軟硬兼施的記憶塑膠－形狀記憶高分子複合材料

本文與 威力暘電子 合作，泛科學企劃執行。

想像一下，當你每天啟動汽車時，啟動的不再只是一台車，而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機，後果會有多嚴重？方向盤可能瞬間失靈，安全氣囊無法啟動，整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情，而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天，我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟，汽車的「大腦」—電子控制單元（ECU），是如何從單一功能，暴增至上百個獨立系統？而全球頂尖的工程師們，又為何正傾盡全力，試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化？

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代，當時的汽車工程師們面臨一項重要任務：如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力？「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現，關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間：火星塞的點火時機，也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內，這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一！引擎效率就能提升整整一成！這不僅意味著車子開起來更順暢，還能直接省下一成的油耗。那麼，要如何跨過這道門檻？答案就是：「電腦」的加入！

工程師們引入了「微控制器」（Microcontroller），你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法，在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內，精準計算出最佳的點火角度，並立刻執行。

從此，引擎的性能表現大躍進，油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元（ECU）的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」（Engine Control Unit）。

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功，在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像：「這 ECU 這麼好用，其他地方是不是也能用？」於是，ECU 的應用範圍不再僅限於點火，燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車，甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而，問題來了：這麼多「小電腦」，它們之間該如何有效溝通？

為了解決這個問題，1986 年，德國的博世（Bosch）公司推出了一項劃時代的發明：控制器區域網路（CAN Bus）。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上，就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是，CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如，煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息，絕對能搶先通過，避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題，但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線，並連接各種感測器和致動器。結果就是，一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里，總重量更高達 50 到 60 公斤，等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面，大量的 ECU 與錯綜複雜的線路，也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束，簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障，無疑讓人一個頭兩個大。

汽車電子革命：從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代，汽車電子架構迎來一場大改革，「分區架構（Zonal Architecture）」搭配「中央高效能運算（HPC）」逐漸成為主流。簡單來說，這就像在車內建立「地方政府＋中央政府」的管理系統。

可以想像，整輛車被劃分為幾個大型區域，像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙，就像數個「大都會」。每個區域控制單元（ZCU）就像「市政府」，負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合，並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理，就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台（HPC）擔任，統籌負責更複雜的運算任務，例如先進駕駛輔助系統（ADAS）所需的環境感知、物體辨識，或是車載娛樂系統、導航功能，甚至是未來自動駕駛的決策，通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中， 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子，便精準地切入了這個趨勢，致力於開發整合 ECU 與區域控制器（Domain Controller）功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢，威力暘提供的解決方案，就像是將好幾個「分區管理員」的職責，甚至一部分「超級大腦」的功能，都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力，可同時支援 ADAS 與車載娛樂，還能兼容多種通訊協定，大幅簡化車內網路架構。如此一來，車廠在追求輕量化和高效率的同時，也能顧及穩定性與安全性。

萬無一失的「汽車大腦」：威力暘的四大策略

然而，「做出來」與「做好」之間，還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯？具體來說，威力暘電子憑藉以下四大策略，築起其產品的可靠性與安全性：

1. AUTOSAR ： 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層（RTE）和基礎軟體層（BSW）。就像在玩「樂高積木」，ECU 開發者能靈活組合模組，專注在核心功能開發，從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
   
2. V-Model 開發流程：這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般，左側從上而下逐步執行，右側則由下而上層層檢驗，確保每個階段的安全要求都確實落實。
   
3. 基於模型的設計 MBD（Model-Based Design）： 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具，把整個 ECU 要控制的系統(如煞車)，用數學模型搭建起來，然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前，就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷，，並驗證安全機制是否有效。
   
4. Automotive SPICE (ASPICE) ： ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」，它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性，而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」，也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化，並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作，其能否正常運作，自然被視為最優先項目。為此，威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準：ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統（特別是 ECU）的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」，從概念、設計、測試到生產和報廢，都詳細規範了每個安全要求和驗證方法，唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略，威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準，才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而，ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡，「大腦」變得更集中、更強大後，汽車產業又迎來了新一波革命：「軟體定義汽車」（Software-Defined Vehicle, SDV）。

