塞車好心煩！自動駕駛能解嗎？——台大資工林忠緯專訪

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

特斯拉即將在 2024 年 10 月推出無人計程車，並且 Robotaxi 的正式名稱，將取名為 Cybercab。
等等，在無人車正式上路之前，我先問你一個重要問題。如果我開特斯拉自駕車撞死人，要負責的是我這個駕駛、乘客，還是特斯拉與馬斯克？

自駕車撞死人：駕駛、乘客，還是特斯拉負責？

當你駕駛特斯拉自駕車撞死人，責任歸屬是個複雜問題。無人車上路前，了解現行法律與技術界限至關重要。如果你強行介入自駕車運行，解除自駕功能後的事故責任由你全擔。如果不干預，事故責任可能由車商承擔。然而，最終誰來負責，仍取決於多方因素，包括車輛技術和法律規定。

這是個很現實的電車難題，應該說自駕車難題。如果你駕駛的自駕車正在失控向人群駛去，你是否有勇氣按下緊急剎車，承擔一切責任？

這類問題正是現在無人駕駛技術面臨的道德和法律挑戰。

電車難題再現：自駕車技術的進展與挑戰

自駕車並不是未來的幻想，而是已經在我們的日常生活中逐漸實現的技術。特斯拉和其他汽車製造商已經展示了他們的自動駕駛系統，這些系統能夠完成從停車到高速公路駕駛的各種操作。目前的自駕技術主要依賴於先進駕駛輔助系統（ADAS），這些系統結合了多種技術以提升駕駛的安全性和效率。

ADAS 並不是一個新概念，它可以追溯到 1950 年代的汽車巡航控制系統，隨後在 1970 年代加入了防鎖死煞車系統和車身動態穩定系統。現代的 ADAS 功能更加多樣化，包括防撞系統、車道偏離警示、盲點監控、自適應巡航和駕駛監控等，這些功能大大降低了人為失誤導致的事故風險。

自駕車三隻眼睛：相機、光達和雷達的全面解析

自駕車依賴於三種主要感知技術：相機、光達和雷達。相機負責辨識交通號誌和行人，光達則通過發射紅外雷射光脈衝繪製 3D 地圖，雷達在惡劣天氣中表現尤為出色，能夠在雨天、霧天和沙塵暴中提供穩定的數據。

自駕車的決策過程可以分為感知、決策和控制三個步驟。感知階段依賴於相機、光達和雷達提供的數據，決策階段則依靠 AI 算法來判斷最佳行動方案，最後由控制系統執行決策。這些技術的進步使得自駕車在面對複雜的交通情況時，能夠做出更準確的反應。

全球無人計程車競賽：各國如何迎接自動駕駛未來

特斯拉並不是唯一的自駕車領導者，Google 的 Waymo 和通用汽車的 Cruise 已經在無人計程車領域取得了重大進展。中國的自動駕駛公司小馬智行和百度的蘿蔔快跑也已成功讓無人計程車在主要城市上路營運。根據預測，到 2025 年，全球將有約 800 萬輛 3 級或 4 級的自駕車在道路上行駛。

特斯拉的 Cybercab 無人計程車即將上路，標誌著自駕車技術進入新的階段。隨著技術的不斷進步和法律框架的完善，自駕車將在未來的交通系統中扮演越來越重要的角色。然而，自駕車事故責任的問題仍需進一步探討和解決，以確保這一新技術能夠安全、可靠地服務於社會。

本文由 國立臺灣師範大學 委託，泛科學企劃執行。 

在這個通信技術普及的年代，我們不斷介紹各式各樣的通信技術。大多數的通信技術都是為人服務的，這似乎是理所當然的。然而，有一種通信技術並非直接為人服務，而是為物體之間的交流提供支持。這種技術不僅存在，而且在現代已經成為最主要的通信形式之一，我們稱之為——物聯網（IoT）。

物聯網，Internet of Things，簡稱 IoT，顧名思義就是物品，機器、設備連上網路。

在我們生活中，如智慧手錶和藍牙耳機這些穿戴式設備，它們各自擁有特定功能，同時又能透過藍牙技術相互連結，這就是物聯網的一種應用。

你可能會問，手機也算是物聯網的設備嗎？

這取決於你如何定義和使用手機。如果是人們使用 5G 或 4G 技術彼此傳訊息和溝通，那麼這不屬於物聯網的範疇。但當手機與藍牙耳機或智慧手錶連接時，它們之間的互動更符合物聯網的概念。因此，物聯網的基本定義是，不直接涉及人跟人、或是人與設備的互動。基本上都是設備跟設備之間的溝通。

通信是人類最基本的需求，同時也帶來無限商機，就像我們不想跑到別的地方買可樂，卻發現賣光了一樣，科技為能解決這些需求，促使通信技術的持續成長。

如同手機的普及帶動了市場需求，從一家一部的電視和冰箱，到人人一支的手機，並且每隔幾年就更新換代。這種商機吸引了企業的投資，也推動了強大的研發動能。

而現在，我們正生活在一個設備數量遠超人類數量的時代，從藍牙耳機、智慧手錶，到遍布全球的智慧設備，物聯網的技術已經無處不在。

不妨思考一下，還有哪些需求尚未被滿足，也許它們正是下一個物聯網應用的起點。

更多、更完整的內容，歡迎上數感實驗室 Numeracy Lab 的 YouTube 頻道觀看完整影片，並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊！

• The little-known story of the first IoT device – IBM Blog
• 台中空品感測器物聯網勇奪 GO SMART 國際大獎- 生活 – 自由時報電子報
• 目前環境部空污感測器涵蓋那些地區？監控多少污染源？
• PM2.5 Open Data Portal
• 東大・NTT ドコモ・東北電力、「LoRa 無線通信技術」を活用した送電設備の監視に係る実証試験を実施
• 横浜国立大学様（藤野陽三教授） | 導入事例 | ソナス株式会社

• 本文轉載自科技大觀園，原文為〈年節塞車好心煩！自動駕駛讓你暢行無阻〉
• 作者／科技大觀園特約編輯｜簡茹因

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：

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。

2. 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。

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。

3. 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！

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