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尼莫是男生?還是女生?

大海子
・2012/05/02 ・614字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 476 ・五年級

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小丑魚小時候清一色都只有兄弟沒有姊妹
小丑魚小時候清一色都只有兄弟沒有姊妹

卡通影片《海底總動員》中的小丑魚尼莫是男生還是女生呢?片中並沒有清楚說明,但是從生物學研究來看,尼莫出生的時候一定是男生,而且統統只有兄弟沒有姊妹喔,其他小丑魚的家族也都是如此,剛出生的魚寶寶清一色都是男生不是女生。

這樣的話,尼莫的媽媽是哪裡蹦出來的呢?難道是海葵變的?其他魚類變的?還是異形變的呢?還是說小丑魚的媽媽是陰陽魚呢?是雌雄同體可以是男同時也是女的?其實都不是,事實的真相是,小丑魚長大之後會在適當的時機改變性別,來個「性轉變」,由雄性魚轉變成雌性魚,這樣就可以與雄性魚交配,生產出許多小丑魚寶寶囉。

小丑魚是母系社會,家族的長老都是由資深的雌魚擔任,可說是一妻多夫制的代表,能成為長老的雌魚,都是家族中體型最大,身體最強壯的雄魚轉換性別而成的,而且一個家族通常只有一隻雌魚統領其他個體嬌小的雄魚,直到雌魚往生之後,才會再由雄魚群中的老大,轉變性別取而代之,繼續統領家族,雖然小丑魚雌雄外型幾乎長得一模一樣,難以辨別,但卻可以從「雌大雄小」的體型上的差異,一眼就看出誰是家族中的排行大小與性別。

小丑魚家族中體型較大的個體都是由雄性魚轉變而來的
小丑魚家族中體型較大的個體都是由雄性魚轉變而來的
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大海子
53 篇文章 ・ 3 位粉絲
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

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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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《海底總動員2:多莉去哪兒》哪裡有問題?
活躍星系核_96
・2016/07/15 ・2095字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 458 ・五年級

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作者/cot|滔滔 Ocean says 作者,英屬哥倫比亞大學海洋與漁業中心博士生

迪士尼動畫《海底總動員 2:多莉去哪兒》在北美首映的第一天,我跟一群朋友早在一週前就買好了票,浩浩蕩蕩的在充滿小孩的電影院中霸佔了最中間的兩排,就是為了先睹為快這部曾經在大家的童年佔有一席之地的電影,這次又有什麼令人興奮的新故事?

必須說:電影真的是好看的,我在其中數次大笑出聲,下一秒又濕了眼眶。

但是,即使一邊想要壓抑自己看電影時不要犯職業病,一出電影院仍然忍不住要碎碎念一下電影裡「科學不正確」的段落……

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SPOILER ALERT:以下會談到電影裡的劇情,還沒看過電影的朋友請斟酌服用。

(Pictured) DORY. ©2013 Disney•Pixar. All Rights Reserved.
《海底總動員2:多莉去哪兒》中的多莉。圖/迪士尼提供

1. 多莉、馬林和尼莫到底是怎麼從澳洲到加州的?

這趟冒險(失蹤之旅)始於待在尼莫家鄉澳洲大堡礁的多莉,突然想起自己的老家在加州的蒙特利灣(Monterey Bay)。於是,多莉以及尼莫、馬林便大老遠的大堡礁一路跑到加州,尋找多莉的老背老木。

這段漫長旅程在本片一開始只佔了五分鐘,不過沒關係,畢竟這部片又不是「多莉的環球冒險」──但讓人坐立不安的是,片中特別提及她們是與海龜們一起搭乘「加利福里亞洋流」而來的。

等等,從大堡礁到加州,若要搭乘加州洋流到達,必須先經過阿拉斯加吧?!

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洋流。圖/科學online

從上圖可以看到,如果要從大堡礁(澳洲東北部)出發,又要搭上加利福里亞涼流,必須先(不知道怎麼辦到的)穿過赤道,搭上黑潮。接著,等到黑潮在太平洋中央接上太平洋洋流後,到達寒冷的阿拉斯加附近,才能搭上加利福里亞涼流。

不過,不管是小丑魚(尼莫和馬林)還是擬刺尾鯛(多莉),他們最適宜的生存溫度都是攝氏 25-28 度左右,到底是怎麼在寒冷的加利福里亞洋流生存的(最低溫可到攝氏 9 度),真是個謎啊~

2. 鯨鯊「命運」(Destiny)是鯊魚,不是鯨魚

還記得在第一集時,會說「鯨語」的多莉讓自己和尼莫爸爸差點被大翅鯨吞掉的驚險情節嗎?在這集中,終於揭露了為什麼會說「鯨語」了!

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原來,多莉的「鯨語」是小時候與她的「管友」:鯨鯊「命運」和小白鯨「利鯨」學的。

但是,鯨鯊是鯊魚不是鯨魚喔!除了一樣都體型大之外,鯨鯊實在跟鯨魚沒什麼關係,人家可是堂堂正正軟骨魚綱的魚類呢!到底為什麼多莉可以跟明明就是鯊魚的命運學「鯨語」咧?

