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我不是蚯蚓,我是海參

大海子
・2012/04/02 ・1804字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 476 ・五年級

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「快看!好噁心喔!那邊有一條黑黑的好像大便耶」

「你看!你看!好大的一隻黑色蚯蚓喔」

珊瑚展示缸的擁有黑色圓滾外型身軀的蕩皮參常被誤以為是海洋大蚯蚓

小朋友大聲地吆喝家人前來看看他的新發現—海中蚯蚓,一群人頓時圍了上來,爭先恐後要看看海中的蚯蚓到底是何長相?是不是像一般常見的蚯蚓,身體長長的,體型圓滾滾的,還會一口一口地吃泥巴,最後還從肛門拉出一顆顆橢圓型的便便?

這樣一群人一邊看,一邊議論紛紛,最後終於得到結論:真的耶!真的是一隻超大隻的黑色蚯蚓,沒想到海中也會有蚯蚓。然後帶著志得意滿的表情,又繼續往海底隧道走去,讓站在旁邊聽了整場對話的我哭笑不得,覺得海洋教育好像應該再努力。

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棘輻肛參是潮間帶中常見的海參家族之一
棘輻缸參是潮間帶中常見的海參家族之一

真是奇怪,明明牠就不是蚯蚓,為什麼遊客還一直找盡各種理由自圓其說地說服自己和別人呢?顯然人眼睛所看到的事物往往就是自己心裡所想要的,可牠明明就是一隻蕩皮參,是有著修長圓潤的身型,身體也可以伸縮自如,而且牠的確好像在抓泥巴吃,還一口接一口吃得津津有味;乍看之下牠還真有點像蚯蚓,連吃泥巴這件事也像;事實上蕩皮參與蚯蚓一點親緣關係都沒有,蚯蚓屬於環節動物,而蕩皮參則歸屬於棘皮動物,是海參的一種,與海星、海膽與陽燧足等有著密切的親緣關係,常可在恆春半島的岩礁潮間潮池中看到牠的身影,常與一群長相奇怪的表兄弟姊妹們如棘幅缸參,一起生活,大部分的時間都像挖土機一樣地在挖沙吃土,大量地過濾泥沙中味道鮮美的有機顆粒,隨著牠大口大口的吃沙挖土,許多雜石碎粒也被囫圇吞棗地嚥下肚去,再經過長長的腸道,有機碎屑被篩選了下來成為養份,而砂石則被混合壓縮成長條圓柱,經過缸門肌肉的一壓一縮,變成大小不一的橢圓形的糞粒丸留在沙灘上。

蕩皮參輻射狀的觸手是用來抓食泥沙的
蕩皮參輻射狀的觸手是用來抓食泥沙的

那為什麼牠會出現在珊瑚展示缸中呢?原因在於蕩皮參擁有如此高超技巧的去污能力可以清除沙中有機物,當然會成為維持珊瑚生態缸中乾淨水質不可或缺的好幫手。珊瑚的人工棲息的條件之一是要水質清澈,除了可以讓珊瑚體內共生藻可以得到充足的陽光之外,也可避免滋生細菌破壞水質。在天然的海洋環境中,生態系統本身有足夠的自淨能力清除環境中所產生的有機物,如食物碎屑、糞便甚至屍體等等,但是在人工飼養的環境之下,就要靠維生系統了,然而無論維生系統如何地有效率清除展示缸中的有機廢物,也會有漏網之魚,那些掉落在展示缸底的泥沙中的食物碎屑、魚群們的糞便等等,在在增加了不少水質的風險,這些沈積在泥沙中的有機物質,若不及時清除,就會開始腐敗,滋生細菌病毒,除了造成水質混濁之外,還會危害展示生物的健康。就像人在密閉的空間中,若不幸有人從身體排出噁心的廢氣時,身處在相同空間內的其他人都會受到池魚池之殃,相同的道理,展示缸內的有機廢物也是要儘快排除,以免危害展示生物本身的安全。

有『潮間帶推土機』之稱的蕩皮參正四處挖土覓食沙中的有機質
有『潮間帶推土機』之稱的蕩皮參正四處挖土覓食沙中的有機質

蕩皮參喜食泥沙中的有機物,就好像一具泥沙去污機器,終日挖土清泥,有效地將有機物一一清除,說不定連同一些有害的細菌,都一起被吞進蕩皮參肚裡消滅了,不僅把底沙清理的乾乾淨淨還能殺菌,這隻看起來黑色不起眼的生物,其實對於美麗的珊瑚礁生態有著不可磨滅的貢獻,原來美麗的背後都有不起眼的角色在撐腰。

外型不起眼蕩皮參在美麗的珊瑚生態展示缸中擔任清潔環境的重大工作
外型不起眼蕩皮參在美麗的珊瑚生態展示缸中擔任清潔環境的重大工作

本文原發表於國立海洋生物博物館59期

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大海子
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希望以人文關懷的觀點,將海洋生物世界中的驚奇與奧妙, 透過多媒體的設計與展現,分享個人心得給社會大眾, 期望能引起更多人關心海洋的公共議題, 為保護海洋略盡一份心力。

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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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