眼動辨識：新生物安全系統

蜂窩中，擔任「送葬者」的蜜蜂能在同伴死去的半小時內找到屍體，牠們是怎麼做到的呢？

蜂窩中的送葬者，靠味道找出屍體？

蜜蜂是一種社會性昆蟲，一個蜂窩中有幫忙照顧新生兒的保母，當然也有專門處理死去同伴的「送葬者」（undertaker）。這些工蜂有著很敏銳的嗅覺，能在同伴死亡後 30 分鐘內找到牠們，並把屍體帶離蜂巢。

死亡半小時遺體通常還沒開始散發出腐敗的典型氣味，要在漆黑曲折的巢穴中鎖定目標，靠得是某種特殊的香氣分子——碳氫化合物（cuticular hydrocarbons; CHCs）。這種化合物是昆蟲外表皮上蠟質塗層的一部份，有點類似我們洗完澡後塗的保濕，主要功能在維持身體的水分。

當蜜蜂還活著時，這些分子會持續散發到空氣中，方便彼此互相辨識。

遺體的加工實驗

科學家發現，當蜜蜂死去且體溫下降後，釋放到空氣中的費洛蒙也變少了。換句話說，屍體所散發的 CHCs 比活體還要少。為了證明這個理論，他們決定幫屍體加熱，然後連同普通屍體放置在蜂巢裡。

很快地，工蜂們在半小時內便清出了正常屍體；然而，即使只是增加個 1~2℃，這些加工後的屍體往往需要花費數個小時，才會被這些送葬者發現。

溫度影響了 CHCs 的發散

為了證明影響工蜂判斷的要素是 CHCs 的減少而不單純只是屍體的溫度高低，團隊又把死去蜜蜂身上的 CHCs 洗掉後加熱，放置在蜂巢內。這回，工蜂們正常發揮，90％ 以上的遺體都在半小時內被清除了。

經過這個加熱實驗，我們可以知道工蜂要能準確判別哪裡有需要清除的遺體，主要靠的是個體身上 CHCs 的發散量，而溫度，是影響 CHCs 發散的重要關鍵。因為加工屍體所散發的 CHCs 和活蜂濃度相同，讓工蜂誤以為死去的同伴仍活著，進而延遲了遺體被清除的時間。

參考資料

• How ‘undertaker’ bees recognize dead comrades

「就是看了很生氣啊！這種事情不是應該趕快解決嗎？怎麼會只能呼籲降低車速呢？」

看到台灣原生貓科動物石虎屢屢遭路殺（road kill）的消息而憤怒難受，蔣雅郁不是第一個，但她可能是第一個擁有應用力學加生化工程背景的博士，在台中的中興大學機械工程學系任教，而且更重要的是，她是位忠實的貓奴。

避免路殺只能放慢車速？創造友善的公路系統吧！

2016 年 8 月，蔣雅郁剛卸下倫敦大學生物化學工程學系博士後研究員的身份，從英國回到台灣。雖然她在歐洲的研究機構工作多年，但一直很關注台灣的議題。去年 11 月 3 日，一篇公視新聞網的報導《瀕絕石虎命喪國道 今年全台累積已七起》讓她發了火。「今年已經發生七起了？！我還是不懂到頭來，唯一能做到的方式叫做：大家放慢車速？積極作為呢？」而朋友在臉書下回的一句「哪會有積極作為」，讓她下了決心。

「老實說，這在工程上不難啊！」蔣雅郁認為，應用工程科技，用主動的方式讓用路人減速、或是用光波、聲波來減緩動物從淺山移動至馬路危險區域，增加雙方反應的時間差，或是讓動物根本不要上到路面，這些都不需要什麼高科技，身為資深貓奴，使命感讓她試圖扭轉石虎慘死輪下的命運。「我這個人很簡單，有貓我就推！」她說。

蔣雅郁養過四隻貓，也養過狗，都是領養來的。一開始爸媽也不太同意，但後來因為出國唸書，貓交給爸媽照顧，就像網路上流傳的有趣故事一樣，養著養著爸媽也成了愛貓一族。因為石虎瀕臨絕種，讓蔣雅郁更深入了解了路殺議題，才發現包括白鼻心、金門水獺、蛇類…..等太多動物都死於不友善的公路系統。「那就讓公路系統變友善吧！」，她想。

