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千絲萬縷,縱橫而織:神祇寄宿的造紙工藝--《樹之歌》

商周出版_96
・2017/10/29 ・3887字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 487 ・五年級

ミツマタ(三椏),別名黃瑞香。圖/Gentiana@WikimediaCommons

我的朝聖之旅因為語言不通而耽擱了。在火車站的計程車候車處,我雖然出示了地圖,也秀出了我練了許久的幾句日本話,但還是無濟於事。我想去的那座神社並不遠,但當我說出 kami(神)這個字時,司機卻皺起了眉頭,神情頗為迷惑。直到我後退一步、拍了兩次手,並且做出在神社裡頂禮的樣子時,他的眉頭才舒展開來,並且露出了笑容。

我們的車子疾馳過一座座稻田,朝著山丘前進,他在山坡底下的紙神神社門口把我放下來。這趟車程的代價是三張由碾碎的三椏樹皮和馬尼拉麻葉的纖維所做成的紙鈔,紙鈔上印著一位細菌學家的肖像,以及富士山和櫻花的圖案。這些紙鈔和印有美國前總統安德魯.傑克森(Andrew Jackson)肖像的美鈔不同,後者是由棉、麻纖維所製成,堅韌而富有彈性。這些紙鈔則色澤明亮,即便經過多次使用,質地依然爽脆。

日幣1000元面額上的人為細菌學家野口英世。

紙神.川上御前

我穿過鳥居,走上了一條遍地金色落葉的石板路,那些乾枯的銀杏葉使得我的腳步聲聽起來較為輕盈。在抵達神龕之前,我經過了一個裝滿山泉水的洗手池,便停下來把手清洗乾淨。製紙的程序也是如此:必須先用冷水洗手,才能開始製紙。每一座神社都有水供人淨手,但在此地──紙神川上御前的故鄉──從山上流下來的冷冽泉水,也代表著紙神的精神和她的承傳。當年,川上御前被問到她來自何方時,她僅答以:「來自川上。」此處的鳥居上蝕刻著越前市這兩座供奉紙神的神社之名:「大瀧」和「岡太」。「大瀧」是大瀑布的意思,「岡」則代表「山」。

這兩座神社在她到來之前就已經存在了。因此,川上御前是在歷史的匯流處出現的一個人物,她的造紙知識也由來已久,最初是源自中國,在第七世紀時隨著佛教東傳,經由韓國傳到日本。

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把楮樹(又稱構樹)或三椏的內層樹皮打爛並泡在水中時,植物細胞裡的絲狀物會分離出來,浮在水面上。這些纖維素是由葡萄糖組成,最高可含一萬五千個葡萄糖基。它們懸浮在加了木槿黏液質(hibiscus mucilage)的水中時,會相互交錯纏繞,同時由於浸泡在冷水中,它們並不會發酵,只會形成一層黏稠的懸浮體,可以用來造成最精良的紙。因此,越前市的山丘雖然種不出很多糧食,卻非常適合發展川上御前所帶來的造紙工藝。比起那些氣候較溫暖的山谷地區,此地所生長的樹木纖維更長,造出來的紙更加堅韌而有光澤。因此,越前市遂成為日本造紙業的中心,專門供應貴族、幕府將軍和各地政府所用的紙張。同時,它也是日本書寫文化的誕生地。

其後,當日本開始與西方國家進行貿易,這些紙張便傳到了歐洲。當時,歐洲的造紙技術比亞洲落後了一千年。據說當時的荷蘭名畫家林布蘭(Rembrandt)就很喜歡用日本紙來做蝕刻畫,而這些日本紙很可能就來自越前市。

如果你拿一個孔目很細的篩網往泡著樹皮糊的水中一舀,就可以撈起一些糾結的植物細絲(纖維素)。它們攤在篩網上時,就定了型。反覆舀個幾次,讓紙漿層層堆疊後,紙張就成形了。水的毛細現象,就是讓水能留在植物的活細胞裡的一種現象,會使那些細絲吸附在篩網上,形成薄薄的一層,再經過機器壓榨後,水便會滲出,紙糊內的纖維素也會更加緊密的纏繞在一起。水消失後,纖維素裡的分子就牢牢的結合在一起了。

