細微差別,但是我知道我的 DNA 會對我試菜的方式產生明顯的影響。如果我和我的朋友有幸在 Osteria Francescana 的同一張桌子用餐,要是我們還點了相同的食物和飲料,根據我們的遺傳背景,我們的個人經驗可能會完全不同。

位於義大利北部摩德納 (Modena) 的米其林三星級餐廳 Osteria Francescana。圖/Wikipedia

吃不了苦?都是基因惹的禍!

味覺的遺傳學是營養基因體學裡最吸引人的部分,它的第一篇研究還比 DNA 的發現更早發表。這一切的故事都始於一個有著奇怪名字的化合物——苯硫脲 (Phenyl-Thio-Carbamide, PTC),以及一個偶然的事件:

1932 年的某一天,美國化學家亞瑟.福克斯 (Arthur Fox) 在將一些苯硫脲粉末倒入瓶中時,有些粉末飄散到空氣中。有一位同事發現粉末在他口中留下了苦澀的味道,但是福克斯什麼也沒嘗到。

這兩位科學家對此很感興趣,在進行了許多苯硫脲實驗之後,他們得出結論,認為人類可以分為辨味者(可以感受到苯硫脲苦味的人)和非辨味者(對苯硫脲苦味沒有感覺的人)。我們現在知道對苯硫脲的敏感性是由單基因所控制的,並且取決於稱為 TAS2R38 的基因,這個基因編碼舌頭味蕾表面上的受體。我們還知道非辨味者對朝鮮薊、球芽甘藍甚至酒等多種食物和飲料的苦味也不敏感,這點提供跟 DNA 相關的烹飪學研究基礎。

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美國化學家亞瑟.福克斯。圖/Wikipedia

TAS2R38 基因上的一個變異可以預測你是否為辨味者。由於辨味相對於非辨味是顯性性狀,因此大多數人對苦味敏感。儘管有不同的敏感度,卻都是取決於各自精確的遺傳組成。大約四分之一的人對苯硫脲極為敏感,因此被稱為「超級辨味者」。科學家們對這些超強的辨味能力是否適用於所有口味,還是僅限於苦味,目前還沒有共識。在公眾會議上,我總是帶著一些苯硫脲試紙,並邀請現場觀眾進行實驗。辨味者的厭惡表情和旁邊對苦澀無感者的一臉困惑,提供了一個很好的對比,說明我們的遺傳組成在我們與食物的關係上扮演著多重要的角色。

推薦 DNA 配對的專屬葡萄酒

某些研究顯示,辨味者不喜歡某些食物和葡萄酒,甚至像 Vinome.com 這樣的消費公司都會分析 TAS2R38 基因,並推薦一系列可能與你的 DNA 配對的酒。但是仍然很難確定苦味特徵和食物偏好是否相關,因為教養、文化和地理因素在這方面都能很輕易地超越基因而有更強的影響。在此強調一下,雖然我是個會對苯硫脲產生令人尷尬的強烈反應的辨味者,但我仍然喜歡苦味食品,用風乾葡萄釀成的阿瑪羅內 (Amarone) 是我最喜歡的葡萄酒之一,但它可能是世界上最苦的葡萄酒!如果僅憑我的 DNA 組成,Vinome 公司絕對不會把它推薦給我品嘗。

Vinome 公司運用客戶 DNA 檢測結果,推薦可能最適合消費者的葡萄酒。圖/Pexels

DNA 檢測餐桌,訂製客製化的高檔美食

味覺的遺傳學提出了美食家一定會提出的質疑,例如,是否可以聘請一位天生就對苦味或其他味道不敏感的廚師?不論男女,這名廚師會不會就像個盲人畫家或聾啞鋼琴演奏家一樣?他是否能夠理解大多數人對食物的看法?高檔餐廳是否應該根據對苦味的敏感度來篩選與聘用廚師和侍酒師?並根據客戶的遺傳背景提出不同的菜單?如果我無法區辨口感較為柔順的梅洛紅酒 (Merlot) 與酸度較高的赤霞珠葡萄酒 (Cabernet),或者如果我眼也不眨地就把一瓶超級劣酒給喝了,我可以拿遺傳學來當擋箭牌嗎?