先從哺乳類開始設計的原因，倒不是真的只是因為愛貓愛石虎，而是因為哺乳類體型比較大、可以偵測到的訊號比較多，像是紅外線、熱感應跟聲感應都比較可行。就在看到公視新聞的當天，蔣雅郁打電話到農委會特生中心，但一開始沒連絡上致力於推動石虎保育的林育秀研究員，兩個禮拜後，心急的蔣雅郁正想再打過去，就先接到林育秀打來的電話。「如果當初雙方都發懶，放著不聯繫，這段合作可能就不會開始」，幸好兩個人都有著不放棄的性格，合作就此展開。特生中心與她打算從中小型的食肉目動物開始，設計出能夠救牠們一命的友善公路系統，未來也可以應用在兩棲類跟爬蟲類上。

要創造友善動物的公路系統，當然不能跳過公路主管單位。於是她們也拜訪交通部公路總局，沒想到一拍即合，公路總局也答應加入合作，計畫似乎水到渠成。

拯救石虎的重重關卡：設計要跨域、設備要在地

話說好萊塢電影塑造英雄的手法，通常是讓英雄出場先去救一隻貓，完成一件簡單又能展露英雄氣息的任務，只是現實生活中，拯救石虎的任務沒那麼簡單。蔣雅郁表示，設計感測器，要結合多種功能，彼此要能互相搭配。她們計畫是讓在遠方行駛的車輛在經過路殺熱點之前，感測器能先感測車速，發出警示，若偵測到路旁有動物，設置在路旁的設備就先打出光波跟聲波，讓動物先靜止，製造出時間差，不要上路被車撞。不過這也沒那麼簡單，例如紅外光雖然可以偵測動靜，但紅外光對某些動物可能有不良影響，於是也不能拿來就用。至於聲波，也得考慮如果動物聽久了，會不會習慣，於是就沒用了？

另外，這設備發出的光跟聲音會不會破壞周邊棲地，對植物跟微生物、以及小型爬蟲類帶來負面影響？這些關於生態學與動物休眠的知識，蔣雅郁不熟，所以更需要跨領域的專家加入合作。除了前面提到的特生中心石虎保育團隊以外，野生動物急救站還有路殺社的研究員也都加入了這個計畫，團隊中就只有蔣雅郁一個人是工程出身。公路總局則是道路專長，並協助評估感應元件架設上的問題。

就算設備元件沒問題，更難的是「操作」。雖然是淺山地區，但石虎跟淺山動物出沒處旁邊其實是有住家的，如果要打聲波或光波，可能會干擾居民，而若要把設備建立在私有地上，要取得土地也是難關。問題一波波湧上，就一個個解決吧！團隊拜訪熱點區域的鄉長跟里長，並請公路總局協調，目前已選定兩條示範道路作為試辦路段，一個在集集，一個在苗栗。

然而，試辦也不是說蓋好兩個月之後，沒有路殺就是好棒棒。公路總局希望前一兩年是測試期，但如果設備放上路面，沒辦法放了再一直調校，得先自己找塊地來模擬。「我沒有自己的地可以做前測，替代方式是先用 Arduino 做一個可移動的版本」蔣雅郁說，她以及學生已經開始實驗，以取得可靠參數，實驗將進行兩年。

當然，蔣雅郁也調查過國外有沒有類似的解決方案？不過她目前看到的都是被動的，不像團隊這個方案是主動的。另外這些國外方案都聚焦於提醒人類，而不是動物。當然，她認為即使如此，國外的對人警示標示還是比台灣的明顯，是可以改進的方向，例如當車輛進入熱點，就主動提示駕駛放慢速度。國外也有使用閃光來直接警告動物，但主要是設置反光板，將車燈的光折射到山裡，這做法奏效的前提是道路得是直線的，如果是連串彎路的話就沒用，而台灣的山路卻是彎來彎去。

