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斑馬的條紋到底有什麼用?讓馬穿上外套破解百年謎題

果殼網_96
・2019/05/09 ・2000字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 490 ・五年級

這匹馬穿上了黑白條紋的外套是怎麼回事?以為穿了馬甲就認不出來了嗎?我們當然不會認錯,但那些總是圍著馬飛的馬蠅就不一定了。

Plos One雜誌最近發表了一篇新研究,試圖解開一個從達爾文時代起便困擾著科學家們的謎題:斑馬究竟為什麼長著條紋?答案可能並沒有我們想的那麼複雜──條紋能夠避免蟲子的叮咬。

百餘年近二十個假說嘗試解釋斑馬之謎

在過去的 150 多年裡,關於斑馬條紋之謎的假說有將近二十個。最普遍的說法是,條紋在自然界中起到了偽裝色的作用;也有說條紋造成對流,能夠幫斑馬在炎熱的環境中降溫;還有的說這獨特的紋理有社交功能,能讓斑馬在野外辨認出同伴。

但是,這些假設都被一個個推翻了──條紋偽裝對於獅子來說不太起作用,因為獅子視力並不好,在遠距離時主要是靠聽覺和嗅覺來發現獵物。​

左方為人類視角,右方為獅子視角。(編按:稍早誤植,已修改 2019/5/9 18:15)

至於降溫,對斑馬和其他野生動物進行熱成像測量後發現,斑馬並不比身邊的其他動物「更涼爽」。那麼社交呢?事實上,純色馬可以通過臉和聲音來辨識彼此,並不需要依賴條紋。而且偶爾也會出現沒有條紋的斑馬,它們並不會被其他斑馬排斥。

只剩下條紋驅蟲一說。

為了證明這僅剩的一種假說,加州大學大衛斯分校的生物學家蒂姆.卡羅(Tim Caro)和同事們來到英國薩默賽特的一家馬場。在這裡,他們得以近距離地觀察純色馬和斑馬,以及嗡嗡飛的馬蠅。

馬蠅很少在斑馬身上多做停留

數蟲子不是一件容易的事。兩個研究員一左一右,站在距離馬兩米內的位置,用肉眼觀察,並用攝像機記錄下了馬和馬蠅的一舉一動,然後一幀一幀地分析錄影。他們發現,純色馬和斑馬吸引到的蒼蠅數量差不多,但是,真正停留在斑馬身上的蒼蠅要遠遠少於純色馬。這讓人有點費解。

先來看看純色的棕馬。周圍的馬蠅盤旋、轉圈、逐漸減速,然後穩穩地降落在了馬身上,至少能停留 10 秒,最長能停 20 分鐘。

斑馬就不一樣了,大多數馬蠅直接飛過了它們,或者只短暫停留了不到一秒就飛走了。

「停留」這個詞用得還不夠準確,斑馬吸引到的這些蒼蠅幾乎沒有減速,直接撞了上去然後被彈開,像是走路不注意看路的人撞上了玻璃。

可見條紋是真的能驅趕馬蠅?研究員們還不敢妄下定論,因為影響馬蠅飛行軌跡的因素還有很多,比如說氣味、溫度、風速等。為了控制這些變數,研究員們又設計了一個實驗。

給馬穿上不同的外套

他們給同一匹馬分別穿上白色、黑色以及條紋三種不同的外套,看看在同樣的時長內,究竟哪一種的驅蟲效果最好。

實驗結果應驗了之前的猜想,條紋又一次贏了。停留在條紋外套上的馬蠅數量,要遠遠低於白色或黑色外套上的。

但是外套只遮住了身體,頭部還是裸露著的。一隻穿著條紋衫的馬還是會吸引馬蠅,只是這些馬蠅在靠近的時候選擇調轉方向,停在光裸的馬頭上。

實驗結果讓研究員們得出一個結論:馬蠅在遠處並不能分清斑馬和純色馬,只有在靠近到一定距離時,黑白條紋才會開始發揮作用

到底是什麼作用?科學家們猜想,黑白條紋會產生一種視覺錯覺,在馬蠅逼近時擾亂它們的運動模式,它們無法正常降落。

還有一種猜想聽起來更有趣:蒼蠅們在遠處時看不清斑馬,誤把斑馬當成了一個個黑色的物體,像是一排樹,牠們試圖從樹之間的縫隙飛過去。只有在靠近斑馬時,馬蠅們才意識到那是一個實實在在的物體,來不及刹車就撞了上去。

夏天來了,買件條紋衣吧(誤)

你也許會想,我這一輩子都見不到幾次斑馬,我知道它們條紋的奧秘有什麼用?科學家研究斑馬的意義是什麼呢?