專業的葡萄酒專家似乎對這些情況不太滿意。葡萄酒的鑑定權威《葡萄酒觀察家》(Wine Spectator) 在 2012 年陳述葡萄酒專業知識的遺傳學故事時,雜誌總編輯哈維.斯泰曼 (Harvey Steiman) 做出了如下評論:「葡萄酒評論家未必是超級侍酒師,誠如音樂評論家並不需要具備完美的歌喉。」儘管有《葡萄酒觀察家》的意見,但是 DNA 檢測有一天可能會運用到我們的餐桌上:除了辨味者變異之外,還包括其他會影響我們對咖啡的感知、通寧水中的奎寧、香菜,以及感知甜、鮮味和酸味能力的認知。有了關於這些變異的更多知識,一系列的檢測可以對人們的品嘗能力做更好的評測,並且讓高檔餐廳提供 DNA 訂製美食的美夢成真。

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本文摘自《DNA 國度:基因檢測和基因網路如何改變你的生活》,2020年12月,商周出版。
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Gene Ng
295 篇文章 ・ 1 位粉絲
來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋
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輕鬆使用Android 裝置控制樂高機器人:讓機器人前進指定距離
馥林文化
・2013/09/26 ・2841字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 552 ・八年級
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TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

文/曾吉弘(CAVE教育團隊

在7 月號的專欄中, 我們介紹了如何使用Slider 滑桿元件來控制樂高機器人馬達的轉速與方向。本期我們將介紹如何使用樂高馬達中的編碼器(encoder)來讓機器人前進指定的距離,並且深入介紹App Inventor 中對於樂高機器人的SetOutputState 低階控制指令。

樂高NXT 伺服馬達

樂高NXT 的馬達是所有樂高馬達中輸出扭矩最大也是最有份量的一款,另一方面,它也是唯一有配置角度感應器的馬達,經過計算之後可求出機器人行走的距離或轉動的方位角,非常方便。

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本期專題將使用App Inventor 中,NxtDrive 元件的MoveForward 指令與NxtDirectCommand 的setOutputState 指令來控制樂高NXT 馬達。圖1 中是NxtDrive 的屬性設定欄位,由於本範例要控制機器人上的兩個馬達,所以需要兩個NxtDrive 元件, 將其DriveMotors 欄位分別設為B 與C ,代表控制樂高NXT 機器人的B 與C馬達。WheelDiameter 代表目前所使用的輪胎直徑,單位為公分。以本範例所使用的輪胎直徑為5.6 公分,因此請填入5.6。樂高的輪胎胎皮上都會標示輪胎的尺寸(圖2),請依照您所選用的輪胎填入正確的數字,否則機器人行走的距離就不正確啦。


圖1NxtDrive 的屬性設定欄位。

 


圖2樂高NXT 機器人的5.6公分馬達。

 

接著看到NxtDrive 的正轉MoveForward 與反轉MoveBackward 指令, 我們須給定電力power 與距離distance 兩個參數,但事實上也能以負數讓馬達反向轉動。圖3 中兩個指令都會讓B 馬達以電力50% 反向轉動10 公分。

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圖3 NxtDrive 的轉動指令。

 

回想一下國小的圓周長公式:2πr ,r 代表半徑。以本範例使用的5.6公分輪胎來說,圓周長就是2π X2.8=17.6 公分,代表馬達每轉一度所代表的圓周長為17.6 / 360 =0.049公分。換言之如果要讓機器人前進一公分的話,馬達大約要轉動20.4 度。

什麼是編碼器?

編碼器的功能主要是得知馬達轉軸的位置,並推估馬達的轉速。由於馬達會受到電力、負載與其他種種外在因素,沒有編碼器的馬達就無法得知其正確位置而導致誤差愈來愈大。因此應用在機器人上的馬達大部分都會有編碼器來得到更好的精確度與控制效果。樂高馬達的編碼器解析度為1度,高級馬達的編碼器解析度會更精細,當然也就愈貴囉!

