這種矽膠微晶片只有 USB 隨身碟的大小，卻能夠模擬複雜的人類器官，如心、肺、腸道等功能，進而改善藥物的研發程序。晶片上內建微流控通道，通道旁排列特定的人類器官細胞；研究人員把化學成分注入這些通道當中，就能在顯微鏡下觀察這些人造「器官」對藥物的反應為何。
舉例來說，肺臟晶片有一側排列人類的肺臟細胞，另一側排列微血管細胞，兩者之間隔著一層滲透薄膜，讓空氣和液體可以通過。薄膜的一邊有空氣流通，另一邊注入類似血液的溶劑，兩旁真空室的收縮和舒展則可模擬呼吸動作。
目前哈佛大學的韋斯研究所（Wyss Institute）已複製出多種器官晶片，並持續測試評估當中。研究人員希望這些晶片能夠取代動物實驗，協助研發新藥。
本文節錄自《How It Works 知識大圖解 國際中文版》第 23 期（2016 年 08 月號）
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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？
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）。
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。
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。
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：
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）。
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！
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在澳大利亞的兒童派對上，常出現一種繽紛奪目，胖死人不償命的點心，叫做「仙子麵包」（fairy bread）。
其做法相當簡單，就是在吐司上塗奶油，灑滿多彩糖珠（nonpareils），再切成三角形[1]。美食與食譜網站不時會介紹它的各種華麗變體，例如：「仙子漢堡」、「仙子蛋糕」等[2,3]。
不過，現在有個美國的創新版本，卻是抱著救世的精神，榮登科學期刊。
偽造和不合格的藥品，不僅在全世界害人無數，每年還造成 2 千億美元的經濟損失。開發中國家所受的影響尤為嚴重，國際衛生組織（World Health Organisation）估計當地 1/10 的藥物都是假貨[4]。仿冒藥品和印刷偽鈔的概念雷同，正邪雙方拼的是製造和辨識的技術。
就拿澳洲藥物管理局（Therapeutic Goods Administration）官網上的照片來說，三粒外觀神似的輝瑞（Pfizer）藥丸齊聚一堂，令人看了直呼真假難辨[5]！就算仔細觀察它們的形狀、顏色、拼字與外包裝，又有幾個普通民眾看得出哪幾粒不能吃？
目前幾種藥物防偽技術，雖然理論上可行，但實際操作起來，多少都有缺點。比方說：
這些方法都勞師動眾，不易普及。
正在業界苦無新法之際，2022 年 5 月 6 日《科學報告》（Scientific Reports）期刊，發佈了〈糖果代碼：一種簡單、普遍、獨特、可食用，且能確認藥物真實性的識別〉[4]。該文作者美國科學家 William H. Grover，彷彿以「灑水觀音」之姿，慈悲地潑灑糖珠，祈願杜絕偽藥氾濫，並就此解救天下蒼生。
首先，他把撒糖珠的動作，輕鬆地加到現行的製藥程序裡。不管藥廠做的是藥丸、藥片或膠囊，沒有糖珠附著不了的固體。當糖珠被隨機揮灑，便會在固體表面形成獨特的圖案。就像沒有一塊「仙子麵包」長得完全相同，每粒裹上糖珠的藥丸從此也有了個人專屬的外表。儘管它們不會因此引領時尚潮流，但至少宛如 QR Code 附體，有了獨一無二的「糖果代碼」（CandyCodes）[4]。
接著，所有換上新裝的藥丸，在離開藥廠之前，都要來張個人紀念寫真。透過攝影，單一藥丸上每顆糖珠的位置與顏色，都將被記錄在藥廠的資料庫中。若嫌圖檔不好用，也可以將糖珠的排列組合，編成字串以利存取。如此一來，當藥丸抵達消費者手中，後者只要用手機拍照上傳給藥廠，就可以比對「糖果代碼」，為藥丸驗明正身[4]。
說到排列組合，學過「庭院深深深幾許」的讀者，是否好奇「糖果代碼」的各種可能性，夠不夠應付藥廠的龐大出貨量？科學家 William H. Grover 採用每顆 2.3 毫克，8 種不同顏色的糖珠：深藍、淺藍、紅、粉紅、綠、橙、黃和白色。每顆能編寫 3 個 2 進位（23=8）位元的資訊，於是 1 公斤的糖珠就可乘載 130 萬位元的資訊量。此外，糖珠的售價相當便宜，1 美元能購買 2 萬 9 千顆糖珠[4]。