日本的造紙師傅。圖/Shoko Muraguchi@Flickr

枝枒裡的千絲萬縷

紙神存在於有水的川上,也存在於無水的紙張中。她的形體雖然已經消逝,但她的精神卻存在於紙張內部數十億個原子之間的電化學鍵結中。在日語中,「神」字和「紙」字的發音同樣都是 kami,而我的計程車司機生活在這個造紙坊雲集的小鎮,難怪他聽到我說 kami 這個字時,臉上會露出迷惑的神情。紙神川上御前的神性,展現在我們的舌尖和耳畔。這世間的每一張紙都蘊含著她那些神聖的殿堂中所隱藏的能量。

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越前市供奉紙神的神社共有兩座。一座位於山頂,非常小巧,一年當中大多數時候都罩著防水布,只有節日時才會掀開。節慶期間,川上御前的神像會乘坐黃金轎子在鎮上遊行,拜訪各家造紙工坊。另一座神社則位於當地村莊與林蔭山坡的交界處,紙神的神像則位於賽錢箱和拜殿後方的本殿中。神社四周有牆,庭院內苔蘚遍地,有一道石砌階梯通往鳥居,階梯兩旁沿路都掛著燈籠。神社的四周有許多古老的日本柳杉,高度可以媲美雨林中的吉貝樹。據說在川上御前到來之前的數百年間,曾有一些手使長矛、能夠飛身上樹的勇猛武僧住在這裡。

岡太神社・大瀧神社的春例祭。source:越前市觀光局

山下的神社四壁都是木雕,題材包括築巢的鳥兒、龍、花草樹葉和橡實等等,畫面就如同一座森林,令我駐足觀賞了好幾個小時。這座神社共有三座屋頂,從賽錢箱到本殿後方依序呈波浪狀排列。這些屋頂是以木板和樹皮製的屋瓦組合而成,頗具森林氣息。然而,這種工藝建立在一個很矛盾的現象上:這座神社之所以能夠屹立不墜,靠的是木材中某種物質的支撐,但這種物質恰恰是紙匠造紙時所必須破壞的東西--木質素。

木質素是一種很硬的分子,木材之所以堅硬,就是因為裡面有木質素;如果沒有它,樹枝就會像棉線一樣柔軟,樹幹也將無法承受重量。但木質素不吸水,而且會使得纖維素無法交織在一起。傳統工匠是使用木灰和苛性鈉,將紙漿裡的木質素去除;現代紙廠則是使用氣味刺鼻的硫。在全世界各地,木頭在被製成紙張之前都必須經過這樣的淨化程序。

具有次級細胞壁的植物細胞卡通示意圖,圖中紅點為木質素(lignin)。圖/Caroline Dahl@WikimediaCommons

諦聽紙的低語

木雕是樹木的質地和雕刻家的巧思兩者交會的產物;紙張則是分子與分子交會的結果。紙匠必須懂得纖維和水的特性,並加以運用。樹木的材質和紙匠的手藝,都會在紙張上留下微妙的痕跡。有些紙張中嵌有花飾,例如樹葉、植物纖維和浮水印,藉以顯示它們的材質,但大多數紙都需要透過手指和耳朵才能識別:

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假鈔和真鈔的音質不同。偽造假鈔的罪犯絕大部分都不知道鈔票中所使用的植物種類以及水的比例。銀行業者和印鈔人員則會用手指摩娑鈔票,再根據它們所發出的聲音來判斷紙鈔的年分和材質。真正的行家能聽出紙張的產地。

我把一張文具紙湊近耳朵,並且輕輕的撫摸它的表面,這時我聽到那硬挺的紙面就像一片長著絨毛的葉子一般,發出一種柔和的聲音,彷彿用一根耙子劃過細沙似的。我的手指加快速度時,那聲音聽起來就像金屬製的溜冰鞋滑過冰上。

「雁皮」是日本人用野生的蕘花屬灌木的纖維所製成的紙,是「高貴」的手工紙,專門用來印製最精緻的刊物,或製作最昂貴的窗紙。這種紙表面光滑,我用手指撫摸時,幾乎沒有聲音,只有微微的尖細而平穩的聲響。

兩張楮紙,製法不同,就產生了不同的聲音。第一張紙是用未經搥打的纖維製成,在我的撫觸之下,發出了細碎的爆裂聲和窸窣聲響。由於紙張內涵有成千上百條捲曲的白色纖維,因此我的手指碰觸的角度決定了它所發出聲音的質地。第二張紙是用充分搥打過的纖維做成的,紙質細緻強韌,在我的手底下發出了低沉的震顫聲,有點像是細微的粉末互相摩擦的聲音。

