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太陽能若變得更便宜,鈣鈦礦改朝換代功不可沒

太陽能發電已逐漸改變世界各國的電力市場占比,而研究人員認為,未來太陽能將變得更高效、更便宜,關鍵材料就在於一種被稱為鈣鈦礦的晶體全面開發。 太陽能電池領域長江後浪推前浪,而鈣鈦礦電池目前被認為是繼傳統矽電池之後最有前途的接班人,自 2009 年首次報導曝光至今,短短數年就已被證明具有高達 22% 的轉換效率,幾乎與傳統矽電池旗鼓相當,而這位新人還有可觀的成長空間,但矽電池的效率已長時間停滯在 25% 左右。 迄今為止,鈣鈦礦的表現超越其他所有新型太陽能材料,比如染料敏化太陽能電池(DSSC)、有機太陽能電池等,其快速發展讓許多科學家對其持樂觀態度。 染料敏化太陽能電池是一種廉價的薄膜太陽能電池,基於由光敏電極和電解質構成的半導體,是一個電氣化學系統。它吸引人的優點是可用低廉材料製成,製程比以前的電晶體電池還要便宜,它可以被製成軟片,不需要特別保護,雖然能量轉換效率比最好的薄膜電池要低,但理論上它們的性價比已足夠高。 鈣鈦礦(Perovskite)則是一種氧化物礦物,一般化學式為 ABX3,最早被發現存在於鈣鈦礦石中的鈦酸鈣(CaTiO3)化合物而得名,具有立方晶體結構:A 和 B 是兩個大小不同的陽離子,X 則是與兩者結合的陰離子(通常是氧)。 ▲ 鈣鈦礦晶體結構圖。A 原子(綠球)是較大的金屬陽離子,比如 Ca 2 + ,位於立方體中心;B 原子(藍球)是較小的金屬陽離子,比如 Ti 4 + ,分布在立方體的 8 個角落;X 原子(紅球)通常則是氧。(Source:By Cadmium at English Wikipedia (Transferred from en.wikipedia to Commons.) [Public domain], via Wikimedia Commons) 隨著研究進展,科學家可以透過以其他元素代替鈣、鈦、氧來改善這種材料的物理化學性質,來產生在光伏方面的具體應用,目前研究最多的鈣鈦礦化合物為(CH3NH3)PbI3,在這種材料中,鈣離子,鈦離子和氧離子分別被甲基銨、鉛、碘離子取代。 但在鈣鈦礦材料可以商用之前,它還有些重大障礙需要突破:第一,鈣鈦礦晶體在潮濕條件下容易分解,若沒有適當隔絕水份的密封技術,電池就會在短時間內告終,這導致穩定性低;第二,科學家目前只在非常小的鈣鈦礦電池中實現高效率(大概只有一…

憶阻器製成神經網路更高效

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據英國《每日郵報》網站近日報導,美國密歇根大學的科學家設計出一種由憶阻器製成的新型神經網路系統——儲備池計算系統,它可以教機器像人類一樣思考,並顯著提升效率。而且,它能在對話之前預測詞彙,甚至可以預測下一步輸出。 憶阻器製成神經網路更高效 憶阻器(網路圖)   此前科學家曾用更大的光學元件創建出儲備池計算系統,但電氣工程計算機科學教授盧偉(音譯)率領的團隊使用憶阻器創建的新系統所需空間更小,也更容易集成到現有的矽基電子設備中。   憶阻器是既可執行邏輯運算,又可存儲數據的特殊電阻設備,在最新研究中,盧偉團隊使用了一種特殊的憶阻器。   神經網路由神經元(節點)、突觸(節點之間的聯繫)組成。為了訓練神經網路完成某項任務,需要給它「餵食」大量問題以及相應答案。神經網路一旦經過訓練,就可以在不知道答案的情況下接受測試。 憶阻器製成神經網路更高效 神經網路(網路圖)   盧偉表示,研究人員需要花費數日甚至數月來訓練網路,這顯然非常昂貴。但他們通過憶阻器製造出的儲備池計算系統,可避免大多數的昂貴訓練過程,也為網路提供了記憶能力,這是因為系統最關鍵的組件——儲備池無需訓練。   團隊採用手寫識別測試(神經網路常用的基準)來驗證儲備池計算概念,結果表明,他們僅使用88個憶阻器做節點,就可以分辨數字的手寫版本,且儲備池的精準度高達91%;而傳統神經網路需要幾千個節點。此外,處理隨著時間而變化的數據,新系統也能勝任。   未來,盧偉計劃藉助這一技術,研究語音識別和預測分析這兩大領域。他表示:「我們可以預測自然口語語言,所以你無需說全單詞,我們就可以預測出你接下來要說什麼。」   而在預測分析領域,盧偉希望使用這個系統吸收有噪音的信號,例如來自偏遠無線電台的信號,製造出更乾淨的數據流。他說,即便輸入停止,這項技術也可以預測和產生輸出信號。

鈉電池盡占低成本、長壽命優勢,為何還無法等到量產的一天?

