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才不是亂 P 的!古生物復原圖可是有憑有據

果殼網_96
・2017/07/20 ・6741字 ・閱讀時間約 14 分鐘 ・SR值 507 ・六年級

日本有一位漫畫家村田雄介(對,就是畫《一拳超人》的那個村田雄介),去年某一天,他不知哪個腦洞豁然大開,突然畫了一系列「未來人類根據骨骼想象動物們的長相」圖,然後和動物們真正的樣子放在一起。謎一樣的畫風令人瞠目結舌……

從上到下,分別是抹香鯨的骨架、「未來人類的想象復原圖」、和真實的抹香鯨。
而這個,則是河馬的頭骨、河馬的「復原圖」,和現實中的河馬。

等一下!如果對著骨架做出來的復原圖,和現實情況可以差那麼多,那豈不是說……我們對著恐龍骨骼做出來的復原圖,其實也有可能……

由上至下:滄龍骨骼,村田雄介想象出的滄龍,科學家復原出的滄龍。到底哪個對呀??

或者,一直被我們嘲笑的「小短手」霸王龍,會不會其實……

霸王龍表示:………………

古生物復原圖到底是不是胡亂畫的?會不會我們復原的形象完全是錯誤的??

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……並不會。

因為村田雄介畫中表現出來的「復原」其實並不符合復原師們平時的工作邏輯,或許它更像是一種可愛的空想。

我就是一個古生物繪師。儘管人們常常幻想古生物復原繪師的工作是很浪漫、很自由的,可以發揮全部創造力和想像力從紙張上復活一類滅絕的生物……但事實上,這一工作並沒有人們想像的那麼奇幻。古生物復原圖的繪畫,本質上是對於古生物學研究的一個綜合展示。我們要把那些複雜、枯燥、大眾無法直接領會的學術研究對象和研究成果,盡量直觀、完整地呈現出來。所以,雖然「古生物復原圖」的繪製過程、手法和結果是藝術的,但這種藝術必須要給學術和科學性讓位。

作為一個目前專職的古生物繪師,我不久前曾受徐星老師之邀為楊氏鐘健龍(Zhongjianosaurus yangi)做復原。接下來,我就以這次復原的過程為例,向大家介紹一幅復原作品是如何完成的。

第一步:先把骨架找回來

這是楊氏鐘健龍的化石石板:

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楊氏鐘健龍的化石石板。圖/寧靜海的菊石君

對,這就是一開始我僅有的東西。由於保存不全,所以我首先要通過觀察,逐一確定並描繪出化石石板上保存的全部骨骼,同時對其中的一些骨骼進行形態修正,然後通過計算比例、參考親緣關係接近的馳龍類等方法逐一補完骨骼。

經過這些工作,我重塑出了楊氏鐘健龍的站立骨架形態,它是這樣的:

楊氏鐘健龍的站立骨架復原。 圖/寧靜海的菊石君

在這一步中,如果被復原生物的化石保存比較完好,是可以直接測量比例,建立該生物的站立姿態的骨架草圖的。但是如果像這次一樣,遇到了化石保存並不完整,或者缺乏足夠的顱後骨骼化石材料,比如只有殘破的部分頭骨、下頜或者零碎的肢體骨骼的情況,就需要擴大參考範圍,利用所有可能的資源——無論是同屬內的其它物種,還是親緣關係較近的物種或者形態最為接近的生物——以求最大限度還原生物的骨架形態。

記得居維葉曾經說過一句話,大意是「利用一顆牙齒,就可以恢復一個動物的全貌,乃至更多訊息」,這話雖然有一些誇張,但大體上是差不多的。一個關於他的軼事中說,一次居維葉的幾個學生準備對他這個老師搞搞惡作劇,其中一個學生穿上魔鬼的衣服、帶著有角的面具,穿上像蹄子一樣的鞋子,深夜闖進居維葉的卧室,恐怖的叫著「居維葉!居維葉!我來吃你了!」,被驚醒的居維葉看了一眼,安然地說:「有蹄子有角的動物都是吃素的,你是不可能吃我的!」然後倒頭繼續睡覺。

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喬治.居維葉,被譽為「古生物學之父」。圖/By Mattheus Ignatius van Bree, Public Domain, wikimedia commons

為什麼只看到動物的一部分就能對動物整體做出判斷呢?