一個重要的科技應用是自駕車。昆蟲有著不同尋常的視覺處理能力,給自駕車的人工視覺和碰撞檢測系統提供了豐富的靈感。現在我們已經知道黑白條紋對馬蠅的飛行活動是有影響的,那是否對自駕車的系統也有影響呢?自駕車的應對系統可以升級起來了。

對養馬行業或者愛騎馬的人來說,這個研究也很有意義,可以考慮給馬和騎手定制條紋套裝,讓他們免受蒼蠅的煩擾。

對於我們普通人來說,這個研究給我們的實用啟示再簡單不過:給自己添兩件條紋T恤,畢竟夏天就要到了呢。

編按:沒想到很快就有新研究反駁這個說法啦!快看看這個世紀難題的新發展:舊問題舊假說的新研究:斑馬的黑白條紋有助降溫嗎?

參考文獻

  1. Associated Press. (2019). Why do zebras have stripes? The ages-old question may finally have an answer. The Washington Post.
  2. Caro, T., Argueta, Y., Briolat, E.S., Bruggink, J., Kasprowsky, M., Lake, J., Mitchell, M.J., Richardson, S. and How, M., 2019. Benefits of zebra stripes: Behaviour of tabanid flies around zebras and horses. PloS one, 14(2), p.e0210831.
  3. How, M., & Caro, T. (2019). Zebra’s stripes are a no fly zone for flies. 

本文授權轉載自果殼網,原文標題:斑马究竟为什么长斑?一个困扰了科学家150年之久的谜题

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用這劑補好新冠預防保護力!免疫功能低下病患防疫新解方—長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2882字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022 年美、法、英、澳及歐盟等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示該藥品針對 Omicron、BA.4、BA.5 等變異株具療效。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
帕克斯洛維德
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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塞車好心煩!自動駕駛能解嗎?——台大資工林忠緯專訪
科技大觀園_96
・2021/02/08 ・4673字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

每到年節時期,不管返鄉或是出遊,用路人最討厭遇到的就是塞車,漫長的等待、讓人踩剎車踩到腳痛的行車速度,抑或是被汽車廢煙包圍的感覺,本是愉悅心情恐怕都大打折扣。你也是恨不得讓「塞車」這個詞消失在這世界上的人嗎?自動駕駛或許能幫你達成心願喔~感到好奇的話,那就繼續看下去吧!

造成塞車的幕後黑手是誰?

試想,人類與機器人在駕駛汽車時,要維持車與車之間等速前進,誰會 hold 得最好呢?答案很明顯是……機器人!為什麼呢?關鍵就在於「人類的反應速度」,反應速度因人而異:當老(手)司機在開車時,他們能夠對於哪時候該踩剎車、油門的反應速度快,因此不會因誤判與前車之間的距離,而落下一大段「空白車距」;然而菜鳥司機就不一樣了,他們反應速度沒有老(手)司機快,所以在看到前方車輛時,因無法正確判斷哪時候踩剎車最恰當,加上基於安全意識都會先減慢避免 A 到前車為第一反應,「空白車距」自然就出現了~而後方的車輛們會因為這位菜鳥司機(老鼠屎)的行車速度減慢而開始擠成一團,造成塞車。

相信駕駛人們遇到塞車的反應都跟圖片中的人一樣煩悶不堪。圖/GIPHY

相反地,當機器人在行車時,因為他們的動作程序一致,因此能穩穩地維持等速行駛。這也就是為何現今車廠想推出自動駕駛車(以下簡稱「自駕車」)的原因之一。自動駕駛真有那麼神嗎?讓我們來一一剖析它吧!

延伸閱讀:連假無法逃離宿命!為什麼會塞車呢?