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鈉電池盡占低成本、長壽命優勢,為何還無法等到量產的一天? 鈉何時可以超越身為鹽的價值,正式在電池市場坐擁江山? 美國能源部委外經營的布魯克黑文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory)今年 7 月帶來鈉電池儲能技術的突破,列入美國製造週的歡慶名單,該突破對美國的風能和太陽能行業來說是個好消息,也可能讓鋰離子電池的粉絲感到一陣寒意。 鈉鹽是普通食鹽中兩種主要成分之一,科學家喜歡鈉便宜、豐富、無毒等優點,但鈉離子電池為何無法商業化量產?其中一個致命傷即鈉電池陰極由分層排列的金屬和氧離子組成,當暴露於空氣時,金屬會被氧化進而降低電池性能,甚至完全失效,如能克服這個重大缺陷,鈉電池將有機會大放異彩。 布魯克黑文國家實驗室與中國科學院合作的突破性技術在於調整陰極結構,透過引入不同材料讓電池性能趨於穩定,據實驗結果顯示,電池可穩定暴露在空氣的時間延長了 20 倍,500 次充放電循環後容量保持率(capacity retention)增加了 9 倍,浸泡在水中也不會受到損害。 不過這個實驗室樣品並未到可量產的地步,反倒是法國國家科學研究中心(CNRS)成立的新創公司 Tiamat 在上月底宣布,他們已經預計在 2020 年前量產可充電的 18650 型鈉離子電池(是否會達到目標還有待觀察)。 第一款 18650 型鈉離子電池原型在 2015 年 11 月由法國幾所大學的研究人員設計出來,這是最普遍使用的圓柱型鋰離子電池規格,直徑 1.8 公分、長 6.5 公分,Tiamat 用僅半年時間發展這項技術並實現規模化生產。 Tiamat 強調,鈉電池的充放電速速率更好(速度提高 10 倍)、預期壽命更長(鈉離子電池壽命超過 10 年,而鋰離子電池使用壽命只有 3~4 年),如果有鈉離子電池技術,一輛 200 公里里程數的電動車可以在幾分鐘內就充飽電。 更重要的是,鈉在蘊藏量與價格方面狠狠鄙視了鋰一番。鈉在地殼中的含量為 2.6%,而鋰含量僅 0.06%;鈉可從海水提取,但鋰資源被全球少數幾個地區掌握(阿根廷、智利和玻利維亞占全球三分之二的鋰);價格方面,鈉每噸約 150 美元,而鋰每噸高達 15,000 美元。 但,由於鈉電池的能量密度低於鋰電池,會導致最後可行性的鈉電池成品重量變重、需要更多材料製造,成本反而又拉高。《ieee spectrum》報…

