凝膠狀物體的搬送轉移在食品工業上有很多可能的應用(麵糊, 醬..)，但是因為凝膠狀物體有類似液體的性質，不能承受剪應力，所以常常在搬送轉移中因為剪應力而變形，這樣限制了食品可能的製造方式；如果能消除剪應力破壞，就可能做出更多複雜的產品。
這影片介紹利用滑動的介面來消除剪應力的方式，所開發出來的裝置。比起一般的鏟子，這種新開發出的鏟子在移動時，表面會自行滑動，讓本來應該發生在凝狀物體跟鏟子間的剪應力變成表面滑動膜跟鏟子的相對運動，這樣一來剪力破壞就不會發生。
當然，影片中，市售裝置上同時做了類似不沾鍋的表面處理，讓轉移的過程更平順，少了表面的吸附，不過其實這樣的機制大家可以在家裡自己實驗，每個人都可以做出這樣的不沾鏟：先在一個盤子上滴上醬油膏或是番茄醬，然後把信用卡裝到塑膠袋裡，然後一邊推信用卡一邊拉塑膠袋把醬給鏟起來(推動速率等於拉動速率才能消除剪應力喔！) 反著動作就可以把醬放回去。
試試看吧, 每個人都可以做出類似功能的不沾鏟喔!
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。
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：
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：
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。
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）」：
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。
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：
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。
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：
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。
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
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話題新番 SPY X FAMILY 中的媽媽約兒，是武功高強的職業殺手。力大無窮的她曾因為不小心抱得太用力，導致弟弟的肋骨不幸斷裂。約兒的力量究竟要多大，才能靠抱抱折斷別人的肋骨呢？
肋骨雖然是保護軀幹內重要器官的鎧甲，但比起粗壯的大腿骨等等其實是相對容易發生骨折的區域。除了一些激烈的競技運動可能會導致肋骨出事之外，CPR 過程中的壓胸動作也有一定機率會造成胸骨或肋骨骨折。這樣看來，單靠人力要把肋骨折斷好像並非不可能。
除了安妮亞需要擔心這個問題之外，清楚地知道「東西什麼時候會斷掉」也是許多工程師每天會遇到的挑戰。然而這類實驗每做一次就要毀掉一塊材料，大多時候更完全沒有做實驗的可能（例如大型建築結構，或是無辜人類的肋骨）。
接下來我們便可以用一些簡單的估計，來探討人類肋骨究竟會不會在擁抱過程中意外斷裂。
一般而言，固態材料受到外力時首先會產生正比於外力大小的彈性形變，外力停止之後便能恢復原狀。硬度（Stiffness）描述的是彈性形變和外力的正比關係，也就是「外力 = 硬度 * 形變量」。在相同的外力之下，硬度越大的材料形變越小。
外力大到某個程度時，會造成不可恢復的塑性形變，此時材料內部的微觀結構通常已經遭到破壞；外力再大一些便會造成巨觀的斷裂。材料在斷裂前能承受的最大應力就是其強度（Strength）。