自駕車大小事

自動駕駛,顧名思義就是讓車子在無人為操作的情況下,將行車速度與控制車間距離等原本需要手動操控車子行進的動作轉為自動化,以減輕駕駛人的行車負擔。

  • 自動駕駛分級:

自動駕駛可是也有分級制度的!國際汽車工程師協會 (Society of Automotive Engineers, SAE) 依據汽車的自動化程度分為以下級別:

參考資料:SAE International

時至 2020 年末,汽車業的自動駕駛即將發展至第四級,第五級則是各企業競相達成的最終目標。

  • 自駕車的配備主要有哪些?
    • 感測器:相當於人類的眼睛,能辨識障礙物的種類及位置。而感測器又可分為攝影機(Camera)、光達(LiDAR)、雷達(Radar)、超音波這四種,不同種的感測器對於環境辨識及障礙物解析力也會有差異。
    • 動態定位:相當於 Google 地圖功能,當接收來自感測器的環境資訊後,自駕車能協同 GPS、IMU 與高精準地圖資訊等定位工具自動辨識車輛所在位置及設定目的地。
    • 智慧決策:相當於人腦的決斷力,透過整合電子地圖 (RNDF/OpenStreetMap)、感知融合(Perception)、靜態軌跡規劃(Mission Planning)、行為規劃(Behavior Planning)以決定自駕車整體需執行哪些動作及規劃。
    • 電控底盤:負責車子的轉向、剎車及油門。

參考資料:自駕車發展趨勢與關鍵技術

自駕車能透過感測器偵測車距以維持車與車之間最佳距離。圖/GIPHY

自動駕駛真的能解決塞車嗎?

自駕車本身雖能達到自動辨識路口標誌及安全煞停系統,但它就像一個好的食材,需要透過精湛的廚藝及調料的輔助才能發揮它最完美的風味,而輔助自駕車的便是「車聯網」。究竟什麼是「車聯網」?自駕車與車聯網的搭配真的能解決塞車嗎?就讓台大資工系的林忠緯教授來幫大家解惑吧!

林忠緯教授熟知自駕車與車聯網的研究。圖/轉自科技大觀園。

林忠緯教授小檔案:
林忠緯教授在博班時期的研究題目即是關於 Cyber-Physical System(CPS)的研究,而 CPS 簡單來說是指能夠執行物理層面上動作的電子產品,例如車子(能在路上行走)、心律調節器(能放電控制心律)都屬於 CPS。林教授在博班的研究即是關於車子的 CPS,也曾在美國通用汽車(General Motors)實習,畢業後持續拓展自己所長,進入加州矽谷的豐田汽車(Toyota InfoTechnology Center)擔任研究員。林教授熟知自駕車與車聯網的研究,自身也致力於自駕車、車聯網與資安問題的研究,並開心表示對於未來 28 年後自駕車的展望懷抱深深的期許。

  1. 車聯網是什麼?
    車聯網(Internet of Vehicles,IoV)是指車與車之間(vehicle-to-vehicle,V2V),或車與道路狀況(Vehicle-to-everything, V2X)之間利用網路互相交換、接收感測器所會彙整出的訊息,以達到更完善、迅速的交通網絡資訊交流,讓用路人能即時獲得路況的整體資訊。
車聯網就是車子版本的物聯網。圖/Pixabay
  1. 自駕車結合車聯網真能解決塞車嗎?
    若要剖析塞車問題,其實可以分成以下幾種狀況,自駕車必須面對各種塞車情況作出相對應的解決方案。
    1. 選擇路徑:假如過年走春行程是去宜蘭玩,大家通常會想到要走雪隧,然而當大家都走雪隧的話,勢必會造成大塞車。而車聯網能即時追蹤到已經開始塞車的道路,並通知自駕車可以改走較為不塞車的路段(例如北宜),這時候就達到了疏散車流量的效果。
    2. 路口與路口間的交通號誌:假如今天車子走在路上,一路都是綠燈當然令人心情愉悅,反之,則會導致後面開始塞車,因此在車聯網當中也可以整合總體交通號誌的順暢運行。
    3. 單一路口的車輛運行:通常遇到駕駛人遇到路口,都需先放慢行駛速度,觀察轉角方向是否有來車,再行通過;當一個路口車多時,塞車肯定逃不掉~而車聯網能達成上述第二點的升級版——便是不用交通號誌!車聯網就像是開上帝視角,可以同時獲得路口的各道路資訊,而這些資訊是單一自駕車無法自行偵測的,自駕車針對這些資訊做出相對應的動作,而自駕車對於這些動作的控制能比駕駛人更加精準,因此車聯網與自駕車能夠相輔相成增加路口的運行效率。
    4. 單一車輛的運行:車聯網與自駕車亦能互相搭配在安全的前提下縮短跟車距離並減少過度保守的煞車,如此道路的使用率能夠提升,也能減少塞車的機率。
自駕車結合車聯網能達成無須紅綠燈,路口間也能順暢行駛。圖/GIPHY