今年一月份，蔣雅郁就跟特生中心的夥伴一起去集集跟苗栗的熱點觀察，看有沒有涵洞等生物通道，以及通道是否清空，並請公路總局注意。另外也架設攝影機，看通道是不是真的有動物使用，畢竟目標是減少路殺，各種方案都要試。「目前跟公路總局合作，給計畫團隊的自由度蠻高的，也都同意該趕快來做，因為預防路殺除了保住動物生命，也能減少駕駛為閃避動物而造成車禍」，蔣雅郁說。

物理技術就算解決了，心理感受這關還得過。台灣的淺山區域其實民宅很多，「只是往山上走一點」蔣雅郁形容，她也聽說某個鎮的鄰里長比較支持石虎保育，其他的則不那麼挺。石虎與許多農友之間，充滿愛恨情仇，她也聽過「這種會吃雞的大貓被撞死也好」的說法。所以特生中心的夥伴計畫要加強環境教育，跟農友合作，創造多贏局面。舉例來說，現在越來越紅的「石虎米」就是苗栗通宵楓樹里的農友以友善環境、不噴農藥的方式種植，讓石虎可以安心捕捉會在農田出沒的鳥類、老鼠、野兔。而當石虎可以成為農作物的品牌，也能吸引更多人關心。另外，更有南投中寮地區的農民也自主組成友善農作組織「石虎家族」，至今有超過 31 戶農場加入，希望能讓石虎以及棲地生態成為中寮的驕傲。

為了加快實驗速度，蔣雅郁常自掏腰包買設備，也主動上 PTT 徵才，希望可以找到更多的人來幫忙。「我相信擁有關鍵技術的人不一定在我們同溫層」蔣雅郁認為，關鍵是要讓大家投入，當更多人有參與感，就會發現這件事有多重要，就像她自己一開始只是覺得石虎的消息太悲傷，但後來才知道苗栗道路闢建的問題、棲地破碎對生態的影響，才更加投入。她希望新加入的成員有 maker 與科學家精神，能從車流、車速、車輛預警系統、感測器等方方面面的實作與數據中找到解方。

先前提到，團隊中生態背景的專家現在不少，所以她希望找到至少有一點工程背景的人加入。有些機械工程背景的學生雖然心有餘，但不太理解自己能做什麼事情，特別是該怎樣跟生態的人配合；但蔣雅郁相信，很多生態保育的議題，解決之道就在於跟不同領域的人互相結合。她自己的求學與工作經歷也是一直跨領域：大學念機械、碩士念應用力學，博士去德國念分析科學跟生物化學，在英國則研究化工。當初回台灣面試教職時，也曾被問跨那麼多領域，跟機械有什麼相關？但這反而成為她的優勢。

她應用流體力學，操控流體裡頭的細胞、病毒、抗體來做研究，設計適合生物學家與醫生用的晶片、像是神經細胞連結的平台，讓科學家能觀察單顆幹細胞怎麼分化，提供其她領域專家用更好的工具去回答更困難的問題。也因此她的實驗常常需要跟化學家、生物學家、醫生等合作，跨領域是常態。

蔣雅郁透露，為了加快速度，其實還沒拿到計畫經費，自己就開始做了。接下來她希望能把系統價格降低，學習「空氣盒子」計畫，全部開源（open source），讓住在附近的居民都可以一起參與。目前晶片整合還在設計，但推動至今，蔣雅郁深知這是一個社會改造層級的計畫，不能只靠公部門從上而下，或是小小團隊一頭熱，這樣反而會讓大部分的人民不知道自己可以做些什麼。「如果有機會可以讓大家一起來投入，那就更好了」，她說：「我其實覺得我自己不是這個問題的專業，但我不懂為什麼比我厲害的人沒有跳出來做，所以我就跳出來了」，「現在很多要跟著大家一起學，我也還在學」。

身為一名訓練師，你真的了解你的寶貝們嗎？寶可夢圖鑑讀熟了沒？

其實圖鑑告訴你的比想像中的還多喔！每個星期周末跟著 R 編一起來上一門訓練師的科學課吧！來跟大家分析這些寶可夢們是如何使用科學力來戰鬥的。

散發電磁波的可怕怪物……嗎？#82 三合一磁怪

現代人類的生活周遭早就被無數看不見的電磁波所圍繞。不管是手機、微波爐、洗衣機，還是耳機，任何會用上電的東西，都會發出電磁波，只是量多量少、常接觸不常接觸和波長差別而已。

