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幾多辣?

陸子鈞
・2012/06/26 ・364字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 456 ・五年級

哪家的麻辣鍋比較辣?這可能要問韋伯·史高維爾(Wilbur Scoville)了。化學家史高維爾建立了辣椒素(capsaicin)含量的指標,並以自己的名字命名為史高維爾指標(Scoville Scale)。史高維爾指標自1912年建立後,一直沿用至今,它有效且非常精準,從辣度零的甜椒(bell peppers),到警用級的辣椒噴霧劑,或世界上最辣的千里達魔蠍椒(Trinidad Moruga Scorpion pepper ,辣度150~200萬!)都能測量。雖然陸續有新的化學分析方法出現,但史高維爾指標仍是測量辣度的第一道程序。

編按:最後要附上《鋼鐵人》的小辣椒(咦?)

資料來源:POPSCI: How Science Measures Food-Chili Pepper Heat [2012.06.14]

參考資料:wikipedia: 史高維爾指標

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陸子鈞
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Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。

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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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【公視《神廚賽恩師》】天冷吃個麻辣鍋暖胃,體溫竟然越吃越冷?你以為的「辣」不是你想像的「辣」!
公視《神廚賽恩師》_96
・2023/02/09 ・947字 ・閱讀時間約 1 分鐘

辣椒裡的辣椒素會刺激皮膚疼痛纖維,觸發「痛覺」和「溫度」神經。痛覺讓口中產生灼熱感,灼熱感讓神經誤以為體溫上升,為了調節體溫身體大量出汗散熱!

辣椒是人類種植最古老的農作物之一哦!考古學家估計,在西元前5千多年,辣椒就已經是美洲瑪雅人的食物囉!
可是在東方,華人使用辣椒的歷史,並沒有那麼長……

味覺故事——辣味的古往今來

辣椒引進東亞大約只有三百多年,之前華人菜餚上的辣,來自葱薑蒜、花椒還有茱萸,辣椒反而被當成觀賞用植物…但後來,又是怎麼被普遍使用了呢?

過去,住在高山區、離海邊較遠的居民,取得鹽巴不易,居民試著在菜餚中加入辣椒,取代鹽巴來提味。

辣椒普遍被種植後,不但取得容易,還補強了缺鹽的窘境。而又辣又痛的感覺,讓古今中外人人都上癮,成為菜餚中重要的調味料哦!

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圖片 / 公共電視提供

吃辣和吃冰哪一個可以讓體溫下降呢?實驗結果顯示,辣椒裡的辣椒素會刺激皮膚疼痛纖維,觸發「痛覺」和「溫度」神經。痛覺讓口中產生灼熱感,灼熱感讓神經誤以為體溫上升,為了調節體溫身體大量出汗散熱!而吃冰,雖然能讓人瞬間感到涼爽,但人體會察覺到體溫下降太快,會自動調節體溫,反而體溫會上升!

全新第三季《神廚賽恩師

公共電視科普節目《神廚賽恩師》 ,結合科學、廚藝與食育教育,引領大眾用有趣的方式、從 Science-科學角度讓大眾了解傳統廚藝「伙房 36 法」中的科學知識。第三季節目於 2023 年 2 月 3 日起,每週五晚上 6 點在公視主頻首播,公視 3 台每週五晚上 7 點首播,重播時段為公視主頻每週六早上九點三十分與公視 3 台週日晚上六點播出。

▸《神廚賽恩師》第三季將於 2/3(五)起,18:00 在公視主頻首播

 其他播出資訊

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▍ 公視頻道每週五晚間 18:00、公視三台每週五晚間 19:00 (首播)

▍ 公視頻道每週六早上 09:30、公視三台每週日晚間 18:00 (重播)

▍ 並將於公視+ 影音平台完整上架 敬請期待

▍ 烹調中蘊含科學原理,一起發現料理中樂趣

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公視《神廚賽恩師》_96
8 篇文章 ・ 3 位粉絲
公共電視科普節目《神廚賽恩師》 ,結合科學、廚藝與食育教育,引領大眾用有趣的方式、從Science-科學角度讓大眾了解傳統廚藝「伙房36法」中的科學知識。第三季節目於2023年2月3日起,每週五晚上6點在公視主頻首播,公視3台每週五晚上7點首播,重播時段為公視主頻每週六早上九點三十分與公視3台週日晚上六點播出。

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尋找天下第一辣──《品嘗的科學》
行路出版_96
・2016/03/14 ・2105字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 532 ・七年級

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生物學上,辣椒的辣不屬於味覺或嗅覺,而是一種本能和直覺上令人不適的灼熱感。動物不偏好這種感覺,但是人類卻對這樣的刺激躍躍欲試。至於為什麼辣椒會在各種料理中這麼普遍,以及為什麼有些人即使受盡折磨,也要嚐一口那辣死人的滋味,科學上有幾種解釋,不過到目前都還沒找到完全讓人信服的理由。

其中一個理論講的是地域性:吃辣會使人流汗,可以幫助散熱,所以辣椒在熱帶地區比較常見。但是這個說法不能解釋,為什麼寒冷地區的人也逐漸吃起辣來了。另一個理論認為,吃辣可以刺激感官:食品科學作家哈洛德.麥克吉(Harold McGee)表示,嘴巴裡和舌頭上的神經受到灼熱的刺激後,味蕾會短暫的對觸覺和溫度變化等變得比較敏感,這麼一來,食物的味道嚐起來會更鮮明、更令人愉悅。但另一方面也有科學證據指出,辣椒造成的灼熱感,其實會讓神經的感覺變得比較遲鈍。

