科學寶可夢 #126、136 火伊布、鴨嘴火龍：燙也該有個限度

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

善用工具烹飪的原始人

既然黑猩猩會用石頭打碎、敲爛食物，當然不難想像遠古人類也會做同樣的事，而且可能還做得更頻繁、更有效率。

我們知道遠古人類會拿石頭當作錘子敲擊另一塊石頭，敲出銳利的石頭碎片、還有除去碎片之後剩下來的核心部位。石頭的核心可經進一步修飾，做成一種稱為｢手斧」﹙hand axe﹚的工具﹙但這種工具的實際用途至今仍爭論不休﹚。遠古人類有可能利用銳利的石頭碎片切割食物、並用比較鈍的石頭和石頭底部敲爛食物。把肉切成小塊，特別是鳥類和哺乳類的肉，使其較易消化。

遠古人類切肉的行為，本質上也許就是把石製工具當作比牙齒更有力、更尖銳、且更易替換的替代品。最初的遠古人類出現的時候﹙距今約一百九十萬年前﹚，他們已經累積了長達一百四十萬年使用工具的歷史。

歷經這段漫長歲月，遠古人類可能已經將切割技術掌握得得心應手，也可能像多數的狩獵採集者和某些黑猩猩族群一樣，學會了捶打食物。跟切割一樣，捶打的動作不僅能去除食物的外殼、還能幫助研磨食物，釋出細胞中更多的營養和熱量供人利用。用來捶打食物的石頭，再次成了牙齒的化身。

除了切割捶打食物之外，最初的遠古人類可能也已經會發酵食物。發酵跟切割捶打是相似的原理，也能讓食物變得更好咀嚼、更易消化。發酵能將熱量變得更易吸收，而且如果處理得當，還具有殺死潛在病原菌的額外好處。不只如此，在疆肉類和植物根莖類發酵的過程中，還能增添原本食材沒有的營養素。

有些細菌能製造維生素B12，有些細菌能吸取空氣中的氮氣、並將其轉化為胺基酸。可惜的是，考古紀錄並沒有辦法證實遠古人類是否曾經利用發酵技術處理食物。在西北大學﹙Northwestern  University﹚任教的靈長類學家凱蒂．亞瑪托﹙Katie Amato﹚， 不久前舉出有力的證據，主張最初的人類物種可能已經會發酵食物，但是事實上是否真的如此，至今還是未知數。

再接下來，就是已知用火的威力了。

人類用火煮食的理由？

靈長類學家理查．蘭翰姆﹙Richard Wrangham﹚在他的著作《生火： 烹飪如何造就人》﹙Catching Fire : How Cooking Made US Human﹚中主張，生火煮食的行為是早期遠古人類的演化歷程中獨特、關鍵的特徵。

蘭翰姆推測，人類祖先是因為食用熟食，才得以獲得足夠熱量、演化出更大的腦部。如果煮食要能成為影響早期人類演化的關鍵驅動力，最晚必須要在一百九十萬年前就已經發展出來才行。但是目前我們比較確知的、人類最早開始控制火源煮食的證據，發現的年代都還要晚很多。

平心而論，就連人類在早於一百九十萬年前開始進行發酵、採集蜂蜜、更常切割捶打肉類或根莖類、或更常食用海產等等行為的證據，至今也都還沒有發現。

但是不論蘭翰姆這個爭議十足、關於人類用火的重大猜想是否正確，其中蘊含了另一項假說，是我們認為爭議小很多的。這個假說無關乎用火是否左右了人類祖先的演化，而是關乎人類祖先最初發明新飲食方法的動機。這個假說不只與用火有關，還牽涉到切割、磨碎以及發酵食物等種種行為。

蘭翰姆在他的書中不時提到：他認為人類祖先開始用火的動機，是因為熟食比較好吃——起碼比生食好吃。沒錯，用火煮食讓人們更易取得食物中的熱量，甚至可能讓人們有更多空閒時間做其他事情，像是發明語言、用石頭製作工具等等。但人們並不是為了計畫要做這些事情才開始用火的。很少有動物是基於長期的利益而選擇進行某一行為， 現代人類也不例外。

蘭翰姆主張：人類祖先開始煮東西吃的理由無他，單純是因為煮過的食物比生食更好吃。讓我們好好思量一下蘭翰姆這項主張所代表的意義。火帶給我們溫暖、指引我們方向；火受人們馴服並幫我們加熱爐子裡的食物；火最終帶來了內燃機、現代城市、現代戰爭、網際網路等等無數技術革新。但人們最初開始用火，就只是為了讓食物更好吃。