林教授認為自駕車結合車聯網勢必能解決部分層面的塞車問題,也能避免酒駕、恍神、視線死角等人為意外肇事的發生比率,但在現實生活要自駕車能實際放在道路上跑,現階段仍面臨重重難關。

  1. 自駕車的發展現階段會遇到哪些瓶頸?
    讓我們想像一下,當自駕車、車聯網已完全取代所有的交通系統,實際上最有可能會發生以下幾種瓶頸:
    • 瓶頸一:自駕車的整合系統尚未完善
      林教授個人認為目前自駕車的整合系統會是一大問題,即便供應商提供再好的車組配件,配件與配件之間的整合系統不佳還是會造成車子載運行時效率不佳甚至還可能會釀成車禍,或是遭駭客入侵自駕車系統。所以教授認為設計一個具縝密規畫的整合系統,不僅可以讓車子運行順暢,也能保障駕駛人的安全。
    • 瓶頸二:法規訂定的難題
      當自駕車發生車禍了,那誰該跳出來負責任呢?該怪自駕車內部的機器學習沒有收納進這些意外狀況的數據嗎?還是都是工程師的錯?其實這也是自駕車衍伸出的頭疼題,而林教授針對這個問題也提出相關建議,例如在購買自駕車時,售價的一部分可以作為保險補償,當發生意外時,便能獲得補償金。
    • 瓶頸三:消費者的接受程度
      消費者在購買商品時常會考慮價格及使用感受,而自駕車雖然目前製造成本高昂,但相信未來隨著自駕車的研發技術逐漸成熟,成本也會隨之下降,但成本要降到多低才能達到量產,以及售價普遍是消費者能接受的範圍仍是個問題。另外,感受度的部分,當我們坐進自駕車裡面,由於自駕車可以精準縮小車距,因此當對向來車很近地迎面衝過來,真的不會嚇到嗎?因為自駕車有別於以往的行車感受,所以也不見得能被所有消費者接受。
      另外,有部分消費者享受自己駕馭車子的樂趣,所以他們也不會想使用自駕車,當道路上並非統一是自駕車的情形,要達成車聯網更是難上加難哪~
    • 瓶頸四:資安問題
      自駕車結合車聯網運行時極需網路,而有網路的地方,駭客便如影隨形,當駭客像電影情節一樣駭入車聯網時,不但會構成駕駛人的性命威脅,甚至還會造成全面性的交通世紀大癱瘓!水能載舟亦能覆舟,車聯網雖能讓交通運行更順暢,也可能會釀成一場可怕的災難,因此林教授強調維護資安也是設計車聯網的重點項目。

解決塞車問題的理想藍圖

當我們檢視塞車問題的視野再拉遠一點,除了自駕車及車聯網以外,教授也慷慨地分享了以下管道解決塞車問題:

  • 共享汽車:當大家都選擇搭乘共享自駕車,便能減低車流量與車子的總量(大家更傾向不買車),路上的車子少了,便能減低塞車的發生率。(傳染病盛行的時代不太適用)
  • 道路擴大:當車子的總量下降,停車需求減少,空間使用更有彈性。當道路新增了好幾條線,便能分散車流,避免全部車子堵在同一條路上。
  • 網路通訊:現在網路科技發達,人們在家也能透過網路完成視訊會議、參與活動,減少出門的必要性,也就無須駕車。

結語

雖然現階段自駕車要完全解決塞車問題仍需經時間歷練,但相信透過林忠緯教授及眾多研發單位的辛勤貢獻,大家在春節期間能夠利用自駕車與車聯網享受更加順暢、迅速的行車體驗,而不再受塞車之苦的日子指日可待!新春期間,也祝大家行車平安,旅途別塞!