軟體定義汽車 SDV：你的愛車也能「升級」！

未來的汽車，會越來越像你手中的智慧型手機。過去，車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」，想升級？多半只能換車。但在軟體定義汽車（SDV）時代，汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」，能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA（Over-the-Air）技術，車廠能像推送 App 更新一樣，遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過，這種美好願景也將帶來全新的挑戰：資安風險。當汽車連上網路，就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭，輕則個資外洩，重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV，業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略，確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程，到安全認證，這些努力，讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新，也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力，威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota，以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈，更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴，以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈，並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產，驗證其流程與品質。

毫無疑問，未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷，交由電腦判斷，比交由人類駕駛還要安全的那一天，離我們不遠了。而人類的角色，將從操作者轉為監督者，負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全，人類甘願當一個「最弱兵器」，其實也不錯！

2022 年 9 月 30 日，^[1]在巴黎時裝週 2023 春夏大秀上，近乎全裸的超模 Bella Hadid 緩步走上伸展台。她氣定神閒地，任由與法國時尚品牌 Coperni 合作的科學家們，用噴槍將液態布料覆蓋在她身上。^{[2, 3]}經剪刀裁去布邊，並劃出高衩，一件服貼簡約的雪白平口洋裝，當場完成，驚豔全場。^[4]

時裝秀的科技時刻

英國品牌 Alexander McQueen 也曾於 1999 春夏系列時裝秀中，讓超模 Shalom Harlow 在緊湊高亢的音樂襯托下，接受二支機械手臂的顏料洗禮，演繹出時尚史上經典的噴墨洋裝。^[5]不過，這兩次乍看雷同的科技嘗試，其實有根本上的差異：Alexander McQueen 的做法，是把洋裝當作畫布，透過機械手臂在上頭忘情揮灑。放蕩不羈的風格，使模特兒的皮膚上沾染不少墨水，帶著一縷淒美的頹喪。^[5]然而，這次巴黎時裝週的白色洋裝製作，則是宛如迪士尼動畫《睡美人》的情節。噴槍就是設計師的魔杖，妙手一揮便幻化出成品，整個過程乾淨俐落。做完馬上走秀，都不怕沿路滴水。^[4]

這款神奇的噴霧布料，是 Manel Torres 博士研發的 Fabrican。^[3]

Fabrican 噴霧的原理

來自西班牙的 Torres 博士，^[6] 2003 年於英國倫敦創立 Fabrican 有限公司。他希望用皮膚般貼身的媒材，來製作衣服，並加速生產的流程。^[7]一件 Fabrican 服飾的生成，從無到有約莫只要 9 到 15 分鐘，^{[1, 6]}而且材質和顏色都有多元的選擇。^{[8, 9]}無論是棉、毛、亞麻、尼龍或是奈米碳纖維等原料，^{[6, 9]}加入特製的揮發性溶劑後，噴在人體上便會快乾成形。 ^[6]這種液態布料能做出一年四季的服飾，差別主要在於塗層的厚度。成品噴好後，不僅可以重複穿著和洗滌，也能以溶劑即刻還原再利用，^[10]十分環保。

Fabrican 服飾的量產

Copern i 的二位品牌創辦人 Sébastien Meyer 與 Arnaud Vaillant ，在這次的巴黎時裝週開始前 6 個月，就已經緊鑼密鼓地和 Torres 博士，一起研究如何呈現這件白色洋裝。「我們不會因此賺錢」，回想秀場上的那一刻 Meyer 如是說：「但那是段美麗的時光 ── 一個創造情感的體驗。」^[3]