這其實應用了古生物研究中一個非常重要的定律——器官相關律,即生物體是一個整體的結構,各個組成部分的結構和相關機能是緊密的相互聯繫在一起的,一部分發生變化,其它部分也會相應地發生變化。根據這一點即可以在化石保存不佳的情況下,對研究對象進行整體評論、復原並推測其生態習性。

同樣的,針對不同的動物的不同部位,我們所能得到的訊息也是不同的。典型一例是哺乳動物的牙齒——通過一顆爪獸的牙齒,我們可以得到它的食性、體型體態、棲息環境等諸多訊息,然而如果你得到的是它的骨骼,或是爬行類動物的牙齒,那麼你就無法得到這麼多的訊息的。

鼬科動物的牙可以使我們瞭解很多東西。圖/By MAKY_OREL @ pixabay, CC0 Public Domain

這也就是為什麼在沒能得到楊氏鐘健龍的全部骨骼的情況下,我還是順利地復原出了它的站立骨架形態。

第二步:填入血肉,重現豐盈生命

由於在楊氏鐘健龍的復原當中肌肉的情況更多的會被羽毛所掩蓋,所以我在這一步是參照了現代鳥類,大致在草稿紙上確定肌肉復原輪廓,由此就製作出了相關的前期工作的結構參考示意圖。

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楊氏鐘健龍的肌肉復原圖。圖/寧靜海的菊石君

雖然這次復原的肌肉的部分比較簡單,但顯而易見的是,肌肉的復原就是引發開頭分歧的主要原因。所以我將在這裡為大家拓展更多的內容:

事實上,肌肉復原的專業性非常強,因為它的方法主要是依賴於現代動物解剖學知識的,也就是說,根據肌肉和韌帶在骨骼上留有的附著痕跡,和不同動物身上不同肌肉的功能與發達程度來進行判斷。

馬頭骨上三處明顯的肌肉附著痕跡。圖/寧靜海的菊石君

比如觀察現代的馬是我們可以發現:越是強大有力的肌肉、韌帶附著痕跡越明顯,但一些細小的比如面部肌肉或者手腳的小肌肉組則隱秘得多。

除此之外,當然也有一些相對巧妙易懂的方法,比如說通過運動的需求來反推肌肉的樣子:為了支撐鯨魚頭部的上下活動,它必須要有一組強大的肌肉,來從頭骨枕部連接到它的到脊椎上。而這塊肌肉大概就長這樣——

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海豚的後頸肉。圖/《鯨和海豚》中國工信出版

這就是為什麼鯨絕對不可能長成蝌蚪形!這組巨大的肌肉是負責牽引頭部的,畢竟頭骨那麼沉重,如果沒有,那麼動物就根本抬不起頭了……

缺這麼一大塊肌肉,這位抹香鯨同學會頸椎勞損的……

再比如,依賴骨骼和肌肉的相互作用來進行判斷。

當人們發現利齒豬亞科的門齒的時候,他們發現了非常有趣的一點:這種生物幼年時剛剛萌發的門齒上有著細密的褶皺,而當他們長大後,門齒齒尖就會被磨損,唇面琺琅質則變得光滑。毫無疑問,這是成長過程中唇齒的摩擦帶來的結果。

利齒豬亞科幼年與成年後的門齒。圖/寧靜海的菊石君

當我們帶著這樣的結論去看河馬的時候,有些東西就變得顯而易見了:門齒和嘴唇緊密摩擦的部分已經光滑,但是犬齒的唇面紋理還在。如果說門齒外側的光滑還能說是上下門齒摩擦的結果,那麼內測的光滑幾乎就可以判定是來自舌頭和嘴唇共同的摩擦了。

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河馬的牙齒及骨骼。圖/boneclones.com

所以,我們就可以做出判斷:河馬的牙並沒有被暴露在外,而是被厚厚的嘴唇包了起來。

河馬的牙並沒有被暴露在外,而是被厚厚的嘴唇包了起來。

當然啦,雖然化石中往往隱藏著非常多的訊息,但是那些對肌肉解剖結構要求較高的復原,通常還是要在學者的嚴格指導之下才能完成——因為它們的專業需求實在是太強了。

第三步:用想像力,填上綺麗色彩

在添加上大致的肌肉確定了整體輪廓後,就到了或許是古生物復原當中最為複雜、繁瑣的一步了——為動物復原出一個合理的、令人信服的體色和紋理。

在楊氏鐘健龍復原過程中,徐星老師在這個時期針對四肢羽毛長度做了非常仔細的叮囑,此外還有國家地理張瑜先生、南川伍德鳳梨先生就羽毛結構、形態等方面問題也給了我一些幫助,綜合了他們的意見、並參考其它小盜龍類標本、以及一隻被飼養的眼鏡球胸鴿的運動形態和足部覆羽結構,我最終繪出瞭如下的羽毛覆蓋結構參考示意圖:

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楊氏鐘健龍的羽毛復原圖。 圖/寧靜海的菊石君

由於徐星老師已經在前期研究中為這種小恐龍定下了基礎顏色和紋理大體模式,所以接下來就是複雜的繪畫和電腦製作過程,最終得到的就是下面這個小家夥了。

楊氏鐘健龍最終復原圖。 圖/寧靜海的菊石君

實際上,影響這一步的因素非常多,除了少數我們可以還原真實的體色和紋理的情況外,大多時候都只能是復原繪師發揮自己的想象力和相關知識儲備來完成這一步。

而且,在完成這一階段的工作室時不僅要考慮動物和環境本身關係和相關影響,還需要考慮個體發育、系統發育等其它因素,為復原的動物努力營造一種「熟悉的陌生感」或者「真實的陌生感」。

那麼我首先簡略的介紹一下它的做法和依據吧。

關於羽毛和體色,我們還能參考什麼?

(一)真實的證據

最直接、也最可靠的復原方法,就是直接依賴現有的實證,主要對象是重新現世的哺乳動物和部分鳥類。

證據之一是實體保存的屍體,包括波蘭瀝青湖裡保存的披毛犀、俄羅斯和阿拉斯加凍土層中保存的動物屍體等,這其中以真猛獁的凍屍最為豐富和著名,保存個體從出生後不久的幼年個體到成年個體都有。這些實體保存下來的化石不僅提供瞭解剖學的完美材料,也為復原其體態和皮毛顏色等等提供了非常直接的證據。

西伯利亞凍土層發現幼年猛獁屍體。圖/FRANCIS LATREILLE

證據之二則以歐洲地區早期的洞穴岩石壁畫為主,也包括部分人工雕刻製作的工藝品,這一時期的南非和澳洲其它岩石壁畫或者岩石雕刻也提供了非常多的線索。歐洲的岩石壁畫內容非常豐富,對於物種的針對性描繪非常精緻,表現出了大量物種的特有特徵。由於其中的部分動物一直延續到了近代才滅絕,使我們得以驗證了這些特徵的準確性。

大角鹿的岩石壁畫。左圖可能為雌性或者鹿角脫落的雄性,右圖為雄性。圖/blogspot.com

(二)動物與環境因素關係

一般來說這一步需要聯繫前面得到的骨骼形態等內容,以尋找類似的結構和生存環境的動物作為參考。這一依據主要是直接參考現代動物,比如:

犀、象、河馬等笨重有蹄類群的動物體色普遍性的單調,以灰、棕色為主要色調,那麼我們可以推測形態上非常類似的其它大型笨重有蹄類,如重腳獸、閃獸、焦獸、冠齒獸等也會擁有類似的體色模式;如果是一些茂密森林活動的小型的有蹄類,那麼我就要考慮適當鮮艷的體色和斑點、斑塊;高緯度和高海拔地區的哺乳動物,我們就要準備復原的體色單調和暗淡一些,等等……

但具體情況具體分析,這一點上也不算有統一的固定標準。

以環境因素為參考的古生物表皮顏色復原。圖/寧靜海的菊石君

(三)個體發育過程(主要依賴於現生部分爬行動物和哺乳動物)

現代動物當中,很多爬行動物、哺乳動物在幼年和成年個體階段都存在不同的體色和紋理模式。一般來說幼年動物的體色要更鮮艷、紋理更復雜,動物成年後體色趨於暗淡、紋理會模糊或者趨向整體黑化(也有部分動物成年後仍然會保持比較鮮艷的體色和紋理,印度星龜、輻射陸龜等)。

幼年科摩多巨蜥和成年科摩多巨蜥。圖/picturenew.com

很容易發現的是,這些帶斑點、條紋的幼年動物往往比成年動物更喜歡茂密復雜的林地環境,擁有更復雜紋理的幼年動物實際擁有更好的保護色,可以幫助這些幼年動物更好的融入林地、森林環境當中保護自己。以此為根據,那麼我們在復原推論一些幼年生活在森林環境,而成年後可能生活在更開闊環境的動物時,這種紋理樣式就成為了完全合理的一個理論依據。