塞車問題仍需大家共同努力解決,才能營造良好的交通網絡。圖/GIPHY

參考資料

  1. 「自駕車受騙上當和辨識盲點」之專家回應
  2. 為何美國交通部選用SAE的自動駕駛分級,而棄NHTSA丨汽車商業評論
  3. 自動駕駛車發展現況與未來趨勢
  4. 何謂自動駕駛?
  5. 關於自動駕駛:內行人才會懂的有話直說
  6. 對於塞車問題,智慧交通提供的四大解決方案
  7. 塞車讓駕駛踩煞車踩到抽筋,汽車新科技解決這困擾!(內有影片)
  8. 2020 最新自動駕駛技術報告出爐!以特斯拉、Volvo 為例,全面涵蓋智駕技術
  9. 網宇實體系統與製造應用- 熱門焦點- 經濟部技術處
  10. Wevolver: Knowledge for engineers
  11. 一起來用十分鐘略懂自駕車吧!GoGoGo!
  12. 無人駕駛車/自駕車技術探索
  13. SAE International
  14. 科學月刊:不需駕駛也能輕鬆上路-淺談自駕車與高精地圖
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科技大觀園_96
82 篇文章 ・ 1109 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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如果你是一台自駕車,這些是你可能會遇到的考驗
做車的人_96
・2018/01/22 ・2869字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 512 ・六年級

文/郭長祐

圖/TayebMEZAHDIA @Pixabay

談及「自駕車」,或許會有人天真地認為,行車電腦只要運用前後保險桿上的超音波測距器(俗稱倒車雷達)來偵測前後車距離,以此來調控車速,以及用類似技術使汽車保持在車道內行駛不偏離,以及能在避障情況下完成改變車道、轉彎、停車等動作,就是完滿的自駕技術與程序。事實上,實現自駕車的技術與考驗遠大過於此。

難解的電車難題

自駕車如果遇到相似於倫理學問題「電車難題」的狀況,應當如何權衡判斷呢?圖/By McGeddon [CC BY-SA 4.0], viaWikipedia Commons
自駕車其實需要因應各種突發狀況,例如突然煞車失靈時當如何處置?是持續向前行駛,但可能因此使五名路人死傷,還是選擇改變方向,但會使另一方向的一名路人死傷?這時行車電腦當如何權衡判斷呢?

或許上述的例子過於特殊,實務上很難遇到,但確實點出自駕車實際上路,必然要面對複雜多變的情境。又如一個小女生為了追一個皮球而跑到馬路上,這時若不改變方向女孩將被車輾過,右轉則會撞向其他路人,左轉有可能就撞上水泥牆,車內乘客也會受傷,或者是一隻狗跑到馬路上,或前方貨車的油桶鬆綁滾到馬路上,這些情境自駕車都必須事先備妥研判能力,事發時才能正確快速因應,例如爆胎時只能讓汽車放開油門,緩緩向前到耗盡慣性而停止,若這時嘗試踩煞車或轉動方向盤,反而可能招致全車翻滾的危險。

科學家、工程師努力卸除社會對自駕車上路的心防

即便自駕車具有克服各種車況、情境的能力,自駕車上路依然有其他層面的挑戰,其中社會接納度至為關鍵。根據調查,有 78% 的受訪者表示不敢搭乘自駕車,以及有 41% 的汽車駕駛不願意跟自駕車一同上路,深怕自駕車出狀況殃及他們。

關於此,自駕車業者與研發團隊必須付出更多努力、甚至更有創意的做法才能使社會接受。過去百事可樂曾有一個蒙眼試驗廣告,邀請一群人蒙上眼睛後試喝兩種可樂,實驗證明單憑口感很難精準分辨可口可樂與百事可樂,表示消費者認為先出現的可口可樂口味更佳是種迷思,進而使百事可樂的銷售大增。

根據相似的心理學,或許在自駕車技術成熟後,可以安排實驗證實一般人無法分辨自駕車與人工駕駛的行為;甚至安排一個逼真的假駕駛,悄然在路上行駛一段時間後再告知大眾,以展現自駕車與一般駕駛幾無差別,或許可以說服社會大眾卸除部分心防與多慮。

除了科技突破,自駕車想上路,還得解決社會大眾的疑慮。目前看來,科學家與工程師們還有一大段路要走。 圖/ifinnsson @Pixabay

當然,除了心理層面外,實質上也要讓自駕車的互動更逼近人為駕駛,例如變換車道會打方向燈,前車過近會按喇叭,對向來車有危險行為時,會讓大燈遠近交替切換作為警示。其他如砂石車經過會刻意保持較遠距離避免意外,同時當關上車窗,因為很多高速行駛的砂石車常有砂石掉落,高速下噴濺起的砂石有時會傷到車內的乘客,或者前方有大型車輛時當把車內空調改成封閉循環,避免吸到大車排出的廢氣,維持車內空氣品質,保障乘客健康。做到這些,人們才能逐漸接納自駕車。

另外,人們也擔心行車電腦是否會被駭客入侵並操控,輕則癱瘓交通重則犯罪,畢竟真人是不會被駭的,但電腦會。這一樣有待人工智慧科學家、工程師的努力,才能讓社會大眾接受與肯定自駕車的上路安全性。

目前自駕車的發展還是有些卡關的地方?