開始玩機器人

請把NXT 機器人組裝好,並將左側馬達接在NXT 的輸出端B , 右側則是輸出端C( 註1)。為了完整測試,請將第三個馬達接上輸出端A。請確認NXT 主機的藍牙是啟動的,接著將NXT 主機與Android 手機進行藍牙配對(註2),完成之後就可以把機器人放到一邊了。啟動藍牙之後您可以從NXT主機的螢幕左上角看到藍牙的符號。

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接下來依序介紹程式的各個功能:

STEP1 登入畫面:

首次進入程式的畫面如圖4a , 只有「NXT 裝置清單/ 連線」按鈕可以按,其它所有按鈕都無法操作。點選「NXT 裝置清單/ 連線」按鈕後進入藍牙裝置清單(圖4b),請找到剛剛配對完成的NXT 主機名稱(本範例為abc),點選之後就會由Android 裝置對NXT 主機發起藍牙連線。順利連線成功的話,就可拉動Slider 滑桿元件來控制馬達轉速(圖4c)。

圖4a 程式首次執行的畫面。
圖4b 點選連線按鈕後進入藍牙裝置清單。
圖4c 連線成功後才可進行相關操作。

 

STEP2 程式初始化:

在點選連線清單之前(ListPickerConnect 的BeforePicking 事件), 需先將清單內容指定為Android 裝置上的藍牙配對清單(圖5a)。點選之後則先測試連線是否成功,成功則將「斷線」按鈕設為可點選(圖5b)。


圖5a 指定藍牙配對裝置清單。


圖5b 連線成功後啟動相關元件。

 

STEP3 讓馬達前進指定的距離:

本範例的架構相當簡單,點選「前進距離」按鈕就會呼叫MoveForward指令, 讓兩個馬達同時以電力50 來行走我們所輸入的距離。在此我們透過一個if 判斷式,當您尚未輸入任何數字之前,按鈕事件的內容將無法執行,事實上是因為如果該欄位為空的話將造成程式當機按鈕將無法點選。

另外由於速度過快機器人容易衝過頭而導致計算不準,在此不建議您使用太高的電力值(圖6)。


圖6 按下按鈕讓機器人前進指定距離。

STEP4 讓馬達轉動指定的角度:

您應該發現了吧,App Inventor管太多啦! 一般來說我們都是使用馬達編碼器值搭配輪胎尺寸來算出機器人的移動距離。但NxtDrive.MoveForward 指令這樣子包起來的話, 反而使我們無法取得馬達的編碼器值了。幸好, 在NxtDirectCommands元件中有一個設定輸出端狀態(SetOutputState)指令,它的tachoLimit 欄位就是編碼器值,可在此直接指定馬達所要轉動的角度,每次轉動到這個值的時候就會自動停下來。

在圖7a 中,點選「轉動角度」按鈕就會呼叫SetOutputState 指令,讓兩個馬達同時以電力50 來轉動我們所指定的角度值。其實這才是所有AppInventor 中有關樂高機器人輸出指令的真實面貌,它是根據樂高官方所定義的直接指令,以位元陣列的方式來直接與樂高NXT 主機的韌體進行溝通。當然,要達到這樣的效果是需要一點功力的,所以App Inventor 開發小組就幫您把常用的樂高控制指令都包好了,我們只要直接呼叫使用即可。


圖7a 按下按鈕讓馬達轉動指定角度。

以SetOutputState 指令來說, 就是以藍牙通訊的方式,一次向NXT 機器人發送15 個位元組長度的位元陣列,機器人收到之後就可以自動執行對應的內容。這也就是為什麼我們不需要編寫機器人端的程式就可以控制樂高機器人,是不是非常方便呢?