我們來給蘭翰姆的這項假說取個名字吧，這樣比較好記：不如就稱為｢尋味者假說」好了。不論用火技術最早是在何時開始，我們都可以利用尋味者假說來說明用火的功能。不管蘭翰姆所另外提出的、關於用火對早期人類演化的重要性的假說正不正確，尋味者假說都有可能成立。

這個假說單純認為：人類開始用火最初、最主要的動機，是因為用火煮過的食物比沒煮過的食物風味更豐富、吃起來更享受。這個假說不只適用於火而已。尋味者假說可以套用在黑猩猩的飲食傳統和料理方法上：黑猩猩製作並使用工具，是為了追求更豐富的風味，而牠們使用哪些工具，一部分與環境有關、一部分與傳統有關。

尋味者假說或許也可以解釋為何人類祖先開始利用其他技術處理食物， 不管那些技術源自哪個年代。但是尋味者假說有一個重大前提：它預設人類祖先運用新工具和新技術所獲得的食物，實際上真的比原本的食物好吃。幸好，大部分的證據都顯示確實如此。

——本文摘自《舌尖上的演化》，2022 年 12 月，商周出版出版，未經同意請勿轉載。

身為一名訓練師，你真的了解你的寶貝們嗎？寶可夢圖鑑讀熟了沒？

其實圖鑑告訴你的比想像中的還多喔！跟著泛科空想寫手 Rock 一起來上一門訓練師的科學課吧！來跟大家分析這些寶可夢的戰鬥是多麼的「科學」。

骨紋巨聲鱷：火焰溫度新紀錄

啊~火焰！

幻想世界中骨灰級的攻擊武器，也是空想科學寫作時常遇到的對手。

在過去的【科學寶可夢】中，火焰已經不是第一次出現了。第二篇關於噴火龍的科學中就有稍微提到，後來因為鴨嘴火龍和火伊布的圖鑑敘述都有提到他們火焰的溫度，所以在同一篇一起分析過，但那已經是第一世代寶可夢的事了~ 現在圖鑑都來到 900 號了，事情果然很不一樣。

「溫柔的歌聲能治癒聽者的靈魂，會使用攝氏 3000 度的火焰把敵人燒成灰燼。」——骨紋巨聲鱷紫版敘述^註1

骨紋巨聲鱷的敘述很直接，就是直接說出了牠噴出的火焰溫度，這簡直是一個福音，這樣我們就不需要到處拼湊，可以直接地將這個數字與過去的幾個得到的火焰溫度做比較。

噴火龍：至少 1400 ℃

鴨嘴火龍：1200 ℃

火伊布：1650 ℃

火爆獸：800℃

骨紋巨聲鱷：3000℃

這也太高了吧！？先別說生物怎麼有辦法產生這種高溫^註2，真的要把人燒成灰燼哪裡需要 3000℃ 啦！

一般把屍體燒成骨灰的火葬場，溫度只需要 1000℃ 就夠了，3000℃ 根本是大材小用，而你知道這個溫度能夠辦到什麼事嗎？

絕大部分我們知道的物質在這種溫度下都會熔化或者汽化，能夠倖存的元素大概只有鎢、錸、鋨這幾個金屬還有一些特殊的聚合物了；如果燒的是人的話，別說是燒成灰，整個身體一定在一陣白光下消失的無影無蹤……因為在這種溫度下，火焰不會是正常的橘紅色，而是白色的。

這時如果骨紋巨聲鱷的訓練師就直接站在它旁邊，就算不是被直接擊中，他那超過岩漿溫度兩倍的 3000℃ 火焰所散發出的熱氣和輻射熱^註3，應該足以讓訓練師瞬間嚴重灼傷，再加上強光，這絕對是不支倒地然後變成逐漸變成焦屍，然後跟四周的花草樹木付之一炬。

所以如果要叫你的骨紋巨聲鱷使出噴射火焰的話，記得先閃的非常非常遠，放招後遠距離收回寶可夢，然後趕快離開被焚化、整個燒得亂七八糟的現場。

狂歡浪舞鴨：這到底是哪一國的超強踢腿舞啊？

如果要說格鬥系的寶可夢要怎麼在圖鑑中誇耀他們的力量，最常用的方式就是：把東西丟出去或弄壞。

在以前的的腕力+豪力+怪力的文章中，我們可以看到各種誇耀寶可夢力氣的方式，例如、「能夠跟 100 個成年人角力把他們摔出去」、「可以用一隻指頭舉起相撲選手」、「有辦法舉起一台垃圾車」、「把人打飛到地平線彼端」……等。