談及自駕車面臨的挑戰,除了需要提升緊急狀況的因應能力以及社會觀感外,自駕車的自駕基本功也有待磨練。美國汽車工程師學會(Society of Automotive Engineers,簡稱 SAE)把自駕程度分成六級:

零級(level 0):完全人為操作。
第一級(level 1):某些自動化功能可單獨作用,例如定速巡航,駕駛設定好想要的車速後腳就可以放開油門,讓汽車自動以定速操控油門;
第二級(level 2):多個自動化功能同時作用,但仍需要駕駛關注,必要時仍需要人為介入,例如自動停車;
第三級(level 3):汽車幾乎可全程自主駕駛,必要時才有人為介入;
第四級(level 4):完全不用人為介入,但僅限高速公路或車輛較少時才能如此;
第五級(level 5):一切自動,堪稱終極的自駕。

目前車廠已可達三級水準,若干宣稱達四級,但尚無人宣示已實現第五級,僅有晶片商宣稱已推出可滿足第五級自駕車所需運算力的車用電腦系統。

上述為行車電腦自主駕駛的程度,但人們關切的自駕車安全程度則仍待商確。目前業界確實有一些初步討論,有科學家發表論文,期望用數學公式(Shai Shalev-Shwartz et. al, 2017 )來釐清自駕車碰撞事故的責任歸屬,不過論文發表後有許多爭議與質疑聲浪 ,可能還需要一段時間發展。

計算前車與後車安全距離的公式,詳見Mobileye 提出的自駕車事故公式 圖/Mobileye

另外政府也必須針對自駕車上路而增訂、修訂法規,目前世界各國政府都在拉高車輛安全要求,過去已要求汽車一定要有霧燈與前座安全氣囊才能出廠,現在也開始要求輪胎一定要安裝胎壓感測監督系統(Tire Pressure Monitoring System,簡稱 TPMS)才能出廠,進一步要求一定要配置防翻滾系統等,自駕車也當比照辦理。

有了自駕車,世界可能會很不一樣

談及自駕車,難道所設想的都是例外狀況與災禍嗎?答案應該為否,除弊之外自然也有興利的部分。自駕車若真能實現,也可能帶來更多的美好與便利。未來自駕車預先檢視全程路況,並對進行最佳化路程規劃,自動避開車潮,反而比人為習慣駕駛、記憶駕駛更快到目的地,甚更省行車能源,甚因行車操控更佳使零件更長壽而降低保修次數與花費,或因更佳、更可預設的行車狀況而降低車險費用。

就社會層面的考量,自駕車絕對不可能違反交通規則如超速或闖紅燈,自然可以省下讓交通警察舉發開單的社會成本;甚至更完善的大型自駕車系統可以調節車流分配,從而降低交通顛峰時間的塞車情況,節省龐大的時間成本。

路程規劃、車流調節、共享自駕車……,自駕車若真的普及,可能使我們的生活產生現在難以想像的新面貌。 圖/TeroVesalainen@Pixabay

進一步的,若自駕車夠普及,其實可以實現共享自駕車的願景,如同現在路上有 O-bike 就可以騎,只要針對使用的路程付費即可。而完全自主駕駛後,車內座位也可以完全打通,成為行動辦公室,或在車內共桌用餐、玩牌等,都有機會實現。在愛心傘夠多的情況下,就不再需要自己買傘,同理,到處都有車可搭,還有人要買私家車嗎?而免去私家車自然也就減少了相關的成本,包括每台車閒置時的成本、私人停車場的土地空間、甚至高額的停車費支出等。

最後,各位想像的自駕車未來又是怎樣呢?還有哪些挑戰呢?也請各位不吝與我們分享!

參考資料:

《做車的人》系列內容由裕隆集團委託,泛科學企劃執行

做車的人_96
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