表

如果我們要用SetOutputState 指令來達到與MoveForward 指令一樣的效果的話,就要先算出馬達轉一度所代表的圓周長,再計算出要前進的距離(圖7b)。這樣雖然計算比較繁複,但對於開發者來說,這種作法的彈性是比較大的。由於篇幅關係,我們無法詳細介紹所有欄位的意義,如果您想要對樂高直接控制指令一探究竟的話, 請由樂高MindStorm官方網站下載藍牙開發套件的文件。


圖7b 用SetOutputState 指令達到MoveForward的效果。

 

STEP5 斷線:

按下「斷線」按鈕之後,會中止藍牙連線(BluetoothClient.Disconnect指令),並使畫面上的各個元件恢復到未連線時的狀態(圖8)。


圖8按下「斷線」按鈕時中斷藍牙連線。

 

操作

實際執行的時候,請先確認NXT 已經開機且藍牙也啟動了。接著在您的Android 裝置上點選畫面中的「NXT 裝置清單/ 連線」按鈕,會進到如圖4b的藍牙清單畫面,點選您所要的NXT主機名稱並連線成功後,就能輸入距離或是角度來控制機器人了(圖9)。


圖9程式執行畫面。

本範例介紹了如何讓機器人移動指定距離以及讓馬達轉動指定角度,這都是透過。期待您從本期專欄的內容來激盪出更多有趣的火花。請繼續關注CAVE 的機器人專欄唷!

 

歡迎大家由此連結或掃描以下的QRCode 來下載本程式


本程式已上架Google play,請到Google Play 搜尋「CAVE 教育團隊」就找得到我們的樂高機器人系列app 了。在App Inventor 中文教學網上直接下載本範例的App Inventor 原始檔與apk 安裝檔。

註1: 想學如何開發App Inventor 程式嗎? 請到AppInventor 中文學習網(http://www.appinventor.tw)與我們一同學習。
註2: 將Android 手機設定為可安裝非Google Play 下載的程式以及讓手機與樂高NXT 主機連線等說明請參考此連結
註3: 與NXT 連線後如果出現[Error 402] 之錯誤訊息請不必理會,程式依然能正確執行。

文章原文刊載於《ROBOCON》國際中文版2013/9月號

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馥林文化是由泰電電業股份有限公司於2002年成立的出版部門,有鑒於21世紀將是數位、科技、人文融合互動的世代,馥林亦出版科技機械類雜誌及相關書籍。馥林文化出版書籍http://www.fullon.com.tw/

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你覺得萊豬可以吃嗎?為什麼?|【科科齊打交】
wavenet_RD_96
・2022/06/13 ・2258字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 493 ・六年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

  • 文/張之傑

日本位於東九時區,時間比我們早一小時,所以飛機降落東京,第一個動作就是將手錶撥快一小時。

我們 4 月 20 日在橫濱上船,當晚離開橫濱。23 日,《船內新聞》發佈調整時差的消息:「今晚臨睡前,或即將進入深夜 12 點時,請將手錶、時鐘調慢一小時。」這意味著我們進入東八時區了。

世界時區圖。美國中央情報局繪製,2012年頒布。圖:wikipedia

時區的劃分——和地球自轉有關,但各國不一定遵守

由於地球自轉,不同經度的國家,日出、日落的時間不同,這就是時差。在農業社會,世界各地各自訂定自己的時間。十九世紀隨著長途鐵路運輸的發展,有人提議劃分時區。1883 年,美國鐵路部門正式將美國東岸到西岸劃分為五個時區。1884 年召開的華盛頓國際經度會議,通過時區劃分,從此有了時區。

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時區怎麼劃分呢?以通過英國格林威治天文台的經線(本初子午線)為零度,向東為東經,向西為西經,東西經於 180 度相遇。劃分時區時,從經線零度向東或向西,每十五度為一個時區,亦即相差一小時。從經線零度到 180 度,跨越十二個時區。我們台灣位於東八區,就是經線零度以東的第八個時區。

本初子午線的位置。圖:Wikipedia

我們搭乘的郵倫 4 月 23 日抵達香港,30 日晨抵達新加坡,根據《船內新聞》,當天日出時間為 6 時 51 分,日出得好晚啊。查看新加坡所在的時區,位於東七區,可是我們並沒調慢一小時啊!5 月 2 日晨,抵達檳城,日出時間為 7 時 06 分,更晚了,依然沒調時間。這是怎麼回事?