以人工一件一件地噴出衣服，並不符合經濟效益，所以除了上述量身訂做的方法，Torres 教授還開發出適合工業化量產的模式。這個概念有點類似 Alexander McQueen 1999 春夏系列服裝秀的演出，不過要把那位面目驚恐，非常入戲的模特兒，換成冰冷的人體模型。如此一來，裝有噴槍的機械手臂以及負責運算的可程式邏輯控制器（programmable logic controller，簡稱PLC），便能以每秒 9 公尺的速度噴出原料，不眠不休無休地將已經設計好的服飾，精準地製作出來。由於針對不同產品，只要依照個別需求，微調程式或液態布料的成份，Fabrican 官網宣稱，這比起仰賴為數龐大的傳統機器，更適合剛起步的事業和開發程度較低的國家。^[11]

Fabrican 的其他用途

此外，同樣的技術也能運用在汽車內裝，^[11]以及醫療器材上。比方說，口罩、繃帶、藥物貼片、創傷敷料，^[12]還有取代石膏的骨折固定器等。^[13]比較出乎意料的是，據說 Fabrican 也有清除海洋汙染，例如：原油外洩等的功能，可惜相關的資訊不多。^[14]看到如此萬用的布料科技，只能期望它無論如何都要打入一般市場，造福大眾。別像伸展台上的高級服飾，永遠那麼遙不可及。

延伸閱讀

蠶繭電池是綠能的未來？！

1. Testa J. (02 OCT 2022) ‘The Best Moment of Bella Hadid’s Life’. The New York Times.
2. Yang R, Chen L, Chiang R, Tseng R.（01 OCT 2022）〈巴黎時裝周2023春夏秀場盤點！Coperni現場噴墨製衣、Balmain邀請傳奇巨星Cher壓軸走秀〉Harpers Bazaar.
3. Maguire L. (01 OCT 2022) ‘A spray-on dress and a solid gold bag: Coperni goes after Gen Z with novelty and fun’. Vogue Business.
4. iDest. (01 OCT 2022) ‘Bella Hadid Closing Coperni Spring 2023 Collection’. YouTube.
5. Couture Daily. (13 JAN 2013) ‘Alexander McQueen spring/summer 1999’. YouTube.
6. Sample I. (17 SEP 2010) ‘Spray-on clothing becomes a reality’. The Guardian.
7. ‘Fabrican History’. Fabrican Spray-on fabric. (Accessed on 02 OCT 2022)
8. FannVideo Best. ‘New Spray-on Clothing Future Technology’. (28 MAY 2013) YouTube.
9. ‘Fabrican Technology’. Fabrican Spray-on fabric. (Accessed on 02 OCT 2022.)
10. New Scientist. ‘Spray-on clothing could be the future of fashion’. (17 SEP 2010) YouTube.
11. ‘Industrial – Industrial Application’. Fabrican Spray-on fabric. (Accessed on 02 OCT 2022.)
12. ‘Healthcare – Innovation, choice and flexibility in healthcare’. Fabrican Spray-on fabric. (Accessed on 02 OCT 2022.)
13. fabricanltd. (15 MAY 2012) ‘Spray-on arm cast. Fabrican Ltd’. YouTube.
14. ‘Environmental – Protecting our environment from seaborne spills’. Fabrican Spray-on fabric. (Accessed on 02 OCT 2022.)

豆腐、豆花都是餐桌上常見的食物，雖然它們登場的方式有時不太一樣，豆腐有時在火鍋裡出現，有時也會做成麻婆豆腐、涼拌豆腐、油豆腐⋯⋯（再列下去都餓了XD）。日常中豆腐的種類這麼多，到底豆腐是怎麼被發明的？製作的原理是什麼？各種豆腐的差異又在哪裡？

今天，就一起來揭開豆腐的「身世之謎」吧！

豆腐的歷史

豆腐是怎麼被發明的呢？相傳漢朝年間，淮南王劉安為侍奉病母，每天將黃豆磨成豆漿供母親飲用，劉安在八公山煉丹時，不小心將石膏倒入豆漿，使之凝結成為豆腐，從此中國淮南被稱作豆腐之鄉。然而豆腐的詳細做法直到李時珍的本草綱目⁶中才被首次記載。