根據可能生存環境及個體發育體色、紋理變化復原的蘇氏巧龍。 圖/寧靜海的菊石君

(四)系統發育關係

這一部分的依據實際就比較薄弱、或者說幾乎無從下手了,更主要的是發揮復原繪師的個人觀點和想象力。如果說之前幾點都是「為復原圖的體色、紋理提供依據」,那麼系統發育學在這裡只能算是「提供更多可能」。實際上,這一變化過程的速度差異非常大,或快或慢我們都無法通過化石研究來驗證。

筆者傾向認可的真馬系統發生樹。 圖/寧靜海的菊石君

這一時候,復原繪師通常還會利用作品表達自己所傾向、支持的學術觀點。我在這裡展示的一張部分馬的演化圖就表達了在馬類分類和演化關係上的觀點——我贊成埃森曼將真馬屬劃分為四個屬的研究結論,而沒有採納這些是真馬亞屬的傳統觀點。

最後,我們來談談羽毛

羽毛有什麼用?它的實用性功能主要是飛行、滑翔、禦寒和性展示。所以,在判斷一種不會飛動物有沒有羽毛的時候,環境溫度是一個重要因素——對於霸王龍來說,顯然,散熱是比禦寒更大的問題——事實上對於大多數大型動物來說都是這樣,像是喜歡泡澡的變溫巨型龜類。這就是為什麼霸王龍不可能長成一個毛球:總不至於為了好看而熱死自己吧?

村田雄介的胡亂畫「霸王龍復原圖」——然而對於霸王龍來說,羽毛可能是非常累贅的東西。 * 羽毛方面,其實也有例外,比如華麗羽王龍。它體型很大,但身體表面仍然覆蓋著毛髮,這種毛髮的功能性目前很難解釋。另外一點就是,或許在霸王龍等恐龍年幼時期它們身上或局部會有一些毛髮,而這些毛髮可能跟隨成長逐漸脫落。

第四步:幫牠們重建家園吧

最後,雖然在本次復原中沒有涉及,但依舊非常值得一提的是,動物生態環境的復原——也就是復原圖中的背景。它的存在使得復原圖更加完整,也使得讀者更容易將復原後的動物帶入想象。

對於生態場景復原來說,通常需要採納是環境訊息。一般來說,根據動物化石所表現的訊息,我們就可以大致推斷出動物的生活環境,額外的一些訊息還包括沉積環境、植物孢粉等。

準噶爾將軍龍和多枝真枝角鹿生態場景復原。 圖/寧靜海的菊石君

除此之外,有趣的一例是利用動物的行為學訊息為某種三趾馬進行的復原。

那要從坦尚尼亞的一處足跡化石說起:在坦尚尼亞利特里地區,人們曾經發現了大量的上新世的古哺乳動物腳印化石,其中之一就是是某種三趾馬的行進足跡化石。這一串足跡顯示一匹幼馬正在一匹母馬前方一起小跑前進。可能是幼馬頑皮,它突然從母馬身前橫向穿過。這一行為可能讓在較快速度中行動的母馬出現了晃動,為了保持平衡,母馬被迫停頓了一下,於是在本來都是單一腳趾腳印的行進路程中,這匹母馬的右後足留下了一個清晰保留了左右側趾的足跡!

坦尚尼亞利特里地區保留的三趾馬行進腳印化石。圖/《Fossil Horses: Systematic, Paleobiology and Evolution of the Family Equidae》

這串足跡不僅顯示了三趾馬的側趾在平時行動中並不接觸地面,而且也顯示了在某些情況下三趾馬的側趾會起到一定的輔助支撐作用。最關鍵的一個行為學訊息就是與真馬在演化上處於完全不同支系的三趾馬竟然和真馬存在相同的攜帶幼馬行為模式,即它們都會在運動狀態時,讓幼馬走在自己前面。

利用以上足跡反應行為學訊息繪制的晚更新世的庫比佛勒馬。 圖/寧靜海的菊石君

冗雜的訊息綜合諸多學科的知識,讓我們可以最大程度的豐富畫面,同時提升復原圖本身攜帶的訊息門類。所以你看到一張簡單的復原圖時,它背後可能隱藏著研究者無數複雜的推演、修正和繪製者們查閱的海量資料。

儘管你也許永遠也注意不到它。

本文版權屬於果殼網(微信公眾號:Guokr42),原文為〈形形色色的古生物复原图,是怎么画出来的?〉,禁止轉載。如有需要,請聯繫sns@guokr.com

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果殼網_96
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果殼傳媒是一家致力於面向公眾倡導科技理念、傳播科技內容的企業。2010年11月,公司推出果殼網(Guokr.com) 。在創始人兼CEO姬十三帶領的專業團隊努力下,果殼傳媒已成為中國領先的科技傳媒機構,還致力於為企業量身打造面向公眾的科技品牌傳播方案。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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!