紙張的纖維相互交錯,在紫外光照射下發出螢光。圖/Richard Wheeler (Zephyris)@WikimediaCommons

衛生紙。撕時無聲。它的纖維扁平稀少,很容易撕開。

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新聞紙,天氣乾燥時會啪啪作響。吸了溼氣,纖維變得鬆弛之後,被弄皺時,聲音就顯得有氣無力。在亞熱帶潮溼的氣候裡放了一個星期之後,它就完全沒有聲音了。

影印紙(印表紙)是紙中的軍訓教官,會發出有節奏的、類似扣扳機般的聲音。被揉捏時,聲音很大,無論你往那個方向拉扯,都不容易破,因為它表面有一層均勻的塗料,讓內部的纖維素變得穩定。

我行經空蕩蕩的街道走回車站,途中看到兩、三個老人正在屋後的架子上掛蘿蔔,另有一名男子用獨輪車推著一車楮樹皮從一旁經過。我一直走到山丘已經遠得看不清楚時,街上的車馬行人才多了起來,購物中心和高速公路也才相繼出現。十九世紀時,日本有將近七萬家造紙工坊,如今只剩下不到三百家。儘管我們現在每年使用的紙張多達四億公噸,比一九八○年代多了兩倍以上,卻愈來愈無視於紙的存在。這是因為在這個工業時代,紙張只不過是承載著印刷訊息的物品,是個配角,所以人們已經對它們視而不見了。

所幸,一些藝術家、印刷業者和造紙工匠仍舊能夠聽到紙的聲音。我們在結婚請柬、紀念冊和出生公告等各種儀式性的文件中,也仍舊可以感受到一些紙的精神,了解紙張的意義與重要性。

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和紙折成的蝴蝶。圖/pixabay

我曾聽蘇丹和波士尼亞的難民描述他們在逃難期間如何珍惜他們所剩不多的紙張,並實施限量供應的做法,以期充分利用每一公分的紙片。在紙上書寫的行為讓他們享受到自我表達的喜悅,但也讓他們擔心紙張會不敷使用。

萬一有一天,造紙工廠和電子螢幕(兩者都必須耗用大量的能源)都崩壞時,我們這個時代所留存的一切,將會被記錄在用三椏、雁皮、棉或楮樹製成的手工和紙上。那是川上御前的水和纖維所形成的產物。

本文摘自《樹之歌:生物學家對宇宙萬物的哲學思索》商周出版

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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液晶溫控纖維:捲窗簾、撐乳房、擁抱狗、掀燈罩
胡中行_96
・2023/11/20 ・2772字 ・閱讀時間約 5 分鐘

「教授」趴在辦公室的地板上,百無聊賴。材料科學家、互動設計師、工匠與工藝研究人員,整日於麻省理工學院媒體實驗室(MIT Media Lab),忙進忙出,沒空搭理。作為論文第一作者Jack Forman的愛犬,身兼創作謬思,「教授」可能從沒想過,自己終將獲邀貢獻學術,並且榮登致謝名單。[1]

第一作者的愛犬「教授」。圖/參考資料1,Figure 15a(CC BY 4.0

FibeRobo

「教授」備受冷落的這段時日,研究團隊一直忙於開發織物纖維:穿戴手套、實驗袍和護目鏡,隔著通風櫃,以液晶元(mesogen)為主要原料,適量加入能感光、增加黏性、降低驅動溫度,以及延長有效期限等的各種化學物質。然後,將調製好的液晶彈性體(liquid crystal elastomer;LCE),灌進精心設計的機器。利用液晶分子在常溫下整齊排列,遇熱就亂了陣腳,導致收縮的特性,生產出來的FibeRobo纖維,長度能為溫度所控制。製作步驟及機器各部位的功能,大致如下:[1]