原來各國的時間,並不一定遵照時區。舉例來說,中國大陸跨越五個時區,但全國都以北京時間(東八區)為準。新加坡位於東七區,馬來西亞也有一部份位於東七區,卻與北京時間一致。從世界時區圖來看,類似的情形還真不少呢。

缺了一天的報紙——跨過換日線,日子居然會憑空消失?

5 月 2 日夜晚 9 時許離開檳城。5 月 3 日《船內新聞》標頭下有一反白專欄:「時差調整日」,今夜 12 時,將時鐘調慢一小時。早餐時桌上也放著提醒調整時差的標示。這是離開日本後第二次調整時差。由於一路往西,此後不時收到調整時差的通知。6 月 7 日船到紐約(位於西五區)時,已和台北時間(東八區)相差了整整十二個小時。

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6 月 19 日,通過巴拿馬運河進入太平洋。27 日抵達復活節島。6 月 7 日抵達大溪地。一再調整時差自不在話下。7 月 10 日,《船內新聞》標頭下有一反白專欄:「因為跨越換日線,明日的日期將變更為 12 日。」11 日平空消失了!

這消失了的一天還有個小插曲。環球之旅 8 月 1 日結束,7 月 31 日整理《船內新聞》,預備返台後釘成一冊,怎麼找都找不到 7 月 11 日的。當我們找遍每一處可能的地方時,才猛然想起來,7 月 11 日因跨越換日線而消失了嘛,哪來的這天的《船內新聞》!

在東經、西經180°附近的國際換日線。圖:Wikipedia

我們從東一路往西,所以跨越國際換日線增加一日。如果從西一路往東呢?跨越國際換日線就會減少一日。世界名著《環遊世界八十天》的最後翻盤,就是因為他們一路往東,跨越換日線時減少了一天。如果您沒看過這部世界名著,就讓我簡單的介紹一下吧。

一路向東,最終完成一場賭注:《環遊世界八十天》

英國有位名叫福克的紳士,家境富有,為某俱樂部會員。福克以兩萬英鎊與俱樂部同仁打賭,可在八十天內環遊世界,於是帶著法籍僕人帕斯巴德踏上征途。主僕二人從倫敦啟程,七天後到達蘇伊士運河,遇到英國刑警費克斯。費克斯認為福克與倫敦的一宗銀行劫案有關,於是緊隨福克主僕,並試圖阻撓他們的行程。

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接著他們以十三天時間來到孟買,搭火車前往加爾各達,鐵路中斷了一段,福克買了一頭大象,穿越叢林時救出被迫殉夫的王妃娥妲。福克一行再次搭上火車,到達加爾各達全程耗時五天。從加爾各達啟航,十三天後到達香港。

費克斯見拘捕令遲遲未到,於是在碼頭附近酒館將帕斯巴德灌醉,並讓他吸鴉片,致使帕斯巴德昏睡三小時後,迷迷糊糊地被抬上船,因而未能通知主人船隻提早啟航的事。福克只好雇了艘快艇送他到上海,輾轉到了橫濱,花了他六天時間。

在日本,福克和帕斯巴德重逢,兩人帶著娥妲繼續上路,利用二十二天到達舊金山,再轉乘火車前往紐約。途中遇到野牛群擋路、印地安人搶劫火車,和印地安人槍戰時,帕斯巴德被俘。等到救出帕斯巴德,火車已經開走,只好顧用風帆雪橇,在雪原上又遇到狼群。一共花了七天才到達紐約。

然而從紐約到英國的船已開船,福克毅然搭上一艘開往法國波爾多的船,並強迫船主將船駛向利物浦。渡過英吉利海峽,抵達利物浦,卻被費克斯逮捕,扣押幾個小時後證實無罪開釋。

從利物浦搭火車回到倫敦,發覺已經超過時限,這時帕斯巴德卻發現他們提早一天回到倫敦,因為他們一路往東,越過國際換日線減少了一天。福克娶娥妲為妻,並贏得兩萬英鎊。

《環遊世界80天》插圖,繪英國紳士福格與俱樂部會員打睹,可於 80 天內環球一週。
Alphonse de Neuville 與 Léon Benett 繪,1872 年。圖:wikipedia

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