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鯨鯊。圖/By User:Zac Wolf (original), en:User:Stefan (cropping) – en:Image:Whale shark Georgia aquarium.jpg, CC BY-SA 2.5, wikimedia commons.

3. 多莉是海水魚,跳進人類的水壺中(淡水)不能活

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在人類水壺中的多莉。圖/擷取自官方預告片

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多莉的追尋父母大作戰中,為了在海洋中心移動到不同的展館,還有後來追尋尼莫和馬林搭上的卡車,必須在不同的水體中移動。

但是,身為海水魚的多莉,一旦掉進淡水裡,可是活不久的。多莉啊,下次跳來跳去之前請先想仔細啊!

4. 多莉目前人工繁殖極困難,大部分水族館中的多莉都還是來自野外

最後一點,也是最想要提醒各位觀眾的一點:多莉很可愛,但是請不要把她帶回家!

從尋找尼莫開始,兩部電影的主旨都在強調「人類不要為了一己之私,將野生動物從野外帶回室內馴養」。第二集中的海洋中心更是標榜他們的主要任務為救傷,並以野放救援成功的海洋生物為目標。

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可是,在當年海底總動員第一集造成轟動後,也連帶的造成小丑魚在水族市場大賣,成千上萬隻「尼莫」被從海中帶走(主要從菲律賓和印尼),永遠與他們的家人朋友分開。

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小丑魚。圖/PublicDomainPictures

比較值得慶幸的是,不久後水族繁殖的進展便跟上需求,現在已經可以買到完全人工繁殖的的小丑魚了。

但,「多莉」還沒這麼幸運!目前擬刺尾鯛幾乎無法人工繁殖(即使有零星成功的案例,但並未達到能供應水族商業需求的程度),所以帶一隻多莉回家,野外就少了一隻多莉……

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多莉是隻擬刺尾鯛,目前幾乎沒有辦法人工養殖,愛多莉的話就讓牠留在快樂的海洋吧!圖/By Tewy – Own work, CC BY 2.5, wikimedia commons.

雖然吐嘈了這麼多,還是很推薦大家去看這部片(只要不要把多莉買回家就好了),畢竟它還是如每一部迪士尼/皮克斯電影一樣,有帶給大人小孩夢想的能力,也談了很多關於親情與面對身心障礙的議題。

不過如果製作單位能再多在意細節上的科學一些,觀眾可能可以更投入吧?(畢竟迪士尼都諮詢了華盛頓大學的一名海洋生物力學家關於裡面生物運動的細節了,為什麼沒有在其他的地方做到 Fact-check,我實在不明白呀……)

本文轉載自滔滔 Ocean says

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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尼莫的房事-從出生搖籃到生命的搖籃
大海子
・2012/05/11 ・891字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 473 ・五年級

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小丑魚與海葵有著密不可分的共生關係
小丑魚與海葵有著密不可分的共生關係

小丑魚與海葵共生是眾所週知的事實,然而那是小丑魚的父母而不是小丑魚寶寶,在海底總動員電影中,尼莫的產房並不在海葵當中,卻是在大海葵下的一個岩洞之內,難道說小丑魚寶寶就不需要海葵的保護嗎?

關鍵問題在於是海葵的觸手是有毒的,而且毒性對魚特別有效,遇到侵犯者會射出毒針,將其麻醉之後,再用觸手將牠拖入口中,大唁美食一番。成體的小丑魚身體有保護的黏液,因而不會受到海葵的攻擊,反而遇到天敵可以躲入海葵觸手林當中獲得保護;而小丑魚也會驅逐攻擊海葵的其他魚類,清除小海葵身上的異物,讓海葵屋保持健康,稱得上是一位好管家。但是小丑魚並非一出生就可以大喇喇地住進海葵屋,因為剛孵化的小丑魚寶寶是光溜溜的,全身上下都沒有任何保護魚鱗,要等到魚鱗長出來之後,才有機會搬進海葵屋之中;若是在此之前還要強硬進駐海葵屋的話,那就會受到海葵無情的毒針攻擊,嚴重的話,甚至會死於非命,反而成為海葵的美味大餐。

即將孵化的小丑魚身體潔淨透明沒有魚鱗(圖片取自http://www.ird.fr/peches-et-pecheurs-du-sud)
即將孵化的小丑魚身體潔淨透明沒有魚鱗(圖片取自http://www.ird.fr/peches-et-pecheurs-du-sud)

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因此當尼莫剛出生的時候,就算不被人類抓走,也是有「屋」歸不得,也不能與父母同住一房,只能在外隨水波四處漂流直到全身魚鱗都長完全了(除了體型較小之外),其體色體態都與成體相差無幾,才能開始找尋自己喜好的海葵屋。但並不是和海葵房東初次見面一見鍾情,就可以搬進去住,在此之前還要接受海葵無情毒針的鞭打;開始之初小丑魚先是慢慢地接近海葵,一旦受到攻擊之後趕快閃得遠遠的。如此來來回回幾次之後,直到小丑魚身體適應了,開始有了保護身體的黏液,房東海葵漸漸地習慣了小丑魚的存在,釋出善意不再攻擊小丑魚了,此時小丑魚才會大大方方地搬進海葵屋,與海葵一起過著幸福快樂的日子。

如何讓小丑魚接近海葵

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