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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)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

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?

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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。

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。/圖片來源:shutterstock

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。

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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。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

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)。

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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!

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從運動場到急診室:肥厚型心肌病的潛在危機
careonline_96
・2024/09/11 ・2473字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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圖/照護線上

肥厚型心肌病是種因為心臟肌肉的變化而帶來的問題。通常是因為基因體顯性遺傳,影響了肌小節的肌纖維排列,導致心臟肌肉變得肥厚,尤其是左心室與右心室之間分隔的心肌最容易出現肥厚變化。除了心肌變肥厚,還會讓左心室變得僵硬、延展性小,因此帶來不少問題。

心臟肌肉變得肥厚,會出現什麼問題嗎?

當聽到心臟肌肉變肥厚,或許有人會誤以為這是件好事,會讓心臟肌肉變得功能更強大,其實不然。左心室的任務是在舒張時接收從左心房來的血液,再收縮將心室內的血液送往主動脈。過度肥厚的心臟肌肉會讓左心室的空間變小,承收不了太多的血液,阻擾了血流的正常運行,讓心肌還要收縮地更出力才能運送血液進主動脈。左心室內阻力變高的時候,同時也會影響二尖瓣的功能,血液更容易逆流回到左心房。

肥厚型心肌病的影響
圖/照護線上

就算沒有阻塞心臟血流運行,心肌在收縮的時候並不會因為心肌變肥厚而有力,反而是變得比較僵硬,比較難適當地延展。當血流從左心房送往左心室時,心臟肌肉需要延展,才有利於”hold”住足量的血液。當心肌變得肥厚僵硬的時候,左心室難以延展讓血流進入,之後左心室能打出去送往主動脈的血液量就變少了。

另外一個影響到的是心臟肌肉纖維的排列,若從顯微鏡下觀察肥厚型心肌病者的心臟肌肉排列,會看到心肌細胞排的並不規律,亂亂的,與正常狀況排的整整齊齊的樣子並不同。因此,這些不整齊的心肌排列會影響到心臟內電路訊息的傳遞,甚至更容易刺激出心律不整。

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肥厚型心肌病的症狀

許多患者並不知道自己有肥厚型心肌病,因為症狀可能不嚴重,會甚至根本沒有症狀。若有症狀,常常是從青春期之後開始出現。

  • 運動時,吃飽飯後,或活動量大的時候,感覺到胸痛及喘不過氣
  • 容易在運動中或運動後感到疲憊,頭重腳輕,快暈倒的樣子
  • 心跳突然變很快,撞擊很大的感覺,也就是心律不整
肥厚型心肌病的症狀
圖/照護線上

肥厚型心肌病的併發症

雖然有些人帶有造成肥厚型心肌病的遺傳基因,卻一輩子都沒有症狀;也有些人雖然有症狀,但並不嚴重,不需要每天服用藥物控制。基本上,多數肥厚型心肌病患者可以有與一般人相同的預期壽命年限,也能維持不錯的生活品質,但還是要注意幾件事:

  • 心因性猝死

肥厚型心肌病會引發心室頻脈等心律不整,因此是 35 歲以下突發心因性猝死最常見的原因。有些運動員突然在田徑場上猝死的原因就是肥厚型心肌病。

  • 心臟衰竭

心臟是個幫浦,將血液送往主動脈,再到全身。心臟衰竭代表心臟身為幫浦的功能變差了,無法打出足量的血液到主動脈。前面提到肥厚型心肌病會讓左心室的空間變少,延展彈性變小,進入左心室的血液變少,也就比較難打出足量的血液進到主動脈,因而導致心臟衰竭。

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肥厚型心肌病的檢查與治療

當醫師從患者家族病史、個人病史、身體檢查等狀況懷疑有肥厚型心肌病的可能時,會安排心臟超音波檢查,看看是否有心室中膈變肥厚的證據。針對有家族遺傳史,但自身無症狀的人來說,可以考慮在 30 歲之後定期每三年接受心電圖與心臟超音波檢查。