玻璃這類硬而脆的材料硬度大但強度小，也就是說它不容易形變，但應力一大就裂開；金屬類則通常有較好的強度和較大的彈性範圍，因此彈簧通常以金屬製成。
硬度跟強度是相關但獨立的概念，下面關於斷裂的討論會著重在強度的部分。
作為複雜的有機結構，骨骼的力學性質並不如上述的如此簡單。骨骼遭受外力衝擊時可以透過局部的塑性形變來分散能量，使裂痕不易蔓延。也就是說，是否骨折不只和力的大小有關，也和施力的速度有關。瞬間的重擊會讓能量來不及耗散，材料因此更容易斷裂。
用吸管插手搖杯封膜時一定要快狠準便是這個道理，如果慢慢加壓只會讓塑膠封膜凹一個洞（也就是塑性形變），那不是因為力氣不夠，而是因為施力不夠快。
但骨骼的塑性性質實在不好估計，所以先別管那麼多。一般在實驗室中若要測量骨骼的斷裂強度，應該就是緩慢地對材料加壓直到斷裂，這樣才能獲得完整的「彈性─塑性─斷裂」過程的資料。
我們暫且假設內心溫柔的約兒擁抱親人的動作（相較於出拳攻擊）是緩慢的，只是力氣的高峰值出奇地大，所以肋骨在經歷了充分的塑性形變後才最終斷裂。對於這類相對緩慢的擁抱，我們便可以安心地套用現有的一些測量數據。
骨頭的部分接下來只要交給谷歌就可以了，那擁抱的力量該有多大呢？一般人抱的動作大概不會把雙臂交疊在一起，而是分別放在對方的肋骨上。所以我們只要考慮一隻手的力氣就好，兩隻手就只是斷掉的肋骨數量乘以二而已。
如果健身房有一台以擁抱動作為發想的訓練器材，一般人用一隻手能拉起的槓片數量應該不多，可能最多十五公斤。約兒提到她當時抱斷了弟弟的三根肋骨，意即兩隻手的力量差不多由三根肋骨扛起，也就是一根肋骨要承擔十公斤重的力。換成物理學家用的單位，就是差不多 100 牛頓。
但是知道力的大小還不夠。直覺會認為，較薄的材料比較容易折斷，同樣的材料在斷裂前能承受的力應該跟截面積呈正比。換句話說，真正衡量斷裂強度的是單位截面積所受的力，也就是應力（壓力）的概念。把一根肋骨的截面簡單當成一公分見方的正方形，壓力便等於：
100 牛頓 /1 公分2=106 牛頓/公尺2=1 百萬帕
（最右邊的百萬帕是材料力學常用的應力單位。）
不過彎曲應力不只和截面積有關，還得考慮材料受力的整體結構。
肋骨下方的胸腔相對沒有什麼支撐力，所以肋骨比較像是一根兩端固定，中間懸空的橋樑，如下圖所示。從日常經驗可以知道，這種結構中間懸空的部分 L 越長，或是厚度 d 越薄，彎曲的越嚴重。
所以剛剛的應力還要再乘上一個長度對厚度的比值，才是肋骨在結構中承受的彎曲應力。假設肋骨大約 10 公分長，最後的答案就是 10 百萬帕。
人類骨骼的彎曲強度取決於年齡、性別、個體發展差異等等，但是普遍的值落在 100 到 200 百萬帕的範圍，一比下來差了十倍以上。雖然我們在計算中做了很多誇張的簡化，可是過程中不太可能有估計的失誤會讓最後結果差到十倍。
因此可以放心地說，一般人的擁抱不太可能將你的肋骨折斷。
根據維基百科上沒有來源的資料：「第 1 到 3 根肋骨斷裂前能承受大約 180KG 的重量，第 4 根到第 9 根相對脆弱些」。這和我們的粗略估計大致相符，也就是每根肋骨 10 公斤重的擁抱力道距離肋骨骨折大約有十倍的差距。
不過別忘了，上面講的都是一般人的情況。約兒可不是一般人。
想要對她的怪力有些概念，我們發現第十集躲避球大戰的特訓畫面中，約兒丟出的躲避球發出了明顯的音爆，表示她的球速至少來到音速 340 m/s。一般人的躲避球速最快不過 120 km/h，也就是 33 m/s 左右。
考慮到手臂長度差不多，手臂力量大致和球的動能成正比，也就是和球速平方成正比。約兒的球速大約是常人的十倍，代表她的力量是驚人的百倍以上。由此可知，約兒對親愛的弟弟已經相當手下留情了。
Martin Grigor Abrahamyan. (2017). On the Physics of the Bone Fracture. International Journal of Clinical and Experimental Medical Sciences, 3(3 6) : 74-77.