「細菌電池」藏在紡織物上,吸收你的汗水發電

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一年前,這個由賓漢頓大學電子與資訊工程學助理教授 Seokheun Choi 領導的團隊已推出過一種紙質生物電池,可多次摺疊而不影響發電,且電池功率還會隨摺疊程度不同而改變。 紐約賓漢頓大學團隊最近又開發出新的生物電池,這一次是基於可以任意拉伸的紡織品上,而電力驅動來自細菌在分子之間交換電子的行為,你的唾液、汗水都是細菌發電的營養來源。 最近,團隊改良之後發表了更新的「紡織生物電池」,在重複拉伸、扭轉測試中也擁有穩定的發電能力。生物燃料電池(biological fuel cell)是一種基於生物電化學的電池系統,使用自然界細菌及織物上的仿真細菌交互作用來產生電流啟動化學反應。簡單說,就是利用細菌來觸發還原/氧化反應,從而在分子之間交換電子來發電。 在之前,Seokheun Choi 已經用髒水、唾液來測試細菌的發電能力,只是生物電池在穿戴式電子產品上的應用非常不發達,因為細菌可能會引起健康問題。 但 Seokheun Choi 認為,人體內的細菌數量比細胞還多,如果不作為資源利用實在太浪費了,因此他的最新打算瞄準了人體的自然分泌物:汗水,將其中一種稱為「綠膿桿菌(Pseudomonas aeruginosa)」的細菌作為生物催化劑,由此產生的裝置最大功率輸出達 6.4μW/cm2,電流密度為 52μA/cm2,與其他柔性紙質微生物燃料電池相似。 《New Atlas》報導,所有的電池部件都被整合到單片織物中,陽極和陰極之間沒有隔離膜。陽極室被設計成親水性以導電,可從汗水中的細菌獲取電力,陰極則使用氧化銀和氧化還原反應做為紡織電子產品的固態材料。 與傳統電池或其他酶燃料電池相比,微生物燃料電池可以成為可穿戴電子產品的最佳電源,因為不斷分泌的汗水是支持細菌活力的潛在燃料,提供穩定的酶促反應、讓微生物燃料電池可以長期運作,也就是說,未來你的衣服或襪子可在吸取你的汗水同時為穿戴式儀器供電,隨時監測相關鍛鍊成果。

忘記網路購物吧!沃爾瑪發表新專利,直接在你家蓋一間便利商店

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你以為 AmazonGO 無人商店就很厲害了嗎?身為亞馬遜的死對頭,沃爾瑪不僅用飛快的腳步在電子商務追趕亞馬遜,同時也把腦筋動到無人商店上,發表新專利,要把無人實體店直接帶進你家!
這項專利概述了適用於消費者住宅內的「無人零售店面」的工具和系統,使消費者可以從安裝在牆上零售店面直接瀏覽、選購商品。你或許會驚呼:這不就是擺一台自動販賣機在家裡嗎?概念上的確如此,但在科技的幫助下,它看起來更聰明、更好用,而且更符合你的需求。 根據專利說明,這套系統是嵌入式結構(可能就是嵌在你家的牆上),由「展示區」和「儲存區」兩個區域組成,其中一個或兩個區域都可以冷藏,這代表除了其他不易腐爛的商品之外,連食物和飲料也能儲存。另外這套系統也可隨時由零售商或物流商(甚至可能是無人機),在消費者住宅外處補貨。當然,消費者消也可以隨時將未使用的商品放回貨架退貨。 另外這套系統的好處還多得很,它還可以當消費者網路購物的「取貨便」,當你在網路上買東西卻不方便在家取貨時,就可以廠商丟到儲存區裡面。當然數據驅動是少不了的,消費者除了可以向沃爾瑪主動表示平常喜歡買哪些東西,沃爾瑪也會根據日常生活習慣,推薦適合消費者的商品。上述功能還可以透過 AI 來分析和預測,並與各種智慧家居/物聯網技術配合。 例如一旦系統了解到一個家庭每週二往往會買麵條、羅勒和番茄來煮義大利麵,沃爾瑪在每星期一不僅可以提前備貨,還可以準備額外他們有興趣的食材。 這不禁讓人想起前幾年在韓國流行的「虛擬購物牆」,只是它更真實,更貼近逛街購物的感覺。如果真能實現商業化,那可以與沃爾瑪迄今為止的其他電子商務創新服務相結合。

古代荀子也懂AI?達芬奇的手術機器人有多神奇? 聽浙大吳飛扒一扒人工智慧的「古今中外」!