左二為FibeRobo機器示意圖,最右是實體。圖/參考資料1,Figure 3(CC BY 4.0
  1. 可調控溫度的針筒幫浦,將原料加溫至約莫34°C,降低其黏性後,推擠出來。(圖片:Step 1的上半段。)[1]
  2. 紫外線照射,使纖維稍微硬化,避免蜷曲。(圖片:Step 1的下半段。)機器外圍的黃色壓克力板,能隔絕99%的紫外線,保護使用者。透過調光器,則可依需求適度調整光線強度。避免光線太弱,使纖維斷掉;或者是光線太強,而結塊並堵塞針筒的開口。[1]
  3. 鑷子夾住纖維兩端,把它拉得又直又細,再沾點礦物油,比較容易舒展。(圖片:Step 2。)[1]
  4. 經過滑輪的纖維,於緊拉的張力下,再照一次紫外線,加強硬化。(圖片:Step 3。)滑輪轉動的速度愈快,纖維就愈細。[1]
  5. 纖維被捲到機器最頂端的線軸上。(圖片:Step 4。)[1]
  6. 從線軸上取下纖維,撒點滑石粉,降低摩擦力,方便以後用機器紡織。等布料完成,再以溫熱的肥皂水,洗去滑石粉。[1]

通電與收縮

FibeRobo纖維搭配別種材料,可以創造不同的效果。然而傳統多股對絞的作法,會扭曲FibeRobo,使它收縮的特質變得難以預測。於是,研究團隊改將FibeRobo置於中央,在外面纏繞其他材料。比方說,拿以蠶絲包覆銅芯的利茲線(litz wire)來捆它。銅的電阻低,升溫快,能迅速使FibeRobo遇熱收縮。FibeRobo與利茲線合體後,接上2.5安培、8.5伏特的電,8秒即縮短37%;斷電30秒,則又恢復原狀。不過,這種混合纖維傾向堆成一團,不適用於針織、紡織與刺繡。研究團隊建議,最好分開製作,再搭配使用。[1]

a. & b. 不同材質的線,纏在一起。FibeRobo纖維與利茲線合體:c. 沒通電;d. 通電收縮。圖/參考資料1,Figure 5(CC BY 4.0

另外,他們也嘗試用導電塗料浸染纖維。如同調製LCE原料時,身穿防護衣著,隔著通風櫃,先將FibeRobo泡入含有重量百分濃度7%碳黑(carbon black)的甲苯(toluene)溶液裡。8小時後取出,置於80°C的烤箱中,烘烤1個鐘頭。如此一來,FibeRobo纖維就能通電,其電阻會跟著長度的伸縮變化。拉長變細的時候,電阻較高。[1]

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成品展示

研究團隊用FibeRobo纖維跟其他材料,做了些模型和成品,來展示實際用途。以下是其中幾個例子:[1]

  • FibeRoBra運動胸罩:當體溫隨運動逐漸上升,FibeRoBra便開始收縮,給予乳房無鋼圈、零負擔的支持。體溫下降後,布料又回到放鬆的狀態。[1]
圖/參考資料1,Figure 8(Edited;CC BY 4.0
  • FibeRoGlow燈具:開燈後升高的溫度,令燈罩緩緩上捲,彷彿打開花瓣。全程費時,大約5分鐘。[1]
圖/參考資料1,Figure 9(CC BY 4.0
  • ShadeRobo窗簾:窗簾不該因為陽光強烈,氣溫上升,就自動捲起來。因此,驅動此窗簾所需的溫度,被設計得比較高。布料只有在上面的利茲線通電時,才會有反應。4伏特、2.5安培的電,得花2分鐘,才能將這個5 x 5公分的小窗簾捲好。冷卻1分鐘後,又會完全攤平。[1]
圖/參考資料1,Figure 12CC BY 4.0
  • FurbeRobo遙控狗背心:論文的第一作者Jack Forman,為他的愛犬「教授」,織了一件小背心。本文開頭的那張照片,即是牠的定裝照。如果寵物在辦公室悲鳴,於實驗室忙碌的主人,就可以透過藍芽,啟動背心上的控制器。此時,連接12伏特、2.5安培電池利茲線,會通電並發熱,造成驅動溫度不高的布料,輕微收縮。就像給狗溫暖的擁抱,減輕牠的分離焦慮(separation anxiety)。不過,基於動物實驗倫理等因素,後來示範布料收縮的照片,都是穿在布偶上拍攝,「教授」再次被晾在一旁。[1]
圖/參考資料1,Figure 15(CC BY 4.0

成本與環保

2023年麻省理工學院的團隊,在美國計算機協會(Association of Computing Machinery)主辦的使用者介面軟體與技術(User Interface Software and Technology)研討會上,發表了這篇介紹FibeRobo的論文。研究團隊認為,他們的成果具有商業化的潛力。畢竟跟雷同的技術比起來,製作FibeRobo的成本相對低廉:機器的針筒幫浦約美金250元;裝滿5、10、20或30毫升原料的針筒,每個至多4元;而生產直徑0.5mm的纖維,每公尺約0.2元。[1]單人操作單機,一天或一個下午就能產出750公尺的纖維;[1, 2]亦有報導指稱是每日1公里。[3, 4]不過,FibeRobo不可回收,儘管某些新興LCE纖維可生物分解,有時搭配的導電材質,仍是廢料處理的阻礙。因此,在這方面還有改善的空間。[1]