「凡黑豆、黃豆及白豆、泥豆、豌豆、綠豆之類，皆可為之。水浸，磑碎。濾去渣，煎成。以鹽滷汁或山礬葉或酸漿醋淀，就釜收之。」——《本草綱目》卷二十五 谷部 豆腐

後來豆腐傳入日本，流傳於亞洲各國，因此豆腐在東亞算是歷史悠久的食品，目前豆腐的產品發展多元化，許多業者仍不斷改良豆腐，以供應市場需求，也因此我們能夠吃到各式各樣的豆腐。

從豆漿怎麼變出豆腐？

那豆腐是怎麼製成的呢？我們需要先從豆漿開始。將黃豆及水打碎後，濾去殘渣，接著煮沸而成為豆漿，但為什麼需要煮沸呢？

首先，我們人體腸道裡有胰臟分泌的「胰蛋白酶」，而黃豆裡含有「胰蛋白酶抑制劑 (trypsin inhibitor) 」，會抑制胰蛋白酶的作用，影響蛋白質分解，無法吸收，導致消化不良。因此，煮沸便是利用「蛋白質遇熱會變性」的原理，使胰蛋白酶抑制劑受熱變性、失去原本的作用。

有了豆漿之後，下一步驟稱為「點鹵」，也就是加入凝固劑，例如鹽滷或是石膏，將蛋白質凝聚起來。豆漿跟咖啡、牛奶一樣，都屬於「膠體溶液」。

所謂「膠體溶液」，跟其他溶液相比粒子比較大，並帶相同電荷而互相排斥，能夠克服本身的重量，懸浮在溶液中，不產生沈澱。加入電解質後，電性相異的離子將膠體粒子包覆，電性中和失去排斥力的粒子無法懸浮在溶液中，自然沈澱。

而鹽滷是製鹽過程中的副產物，成分主要是氯化鎂 MgCl₂。豆漿的蛋白質大多帶負電，鹽滷加入溶液後，氯化鎂解離為氯離子和鎂離子，鎂離子的正電中和蛋白質的負電，產生沈澱，將沈澱以外的液體濾出後，壓實晾乾製成的便為豆腐。而使用石膏 CaSO₄ 作為凝固劑也是相同的原理。

隨著現代食品工業的發展，含水量高、口感細膩的盒裝豆腐誕生，和傳統製程不同在於，添加葡萄糖酸內酯，利用的是蛋白質在達到等電點時會凝固，原因是隨溶液 pH 值不同，蛋白質帶的電荷會因失去或獲得 H⁺ 而改變，當電荷平衡時，斥力消失，溶液中的膠體粒子較容易凝集，此時溶液的 pH 值即為等電點¹⁰。

葡萄糖酸內酯經加熱後水解出葡萄糖酸，降低溶液 pH 值，達到大豆蛋白溶液等電點時，蛋白質分子不互相排斥而凝聚，達到凝固的效果。因製程中不會除去水分，因此較為滑嫩、入口即化。

這些豆腐你認識嗎？

在加工的過程中，使用不同濃度的豆漿或是凝固劑，或調整時間、溫度等，都能夠創造出更多樣的口感及品質，讓我們有在飲食上有更多選擇。譬如鹽滷製成的豆腐質地較脆，反之，以石膏作為凝固劑製成的豆腐，口感會比較細緻⁴。

在點鹵後，去除多餘的溶液，定型後便是我們常吃的點心豆花。傳統豆腐則是在定型前，倒入墊著紗布的木框模，加壓擠出水分後，至冷卻形成，放置時間越久、壓的重量越重，含水量便越低，則口感越扎實，例如「板豆腐」是用石膏點鹵，放置較長時間後製成的，吃起來就比較硬，含鈣量也較高。再來，若將硬豆腐冷凍，使豆腐內部分子結凍，解凍之後水分流失，就變成了充滿孔隙的凍豆腐。