而這次，我們的狂歡浪舞鴨的特技是能夠踢翻一台卡車。

「只要一腳就能踢翻卡車的強韌腳力，展現充滿異國風情的舞蹈。」——狂歡浪舞鴨朱版敘述^註4

要計算這有多誇張，我們需要知道一個非常重要的資訊……究竟是哪一種卡車呢？

卡車這種交通工具有非常非常多的規格，最輕的例如小皮卡只有 2~2.5 公噸，最重的可以達到 15 公噸，甚至在某些重工業地區可以找到更重的運貨卡車。

寶可夢朱／紫據稱是參考西班牙為藍本設計的，經過一番搜尋之後，筆者得知西班牙地區是全歐洲輕型卡車比例最高的地方^註5，這類卡車本身重大概介於 3~4 公噸之間，如果滿載貨物的話，重量可以達到 10 公噸以上，我們這邊就大概取個平均值 7 公噸好了。

然後我們還得先定義踢翻卡車這件事情：我們就假設狂歡浪舞鴨用腳朝卡車的側面一半高的地方踢下去，然後車子會以一邊的車輪為支點翻過去，側面著地。

經過一些力矩的計算，我們可以知道要把一台 7 公噸重的卡車踢翻，需要從從中間給予大約 68600 牛頓的力……這可比一台小汽車引擎全力輸出時的力道還要強啊~

但是最誇張的還在後面！

最後一步，我們想要知道狂歡浪舞鴨的這一腿到底有多快！要得到這個結果，筆者需要知道此鴨的整隻腳重量為何，因為畢竟是腳在對卡車施力的。

圖鑑上寫說狂歡浪舞鴨體重為 62 公斤，而牠的外貌滿接近人形生物的，所以我們先參考人體結構來預估。人類的一整支腳平均占全身體重的 16~18% 左右，我們的狂歡浪舞鴨看起來腿略長，而且既然是格鬥系的，那牠的腿應該很壯，我們就假設牠的整隻腿重量占比更多，大概是全身的 25%，重量的話就是差不多 15.5 公斤。

要計算牠這腿速度多少，我們最後剩下需要的假設的就是假設腿和卡車的接觸時間，依照之前的經驗，就姑且設定為 0.1 秒接觸，然後腿踢中之後立刻停下，再加上很不合理的力道 100% 轉換假設，但是相信我~不這麼做的話答案只會更扯。

套入牛頓第二運動定律的公式，我們可以知道這腿在停下來之前，速度高達秒速 443 公尺，也就是音速的 1.3 倍，這也太快了吧！你的腳怎麼沒有被音爆撕裂啊？相較之下，泰拳高手秒速 17 公尺的踢擊根本是個笑話，如果被狂歡浪舞鴨的這一腳踢到，我看大部分的寶可夢應該是內臟破裂死亡了。

這真是太恐怖了，但狂歡浪舞鴨你為什麼無聊要去踢卡車啊？這種腳力你應該要去踢足球啊！還有這到底是哪一國的舞蹈會有如此的訓練呢？真想知道~

註解:

1. 骨紋巨聲鱷的另一版敘述是「可以透過歌聲改變外形的火鳥，據說是靈魂寄宿在頭上的火球所形成的。」，從這個敘述我們知道牠的火焰跟某種靈魂力量有關，這大概就是為什麼火焰溫度能達到 3000 度的秘訣吧？話說筆者很確定是這裡的溫度是說攝氏，因為英文版的敘述中有寫是 5400 華氏。
2. 也有可能……骨紋巨聲鱷根本不是生物！畢竟牠有幽靈屬性，但這表示牠的出現根本不是進化，而是死亡呢？
3. 這裡我們因為 3000℃ 的火焰而傷透腦筋，但你知道嗎？這還不是寶可夢圖鑑裡最扯的，有兩隻寶可夢：熔岩蝸牛 和 噴火駝，他們的圖鑑敘述都寫到牠們能夠產生 1 萬度 ℃ 的高溫，前者是體溫，後者是噴出的岩漿，這確定不是多寫一個0嗎? 目前科學家有辦法產出最高的溫度只有 4990℃ 而已啊~
4. 狂歡浪舞鴨另一版的敘述是「會用充滿異國情調的舞蹈迷倒看到的對手，然後揮舞以水構成的羽飾將其劈裂。」為什麼羽飾是用水構成的啊？這是怎麼辦到的？這跟強力水刀差在哪裡？
5. 幸好這代寶可夢不是參考德國，因為這是歐洲重型卡車比例最高的地方，如果狂歡浪舞鴨源自這裡，他這一腳一定超出天際。