如何確定 ADAS 主動安全系統真安全？用模擬驗證技術先測試！

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

• 文／車輛中心 技術服務處

先別急著騎車，你聽過機車專用的駕駛系統嗎？

因消費者安全意識的抬頭，許多國家皆有專責機構推行新車評價計畫 (New Car Assessment Program，NCAP)，加上近年自駕車技術的快速發展，故現今汽車界最熱門的話題就是先進駕駛輔助系統 (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS)；ADAS 領域（下圖）涵蓋範圍相當廣闊，只要是利用車上的感測器收集到的資訊，經由各系統處理器分析運算後讓車輛完成動作執行，都可算是 ADAS 系統；而其中多項功能原本車廠僅配備在高階或旗艦級車種，近年來在中階甚至一般車款也可看到，對於一般民眾而言已不再陌生而是購車時的基本需求。

當汽車的 ADAS 正被熱烈討論的時候，其實機車也有先進駕駛輔助系統，雖然中文看起來沒什麼分別，不過從原文 Advanced “Rider” Assistance Systems 中可以了解，這是 Rider（騎士）專屬的系統，因此其先進駕駛輔助系統就簡稱為 ARAS。

ARAS 早在 2008 年開始於歐洲有了雛型，但就像許多的汽車系統（Fuel Injection 燃油噴射、ABS 防鎖死煞車系統、TCS 牽引力控制系統等），將其裝載在機車上的技術門檻較高，感測器及系統處理器要更精緻更小型化甚至統合化，這一切都需要更長時間的研發與測試，才能將系統安裝在機車上並普及，而目前也已經看到許多廠家陸續發表 ARAS 系統，最快可以在 2020 年可看到實車配備。

ARAS 駕駛輔助系統有三種

那未來會運用在機車上的 ARAS 系統有哪些呢？其實就上述所提到利用車上的感測器資訊，經由系統處理器分析運算後讓車輛完成動作，都可算是 ADAS／ARAS 系統，而歐洲 SAFERIDER-EU 聯盟針對 PTW（Power Two-Wheeler 兩輪動力車）的安全以及駕駛意識，優先列出數種較為重要的 ARAS 系統並說明如下：

車速警報功能 (Speed Alert Functionality)

當騎乘者行駛在路道上的車速超過最大允許速度時，提供警示訊息或警報聲響告知駕駛者適時進行減速動作，以車道允許的車速行駛可降低意外事故發生的機率，同時也降低發生意外事故發生時的死亡率（註：由國外研究得知 50km/h 發生碰撞之致死率為 30km/h 的 8 倍）。

前方碰撞警示 (Frontal Collision Warning)

在機車行駛時，系統會不斷的透過車上的感測器獲得資訊，以車輛的行駛方向及當時車速為基準，搭配系統設定進行煞車時所需要的安全距離，若在此行駛方向的安全距離內有其他車輛、用路人或者是障礙物，有一定機率會發生碰撞時，系統會發出警報告知駕駛者需進行煞車或閃避動作，除了預防事故發生，也有效避免騎乘者僅以目測或當下騎乘感的誤判發生意外事故。

車道變換輔助 (Lane Change Support)

除了前方碰撞警示系統的預警，機車在道路上行駛時變換行駛路徑的頻度相對高於汽車，特別是在交通繁忙的壅塞市區，騎士必須注意保持前方車輛間距，同時還須注意側邊及後方的車輛，並不時查看後視鏡或轉頭，在行車過程中反而不易專心，因此車道變換輔助系統基本上是藉由車輛後方／側邊的感測器，偵測一定範圍內的車輛及車速，適度提醒騎乘者在視野盲區或特定區塊有其他車輛，降低潛在的風險避免意外事故發生。

騎車除了 ARAS，也別忘了防禦駕駛精神

ARAS 就功能看來是非常先進的駕駛輔助系統，不過可以發現許多系統還是以輔助騎乘者行車安全為主，如果騎乘者對於系統的提醒或報警置之不理，持續相同騎乘行為還是無法降低發生事故的風險，建議騎士應發揮防禦駕駛的精神：認知危險、預測危險、避開危險，未來再輔以 ARAS 系統的協助，騎乘機車更有安全保障。

本文出自財團法人車輛研究測試中心；原文標題《騎士安全的守護者 機車先進駕駛輔助系統（ARAS）》，如需轉載，歡迎與車輛中心聯繫。