而嫩豆腐則少了傳統豆腐的加壓過程，因此營養成分都保留在豆腐中，外觀沒有布紋且細緻，又稱營養豆腐或涓豆腐⁴。

另外，之前網路上流傳的一篇文章——「百頁豆腐不是豆腐？！」又是怎麼回事呢？

其實百頁豆腐的製作過程的確與傳統豆腐不同，是由大豆分離蛋白、沙拉油、澱粉、水為成分，以硫酸鈣為凝固劑，再經過蒸煮而成，也因此油脂含量較高。

最後，有趣的是，有些豆腐不一定含有大豆成份，卻也被稱為豆腐。例如芙蓉豆腐，是以雞蛋為主要原料，經過過濾及蒸煮，質地像豆腐一樣軟嫩，因此稱作芙蓉豆腐。還有，魚豆腐主要也是以魚漿做成，並非所有魚豆腐在加工過程中都會添加大豆，但由於外觀及口感跟豆腐相似，所以叫做魚豆腐²。

總之，豆腐除了在口感及風味上，帶給我們美食的饗宴外，其中豆類也是很重要的蛋白質來源，了解豆腐的前世今生後，在享受美味的同時，希望大家也能也注意到營養攝取的均衡，在餐桌上選擇最適合的豆腐。

1. 百頁豆腐不是豆腐？台大化工博士揭密「成分」
2. 嫩豆腐、板豆腐、芙蓉豆腐怎麼分？
3. 【圖解】豆腐種類多，嫩豆腐、魚豆腐…你分得清嗎？
4. 加工條件對豆漿蛋白質結構與豆腐品質的影響
5. 百變蛋白質
6. 【台灣綠食堂】一塊「乾淨」豆腐的想望 平民美食背後的成本學
7. 食物的科學魔法！如何把豆漿變成豆花呢？
8. 不直接吃黃豆的理由：關於豆類加工品的二三事
9. 豆腐 – 維基百科，自由的百科全書
10. 國家教育研究院雙語詞彙、學術名詞暨辭書資訊網

報導 / 簡韻真

告別舊時代的石膏，現在快速又方便的醫療固定材料，是一種熱塑型塑膠，能快速成形，而且穿脫方便。熱塑型塑膠再進化，塑膠工業技術發展中心開發出形狀記憶高分子複合材料。

目前的熱塑型塑膠無法重複加熱，想要再加熱修改，只會讓材料像是黏土加水一樣越捏越爛，只得換一組新的。塑膠中心的研發團隊開發出一種形狀記憶高分子複合材料，不但和現有的熱塑型塑膠一樣，加熱後形塑出你想要的外表，再冷卻固定；更方便的是，你還可以將材料再加熱，使材料回復成原本的形狀。

形狀記憶高分子塑膠材料由兩種在同溫度下變形程度不同原料組成，在高過某個特定溫度Tg時，部分高分子結晶熔解，就能彎曲；冷卻後又回到穩定的結晶狀態，變得堅硬固定。再度加熱，結晶又熔解失去固定力，另一種高分子纖維就伸展使整體回復原本的形狀。只要調整配方比例，就能改變材料變形的臨界溫度，從兩百多度高溫到接近體溫的四十幾度都能辦到。

這種新穎的高分子塑膠材料，具有類似記憶金屬的延展性與堅硬，卻又更輕巧、更具可塑性，成本也較低，很適合應用在客製化的醫療輔具上。因為這些醫療輔具，都必須依據每個人的身體狀況量身打造，還要服貼。除了固定四肢，像是固定脊椎的背架、輪椅、矯正鞋墊，都是可以應用的市場。此外，這種材料也通過測試，無毒、不會使皮膚過敏。

塑膠中心可以根據廠商的需求，調配出硬度不同、變形臨界溫度不同的材料。而且可以用現有的塑膠機具製成，無需投資新的設備。期待未來有更多服貼的應用。

技術專頁:智能材料‧低溫改變塑膠記憶

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