https://www.researchgate.net/publication/321489340_On_the_Physics_of_the_Bone_Fracture
我的胞姊大我三歲 我還在襁褓時期就喜歡抱我
雖然沒折斷過我的肋骨 但讓我後腦勺著地的次數不少
一來她年幼無力 二來我生得頭好壯壯 媽餵的母奶又營養 體格壯碩
多次在倒地後 爺爺總要測試我摔壞了沒 要問我他是誰 指著爸爸問是誰 又指著媽問是誰 如果答案正確 大人們就寬心的認為沒事
其實長大了我才明白早就埋下了暗傷 不然聰明如我為何遲遲沒得諾貝爾獎呢？
科學研究的結果，常促使哲學改變看待問題的方式，這就遠遠超出科學有限的範疇。
科學的目標是什麼？嘗試描述自然的理論，要符合哪些要求？這些問題雖然超出物理的界線，兩者卻有緊密的關連，因為科學正是構成這些問題的材料。科學在哲學上的推演，必須奠基於科學結果。一旦哲學推演得到多數認同，它們也常指出幾條可能的發展方向，影響科學思想的進步。主流觀念的重大變革會產生全然不同的、出乎意料的進展，成為新哲學觀點的源頭。這些評論聽起來空泛又毫無意義，我們得引用物理史的實例說明才行。
我們試著描述第一個論及科學目的的哲學觀點。這些觀點對物理發展一直維持重要的影響力，直到 100 年前，新的證據、現象和理論促使人們放棄舊的哲學觀點，讓科學有了伸展拳腳的新空間。
科學的歷史，從希臘哲學到近代物理，人們不斷追求將看似複雜的自然現象簡化為簡單的基本觀念，並將觀念連結起來。這是所有自然哲學背後的基本原則。這個原則，甚至在原子論者的著作裡都能看見。早在 23 個世紀以前，德謨克利特（Democritus，前 460 – 前 370）就寫道：
我們習慣把甜稱為甜，習慣把苦稱為苦，把熱稱為熱，冷稱為冷。但是，現實中只有原子和虛無。也就是說，雖然感官的對象應該是真實的，人們一般也這麼認為，但是，它們實際上並非真實。只有原子和虛無是真實的。
它只是古代哲學中一個巧妙的想像力產物。連結一連串事件的自然定律，對希臘人來說還是未知。將理論與實驗結合的科學，從伽利略的工作才算有個起頭。在第一條線索的指引下，我們找到運動定律。200 年來，有關力與物質的科學研究，是人類探索自然的努力背後的骨幹。我們無法想像少了力與物質任何一項的自然。因為物質作為力的來源，作用在其他物質上，藉此展現本身的存在。
讓我們考慮最單純的例子：某個力作用在兩個粒子間。最容易想像的是引力和斥力。不管哪一種情形，力的向量都位在兩個物質構成的點的連線上。為求簡潔，自然會想到兩粒子互相吸引或排斥的圖像。若假設力作用在其他方向，圖像會複雜不少。在此之上，針對力向量的長度，我們能再加一條同樣單純的假設嗎？儘管我們有意避開太特殊的假設，加上這條也無傷大雅：任意兩粒子之間的力，只和兩者距離有關，例如重力。看起來，它也夠單純。更加複雜的作用力也不難想像，像是有些不只受距離影響，也和兩粒子速度有關的作用力。
使用物質和力作為基礎觀念的話，我們很難想像比作用在粒子連線上，只受距離影響的力更單純的假設。但是，單靠這一種作用力，足以描述所有物理現象嗎？
力學在衍生領域的偉大成就，像天文領域驚人的進展，甚至乍看之下不屬於力學的問題，其實也能套用力學觀念。這些成功加深了人們的信念，只要用不可改變的物體之間單純的作用力，就能解釋所有自然現象。從伽利略以降，兩個世紀間，幾乎所有的科學產物都有意或無意地朝這個方向努力。19 世紀中，亥姆霍玆 (Hermann von Helmholtz，1821-1894) 把這項信念化為文字：
終於，我們發現，物質的物理科學是將自然現象轉換為不可變動的吸力與斥力，其強度只和距離有關。這個問題的解答，是完全理解自然的必要條件。
根據亥姆霍玆的說法，科學的發展路徑已經確定，往後將分毫不差地走向固定方向：
不僅如此，只要所有自然現象都能化簡為單純的力，並且到證據，證明它是簡化現象的唯一途徑，科學工作將迎來終點。
在 20 世紀的物理學家眼中，這個想法既笨拙又天真。他可能不敢想像偉大的探索工作能如此順利地結束，而且也會因為可靠的宇宙圖像就此定案而感到興趣索然。
雖然早期物理學家相信，所有的現象都能縮減成單純的作用力，他們還是留下為何力和距離有關的問題。在不同現象，力隨距離的改變程度有可能不同。為了不同狀況，而引入多種類的力，以哲學觀點來看不能說是盡善盡美。儘管如此，所謂的機械論 (mechanical view)，主要由亥姆霍玆清楚定義，在當時扮演著重要的角色。物質的動力理論方面的進步，是機械論影響下最偉大的成就之一。
談到機械論的衰退前，我們暫時先接受這個上一個世紀的物理學家之間的主流觀點，看看以這個外在世界的圖像為出發點，能得出什麼結論。
a0921003785彼得 潘