在治療方面,要看患者的臨床症狀與心臟超音波檢查的結果而定。對沒有症狀的患者來說,調整生活習慣,減少劇烈運動活動或許就已足夠。另外一定要讓患者了解,務必「避免脫水」。因為有肥厚型心肌病的時候,進到左心室的血流本身就比較少,若再因為喝的水分不足脫水,在炎熱天氣下脫水,或使用了利尿劑或血管擴張劑,都會讓症狀加劇。

肥厚型心肌病的處理方式
圖/照護線上

對已有胸痛、喘不過氣的人來說,可以用乙型阻斷劑藥物或鈣離子阻斷劑,放慢心跳速度。心跳速度慢一點,可以增加左心室放鬆舒張的時間,盡量增加左心室內的血流量,之後左心室收縮打出血液的效率會比較好。

如果藥物的成效不彰,要考慮侵入性治療,像是利用手術或燒灼方式改變心室中膈的厚度,減少心肌肥厚造成心室空間減少的影響。萬一患者家族裡有人曾有心因性猝死,本身曾經暈倒好幾次,曾有心律不整,或有嚴重的臨床症狀,就要考慮放置心臟節律器來避免猝死。若肥厚型心肌病已經造成心臟衰竭,心臟移植就成了治療選項之一。

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習慣彎腰駝背、長期姿勢不良——一天學一招,兩週練出好體態!
careonline_96
・2023/10/10 ・3348字 ・閱讀時間約 6 分鐘

總覺得自己全身非常緊繃,這裡痛那裏痛嗎?還是你的姿勢明顯不良,總被人家說站沒站相、坐沒坐相,習慣彎腰駝背站三七步,或癱在椅子上嗎?請下定決心做些改變吧。

當然,體態、姿勢是習慣累積出來的身體語言,無法一夕之間改變。我們建議用兩周的時間,每天多學會做一個動作,並花個約十分鐘上下練習,放鬆自己緊繃的肌肉,增加對身體姿勢的理解和自覺,並鍛鍊核心與背部的肌力。十四天後,你會看到不同的自己,更有自信,更舒服,也更不會亂痛一通。

接下來,就先看看每天要學習的部分,最後會有統整的練習表供大家參考。

第一天:檢查站姿

這天的重點在於保持好站姿,練習站姿站直的時候,可以先靠著牆站好,像要量身高那樣。背部打直並維持自然的弧度,下巴微收,肩膀往後,雙手自然垂放,收進肚子,膝蓋打直,注意重量平均分布於兩腳,且不要翹出臀部。

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這一天,你除了要練習站好,更要養成每小時檢查自己姿勢的習慣。

第二天:嬰兒式

第二天的功課是早晚各練「嬰兒式」五分鐘。嬰兒式都是非常適合的全身舒展,對頸部、背部、髖部、核心、至腳踝都有放鬆的效果。

先採四足跪姿,臀部往後坐,與腳跟愈近愈好,手掌繼續撐地,胸膛緊靠近大腿,雙手打直感覺後背及身體側邊的伸展。停留數個呼吸。你也可以試著將手掌往上翻,感覺不同的伸展。這天就好好的感受嬰兒式帶來的全身舒展感覺吧。

第三天:挺胸伸展

第三天的功課是將胸膛打開,先站好、兩腳打開約與肩同寬,雙手在背後交握,肩胛往後內夾,藉機挺出胸膛,停留的過程維持良好的呼吸。

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第四天:貓牛式

因為我們的目標是練出好姿勢與體態,剛開始做的練習都會以背部的延展練習為主,這天來練習非常棒的姿勢:貓牛式。

先採四足跪姿,背部先打平,吸氣讓胸部往前方下壓,順勢抬頭,放鬆肩膀,開始吐氣時收腹部、尾椎內捲,讓脊椎往上拱,反覆練習。

第五天:早安式

早安式是個讓我們練習下背、髖部、與腿後側的動作。在抬頭挺胸站好之後,雙手往上平舉,保持背部打直的狀況,髖關節(臀部)往後移動,讓軀幹往前傾。

練到第五天的時候,把嬰兒式、挺胸伸展、貓牛式、早安式都練過一輪,對背部與姿勢都會帶來良好的感覺。

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第六天:站姿貓牛式

站姿貓牛式與四足跪姿的貓牛式感覺很像,都是讓挺胸與縮腹動作交替進行,像由脊椎活動創造身體波浪般。先站直,兩腳打開與肩同寬,接著放鬆肩膀使其往前自然垂下,微微往下蹲,臀部尾椎往內捲,肚子內縮。接著挺出胸膛,吸氣脖子往上延展,站起身,肩膀往後方中間夾,再往前垂下回到起始動作,連續練習。