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西周的印紙造文、三國的木牛流馬、希臘古城的黃金機器女僕……吳飛的演講,一下子將人工智慧的歷史拉到了2000年前……原來用機器替代勞動的想法古已有之,不得不說古代人民如此智慧! 那麼智慧的古代勞動人民究竟是如何定義人工智慧的呢?我們翻出國學經典,在荀子《正名》中就提出了「知有所合者謂之智、人知在人者謂之能、人有所合者謂之本正」,形象生動地將人工智慧的精髓表達了出來。 俗話說,不識廬山真面目,只緣生在此山中。很多時候,我們過多沉溺技術,只是通過五花八門的資訊讓頭腦裝滿了人工智慧的碎片,卻忘了站在高處,更加全面地思考。 吳飛就是站在更高處,從人工智慧的學科發展、方法研究以及歷史低谷等幾個角度出發,把問題剖析得更深刻。 在講到人工智慧的「沉浮歷史」時,他旁徵博引……從英國人工智慧發展的偏激調查,到日本「第五代機器人研發」的功敗垂成,再到斯坦福大學+谷歌合作帶來的CYC知識系統……我們不禁思考,發展到今天的人工智慧,究竟該如何分類、到底該怎樣學習…… 吳飛強調,無論是規則、數據還是經驗,我們並不能判斷誰比誰好,誰可以取代誰,其實它們彼此各有優點和不足。舉個例子,用規則教,確實和人的思維非常契合,邏輯很強,但我們確實很難把人類所有的規則和理念用來指導或者決策整個過程…… 探尋新技術,我們除了了解方法和規則之外,更重要的還要聯繫實際,現在火熱的人機博弈除了給人們帶來「AI 改變世界」的興奮激動以及「AI 比人類更clever」的精神焦慮外,還有什麼特殊的意義嗎?這不,吳飛又理論聯繫實踐,給我們上了一堂「人機博弈」的大課…… 以下為AI科技大本營針對浙江大學計算機學院副院長、人工智慧研究所所長吳飛進行的主題為「新一代人工智慧的思考與挑戰」演講所做的編輯整理,部分內容稍作刪節。 今天,我簡單給大家介紹一下人工智慧的發展歷史,以及從人機博弈的角度看人工智慧現在以及即將面臨的一些挑戰。 一直以來,人類對人類以外的智能都懷有崇高的夢想。 從西周周穆王的印紙造文到三國的木牛流馬,再到希臘古城的黃金機器女僕……實際上,這三個都是人類自己幻想出來能夠替代人類全部勞動的機械裝置。 事實上,自從人工智慧在被寫入規劃的過程中,大家就都想了解中國的人工智慧是從什麼時候被提出來的。後來發現,原來中國的人工智慧早在荀子時代,就已經提出來了。荀子在《正名》中有四句話表述了人工智慧的脈絡。 荀子說:「知之在…

席開千桌「菜色很爛」所以不算賄選?

針對新竹市議員鄭正鈐2015年席開千桌宴請選民,造綠營指控賄選,台灣高等法院最後駁回新竹地院檢察署上訴,全案定讞。對此,民進黨總召柯建銘25日凌晨發布新聞稿痛批,「恐龍法官」再現,法官竟以「菜色很爛」等理由,判決公然賄選無罪。(資料照,顏麟宇攝) 國民黨新竹市黨部前(2015)年底疑似為拉抬立委候選人、新竹市議員鄭正鈐之選情,席開千桌宴請選民,被綠營指控賄選,但台灣高等法院最後駁回新竹地院檢察署上訴,全案定讞。對此,民進黨團總召柯建銘今(25)凌晨發布新聞稿痛批,「恐龍法官」再現,法官竟以「菜色很爛」等理由,判決公然賄選無罪,此不僅不符合人民「法感」,更摧毀民眾對司法的信賴。
柯建銘感嘆,國民黨以往均藉由買票、請客、吃飯、送禮等違法行為以贏得各項選舉,令台灣人深惡痛絕,但民進黨從2014年縣市長選舉、2016年立委總統大選獲得台灣選民青睞勝選,靠的就是改革、肯為台灣人民打拼的精神,才能推翻國民黨長期執政,謀取台灣長期穩健發展,以利人民安享幸福生活。 柯建銘質疑,國民黨新竹市黨部「千桌萬人宴」除了美食外,尚有免費精彩表演節目,「如此餐飲不構成賄選標準?」未料,法官卻大篇幅採用國民黨選民狡辯之詞,作為脫罪理由,包括「菜色很差,如果知道是這樣,誰要去吃這個飯」、「菜色很爛,不會因此動搖支持特定候選人的意念」等,以此推論出「衡諸我國目前之社會經濟狀況,一般人應不致因接受上述之餐點招待,即將之視為賄選之不正利益而有對價關係,是該萬人餐會之餐點應認尚難影響選民之投票意願」結論。
對此,柯建銘痛批,如此的「自由心證」與大眾認知有天差地遠的「怪異感」,「難道法院真的是國民黨開的?」法官都是國民黨栽培的「恐龍人才」?因此,柯建銘表示,他將再次推動司法改革,淘汰恐龍法官,並將會選的劣質政黨逐出政治圈,還給台灣民主一個清新的環境。
當時擔任蔡英文總統暨柯建銘立委競選總部主委的新竹市長林智堅表示,法官的判決嚴重悖離常理,不僅辜負人民對於司法的期待,還將助長選舉買票請客的歪風,令人深感憂心與遺憾。