由於糖珠是隨機地包覆在藥丸外層，排列組合的結構，比 1D 的條碼和 2D 的 QR code 複雜。美國科學家 William H. Grover 用 Python 語言，寫了個程式來將每張藥丸的照片，轉換成一條條二進位的代碼字串，再計算可能性的總數。經過一番努力之後，他推估這個做法，足以創造 1017 組不會重複的「糖果代碼」。如果還是擔心數量不夠，也可以使用更多顏色，或不同形狀及尺寸的糖珠，來增加排列的組合[4]。
當然，科學家的野心絕不侷限於製藥，否則跟只會做或吃「仙子麵包」的販夫走卒，又有何差異？William H. Grover 認為「糖果代碼」的概念，將來還可以被運用在其他產品。例如：於瓶蓋或其他包裝上，黏貼彩色的小粒子，來遏制盜版[4]。雖然他的願景才剛被《科學報告》期刊公諸於世，但將來或許就真的被廠商採用了。到時候市面上，便會充斥著各式各樣的仙子商品。
輾轉反側，徹夜難眠的時候，您幾點起床？就算醒了，工作效率是否異常低落？
在此，請您非但別只想到自己，還要拿出一點同理心：因為被剝奪睡眠的澳洲喜鵲，也深受困擾。
2022 年 4 月的《科學報告》期刊，有一篇標題冗長的論文，叫做〈失眠削弱澳洲喜鵲的認知表現並改變其歌曲產出〉[1]。其第一作者澳洲 La Trobe 大學博士候選人 Robin Johnsson，認為歌唱的時辰與類型，對於喜鵲的社交生活相當重要，並以此做為研究主題[2]。且不論在 COVID-19 疫情之前，有些人就已經沒什麼社交生活，更不要談呼朋引伴一起歡唱 KTV，人家喜鵲可是隨時都過得多采多姿。
於是，牠們就被科學家抓去做實驗了。
首先，研究團隊架設陷阱，用起士誘捕野生喜鵲。為牠們戴上標有序號的腳環之後，再關進裝有監視器的房間裡。接著，為了測量腦電波圖（electroencephalogram, EEG）與肌肉電位圖（electromyogram, EMG），科學家把無辜的喜鵲抓來開刀。於其腦部表面和頸部肌肉，植入電極貼片（electrodes），方便之後記錄睡眠狀態[1]。
然後，喜鵲們就去接受特訓。
研究團隊準備了一種木製食器，左右各挖一個淺槽。其中一個槽裡，盛裝少量起士和麵包蟲。第一次食物直接攤在眼前，不加以掩飾；第二次猶抱琵琶半遮面；第三次開始蓋子完全擋住凹槽，令喜鵲啥也看不見。在訓練的初期，全部的食器都採用灰色蓋子。直到最後的「聯想學習」（associative learning），蓋子被換成黑色或白色。喜鵲掀開特定顏色的蓋子，發現下面藏有食物。這樣重複 15 次，讓牠們不把「食」、「色」的關係兜在一起也難[1]。
結訓後，研究團隊把食器裡的獎勵換成「不會動的麵包蟲冷盤」（chilled, unmoving mealworms），為喜鵲舉辦驗收成果的模擬考。除了執行「聯想學習」的覓食活動，科學家也期望牠們展現「反轉學習」（reversal learning）的能力。將蓋子的顏色調換，要喜鵲嘗試選出有食物的凹槽。這個階段有一些評分要點[1]，例如：
凡是順利通過模擬考的喜鵲們，便能晉升至下一關。
在實驗的主要階段，喜鵲們被劃為三組，分別體驗下列三種睡眠模式之一：無干擾睡眠、6 小時睡眠剝奪，以及 12 小時睡眠剝奪。研究人員防止喜鵲睡著的花招，包括：迫近或拍打鳥舍、發出噪音，或是輕撫充滿睡意的喜鵲[1]。如同可憐的臺灣中學生，明明前晚都沒睡飽，隔天還得參加考試。研究人員存心要看失眠的喜鵲，怎麼失常。
正式測驗的結果不出所料，沒睡飽的喜鵲容易犯錯，而且要花較長的時間，才能選出正確答案。有些喜鵲甚至失去參與測驗的動機，傾向找機會補眠。其實以前的研究便顯示，失眠也會降低人類的認知表現。諸如參與動機、清醒程度（alertness）、注意力、警戒等級（vigilance）等，都會受到負面影響[1]。
除了喜鵲考試的成績，科學家也記錄了牠們社交行為的變化。失眠的喜鵲寧可睡覺，也不要唱歌。最後就算唱了，單曲的長度卻意外地延展。原本的晨曲改在中午演出，頻寬變得狹窄，內容相較貧乏，顫音也明顯減少。這與人類的口語溝通，大同小異。當一個人睡眠不足，說話的速度會緩慢下來，咬字不如平常清晰，語句重覆的機率提高，甚至可能妨礙聽眾理解講者所要傳達的訊息[1]。
澳洲喜鵲有複雜的家族。牠們用歌聲來劃定疆域，分辨敵友，並建立「鳥」際關係。失眠不僅會害喜鵲把歌唱得七零八落，也會進一步危及其社交生活。既然以往的人類睡眠實驗結果，與喜鵲有那麼多的相似處，下次在抱怨疫情害自己沒朋友之前，我們是不是應該先睡飽，再來思考怎麼社交呢？
備註：此實驗結束後，參與受試的澳洲喜鵲，均在 2019 年 7 月被野放。
狐禪
胡中行