第七天:仰躺跨腿伸展

第七天加的動作是仰躺跨腿的伸展動作,躺在床上或墊子上,雙手打開平放身體兩側,一腳跨向對側,過程中保持上背部和雙側肩膀、手臂貼在地面上,感覺背部髖部的伸展。這個動作可以舒緩軀幹的肌肉。

你也可以試試看兩隻腳彎起來,同樣上背、肩膀平貼在地,雙腳一起倒向左側或右側,感覺下背髖部的伸展。注意此時膝蓋不該感到疼痛。

第八天:跪姿平衡

經過了一個星期的練習,我們的脊椎已經更穩定,能讓我們保持良好姿勢,減少背痛。我們進一步再來練練核心肌力。

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採四足跪姿,以雙手和雙膝著地。雙手的距離與肩膀同寬,剛好落在肩膀下方,而膝蓋剛好落在髖部下方。收緊腹部的肌肉,右手離開地面舉至與肩膀同高度,手心向下,穩定後左腳向後伸直舉起,收緊臀部和大腿的肌肉,這時先維持右手、軀幹背部、到左腳都是同一水平高度。僅有左手和右膝著地。停留一下後再回到四足跪姿,反覆練習後換邊練習。

第九天:下犬式

下犬式是伸展大腿後側、小腿後側、至腳弓處的好方式。一定要好好練習。

從四足跪姿開始,雙手撐地,雙腳踩地,撐起身體往上抬,讓身體以手掌、臀部、腳掌三個頂點呈三角形,或想成抬起身體收肚子呈現倒 V 型。如果剛開始練習腳掌無法平貼地面,可以然後雙腳輪流彎曲膝蓋再踩地。

第十天:頂天立地

第十天的練習要多個道具。可以拿一把長桿子,先雙手握好桿子保持桿子與地面平行,雙腳與肩同寬,然後屁股往後做深蹲,起身時往上推桿子到手伸直。

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深蹲本身就能訓練到背部,加強脊柱旁的肌肉收緊,再加上往上推桿子的動作能更動到上背部。

第十一天:鴿式

鴿式的動作可由下犬式開始,左腳往前,把腳掌放到右手掌的後方,彎曲,雙手繼續撐地,下降身體高度坐下。左小腿此時橫躺於前方,右腳(後腳)伸直於地墊上。腰椎頸椎打直,感覺脊椎和髖部的充分伸展。停留 30 秒。再換邊練習。

你也可以再把身體往前傾,直到趴到地上,充分感覺加上下背部的延展。

第十二天:棒式

先採四足跪姿,手掌位在肩膀正下方,臀部、核心用力撐起身體,僅剩腳尖與手肘手臂是和地面相連的。不要低頭或仰頭,眼睛看向約 20~30 公分前方的地墊。可以停留 30 秒,休息一下,再繼續練習。

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第十三天:英雄一式

兩腿前後展開,形成弓步,前腳膝蓋彎曲成九十度,後腿伸直。雙臂往上伸直,掌心相對,感覺髖部的伸展,停留約 30 秒。再換邊練習。

第十四天:抬臀

抬臀算是鍛鍊臀大肌最基本的動作。臀肌是身體很大的肌肉群,練好的話,對體態影響很大。請先躺在地板或地墊上,雙手平放於身體兩側,膝蓋彎曲,兩腳腳掌踩在地板上。

收緊臀部,由臀部發力抬高髖部,不要拱背,直到肩膀到膝蓋呈現一直線。這時要以腳跟為支點,不是腳尖,不要變成墊腳尖(只有腳尖貼地)的狀況。可以停留在臀部收緊的姿勢,也可以做動態的練習。

我們在十四天內,每天學會一個動作,並且複習之前的動作,以下是你可以參考的十四天體態養成的方式。每天大概撥出個 10 分鐘左右,好好地讓自己的背肌、核心獲得肌力並充分伸展,改善姿勢。

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