麻省理工學院媒體實驗室的FibeRobo介紹影片。影/參考資料2

  

參考資料

  1. Forman J, Afsar OK, Nicita S, et al. (2023) ‘FibeRobo: Fabricating 4D Fiber Interfaces by Continuous Drawing of Temperature Tunable Liquid Crystal Elastomers’. UIST ’23: Proceedings of the 36th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology, 9, pp. 1 – 17.
  2. MIT Media Lab. (27 OCT 2023) ‘FibeRobo: Powerful Body-Temperature Morphing Fibers’. YouTube.
  3. Paul A. (26 OCT 2023) ‘This liquid crystal fabric is ‘smart’ enough to adapt to the weather’. Popular Science.
  4. Global Update. (29 OCT 2023) ‘New Liquid Crystal Elastomer Fiber Makes Shape Shifting Fabrics a Reality – FibeRobo’. YouTube.
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胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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【成語科學】洛陽紙貴:從絲綿到用樹皮,古代的造紙簡史
張之傑_96
・2023/06/21 ・1079字 ・閱讀時間約 2 分鐘

東漢以後就是三國和西晉。西晉文學家左思,親自走訪三國的國都——吳都建康(今南京)、魏都洛陽、蜀都成都,耗時 10 年,寫成 1 萬多字的《三都賦》。

這篇賦寫得好極了,大家紛紛買紙來抄,一時供不應求,把洛陽的紙價都哄抬貴了。

這就是成語「洛陽紙貴」的由來。讓我們試著造個句吧。

  • 張愛玲的第一本小說集《傳奇》推出後,同一個月就再版了,受歡迎的程度當真可以用洛陽紙貴來形容。
  • 英國推理小說作家克莉絲蒂,每部小說都洛陽紙貴,其著作已譯成 100 多種語文,總銷量超過 20 億冊。

西元 291 年,左思寫成《三都賦》。上推 186 年(西元 105 年),蔡倫改良造紙術成功。左思的《三都賦》造成洛陽紙貴,可見這時的上層社會,紙已取代了竹簡。

《天工開物》中記載古代造紙術的流程。圖/維基百科

紙是中國的四大發明之一。最早的紙是絲綿紙,是古人無意中發明的。原來我們的祖先早就會製造絲綿了,方法是將蠶繭煮過,攤在竹蓆上,浸在水中打爛。當製好的絲綿從竹蓆上取下來時,蓆子上往往還殘留著一層絲綿。等竹蓆乾了,這層絲綿就變成一張薄薄的絲綿片。

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這一無意中的發現,帶給人們莫大的啟發,於是有人從水中將一層薄薄的絲綿「抄」(撈出來)在竹蓆上,晾乾後就成為絲綿紙。

絲綿紙用蠶絲做原料,價格太高,不可能大量生產,但它的製法卻具有啟發作用:既然可以用蠶絲來製紙,那麼可不可以用廉價的植物纖維代替?到了西漢,人們開始用大麻和苧麻製紙,所用的方法和絲綿紙完全相同;但當時的麻紙又粗又厚,不適合寫字。到了東漢,經過蔡倫的改良,才算有了成效。

蔡倫從小就到皇宮當太監。他曾經管理過宮廷用品,發現當時的書寫材料都有缺點:竹簡過於笨重,帛(絲織的布)和絲綿紙又太貴;於是決心改進造紙方法,希望能找到一種又便宜又實用的書寫材料。

西元 105 年,蔡倫成功改良造紙術。圖/維基百科

蔡倫綜合前人造紙的經驗,用樹皮、麻頭、破布和破魚網做原料,將它們剪碎、蒸煮、搗爛,然後「抄」在蓆子上,晾乾就變成紙了。用這種方法造出來的紙,又薄又平,很適合寫字。蔡倫把這項成就報告漢和帝,從此全國各地都開始用這種方法造紙。

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8 世紀時,中國人發明的造紙術傳到阿拉伯。12 世紀傳入歐洲。距離蔡倫改良紙術成功,已經有一千年了!

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張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。