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人類「吃辣」這件事可說是生物學上一大懸案。credit:Suzie’s Farm@flickr

在生物學上完全講不通的人類吃辣習性,可謂一宗味覺懸案。甜味、苦味、酸味、鹹味或鮮味都有悠久的歷史,它們的存在比人類早了數億年,但是辣味對智人來說,還是一種頗為新穎的味道。辣椒的起源地在南美洲安第斯高原(Andean highlands)橫跨現今秘魯和玻利維亞的地方,距離現代人起源的東非大裂谷(East African Rift Valley)非常遙遠。

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人類首度品嚐辣椒,大概是在一萬兩千年前,從亞洲遷移到美洲的路上;真正變得比較普遍,則是五百年前左右。人類不斷在嘗試新的口味、愛上新的味道。辣椒的興起意味著,人類還在發掘新的感官刺激味,持續拓展我們的味覺版圖。這當中的意涵相當複雜。人類的味覺和嗅覺,與生理學之間有很密切的關聯,不管在新陳代謝、情緒和社交上,都扮演著重要的角色。突然闖進一種全新的味道,而且是以強烈而神祕的神經化學訊號刺激我們的大腦和身體時,會帶來什麼樣的衝擊呢?就像過去幾個世紀以來,我們飲食中的用糖量大增一樣,辛辣口味對人類的生理和飲食趨勢也是一大考驗,不同的是,辣味帶來的影響,有可能是利多於弊。

就像綠花椰菜的苦味一樣,辣椒的辣也是植物的防禦武器。六千五百萬年前,正當恐龍步入歷史時,開花植物還只是植物界裡地位卑微的成員,為了應付氣候變遷和日益壯碩的哺乳動物,玫瑰長了刺,辣椒則使出了辣椒素。

辣椒和曼陀羅同屬以化學防禦能力著稱的茄科(Solanaceae)植物,兩者都會製造毒素。曼陀羅花製造的毒素會讓人出現幻覺。不過,大部分的茄科植物,像是馬鈴薯、番茄、茄子等,在經過幾千年的培育後,都不再帶有這些毒素了。

但是某些植物,像是辣椒和菸草等,我們反而是用盡各種手段來提高它們的活性成分效果。我們稱這類有效成分為植物鹼,它們對我們的身體和心理都有強大的作用。除了辣椒素和尼古丁,這樣的植物鹼還包含咖啡因,以及海洛因和古柯鹼裡的活性成分。獨具風味的食物也常含有植物鹼,像是巧克力就富有苯乙胺(phenethylamine)和花生四烯乙醇胺(anandamine)等多種植物鹼成分。其中的苯乙胺是一種溫和的安非他命,花生四烯乙醇胺則是一種神經傳導物質,可以刺激大腦裡的快樂熱點(hedonic hotspots),引發快感。

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曼陀羅的植物鹼可以被運用在醫療麻醉上,據說中國古代名醫華佗製作的「麻沸散」的成分就含有曼陀羅。credit:潘立傑 LiChieh Pan@flickr

是什麼原因,讓辣椒非得採取這樣強烈的手段,讓動物們避之唯恐不及呢?又為什麼有些野生辣椒不會辣呢?如果辣椒素存在的目的是驅離動物,那麼,那些不辣的不就失去保護能力了嗎?

華盛頓大學的生物學家強納生.圖克斯伯里(Jonathan Tewksbury)利用生長在玻利維亞高原,有的辣、有的溫和的野生番椒(Capsicum chacoense)研究了這個問題。他發現有些昆蟲具有細長的吸吮器,會導致這類野生番椒遭受真菌感染,進而腐爛、無法生成種子。圖克斯伯里走遍了安第斯山谷,在山谷裡到處嚐試番椒、觀察它們的外皮是否有蟲子咬過的痕跡、檢驗是否有感染跡象。最後發現,不辣的番椒受到感染的情形,比會辣的番椒嚴重許多,顯示辣椒素確實可以驅離害蟲,甚至殺死病菌。

但這還是無法解釋為什麼有些辣椒不辣。在研究它們的分布情形時,圖克斯伯里發現了一件有趣的事。不辣的番椒製造的種子數量比較多、質地也較硬,另外它們傾向於分布在較高、較冷的地區。這除了意味著辣椒素可能可以抑制繁殖,還推論出在海拔較高的地方,因為感染真菌的機率較低,所以辣椒素的存在也不是那麼重要了。他繪製出來的地圖顯示,最辣的番椒多分布在山谷裡較溫暖的地帶。此外這份地圖也指出,過去幾萬年或幾百萬年來,辣椒從山上往低處擴展它們的版圖時,辣度是一路增加的。

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對辣椒素沒有辨別能力的鳥類吃了辣椒,排出它們的種子,讓辣椒得以四處擴展。等到人類出現,辣椒的分布已經從南美洲、加勒比亞海岸,一路擴展到北美洲了。人類第一次感受到辣椒的辣,是在墨西哥的某處,想當然,這個初體驗不是太美好。不過,沒多久後情況便改觀了。


 

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行路出版_96
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行路為「讀書共和國」出版集團旗下新創的出版社,出版知識類且富科普或哲普內涵的書籍,科學類中尤其將長期耕耘「心理學+腦科學」領域重要、具時代意義,足以當教材的出版品。 行路臉書專頁:https://www.facebook.com/WalkPublishing