但你知道嗎？看似比我們古早、健康的寶可夢世界，其實也有看不見的電磁波危機。全因為三合一磁怪。

「這個寶可夢全身散發強大的無線電波，讓周圍 1 公里溫度上升 2℃」（黃、綠寶石、Y）（註1）

老實說，2 ℃還真是不少啊~而且這還只是一隻三合一磁怪而已。

有趣的是，製作寶可夢圖鑑的人在表達電磁波有多恐怖的方式，是用「讓四周上升幾度」（註 2），而不是像新聞上愛用的「致癌機率」或「毫／微西佛」等參數。「讓周圍 1 公里溫度上升 2℃」這也是我們僅有的線索，所以問題來了：藉著這個資料，我們能知道三合一磁怪的電磁波有多強大嗎？

現在開始我可能會錯得離譜，畢竟電磁學和能量之間的可是有著相當複雜的關係。

當電磁波入射於物質時，會造成物質帶電粒子的振盪和能量增加，這時分子的微觀反應依物質性質而有所差異，但絕大多數電磁波會轉成能量直接存入物體中，讓它增溫，而且不管是什麼波長的輻射——不管是紅外線、紫外線——都有這個影響，只有時間、面積和輻射強度的差別而已。

既然是電磁波與熱的關係，那我想熱輻射相關的公式，也就是一系列的普朗克黑體輻射定律應該能提供我們一些有用的線索。

當我們把電磁波視為熱能的一種形式，這時在一個空腔內電磁場的總能量可以藉由下面的公式推倒：

其中 U 是空腔中電磁場的總能量，V 是空腔的體積，k 是波茲曼常數，T 是空腔內部的凱氏溫度，c 是光速，h 是普朗克常數。

儘管這個公式有一些限制和條件（註3），但我們很剛好擁有一些需要的參數可以用：空腔體積就是一個半徑 1 公里的半圓，而這空間內的空氣就假設從 27℃（凱氏溫度 300K）上升到 29℃（凱氏溫度 302K）。我們把所有數據帶入，最後得出從 27℃ 升溫到 29℃ 這之間，能量增加了 322 焦耳。

看似很少，但是右轉我們來到能量級的對照表，發現 300 焦耳竟然是「受 X 光照射的致死劑量」。

在你陷入恐慌之前，R 編得承認其實我們有很多條件沒考慮到，而且最重要的是，我們並不知道三合一磁怪散發出來的是什麼波長的電磁波。

這問題其實困擾天文物理學家很久了，因為熱與電磁輻射之間的關係是了解系外行星的重要環節，所以他們為了獲得解答，建立了很多有用的網路工具，例如這個 Spectral Calculator（註4）。這個網站內建的計算器可以讓我們計算一個會吸收、發出電磁波的物體，它本身的輻射出射度（Radiant emittance）、輻射率（Radiance）和波長峰值等數據。它需要兩個數字幫助我們計算，一個是物體本身的凱氏溫度，和另一個稱作發射率的數值。

我們假設三合一磁怪體溫跟室溫同為 300K。而發射率是衡量物體表面以熱輻射的形式釋放能量相對強弱的能力，這個數字是一個介於 0~1 的比較值，和黑體幅射能量之比。理想黑體的發射率等於 1，但我們的三合一磁怪怎麼看都離「黑」有一段距離，所以在經過搜尋許多常見物質的發射率之後，我決定將三合一磁怪表面的發射率定為 0.6，這是國際公認的 301 型不鏽鋼的發射率，畢竟三合一磁怪怎麼看都是金屬表面。

所以數字都有了，我們帶入計算器。

首先我們看電磁波的波長，是 9.66 微米 （ µm），這正好落在紅外線的區段，所以前面如果是 X 光的危險性可以剔除了。但是輻射出射度高達 275.6 W/m²，如果大家想要對比的話，美國針對家用微波爐的規定是距離 5 公分時輻射出射度上限 5 微瓦（mW）/ cm²，而我們的三合一磁怪這個數字是標準的 3 倍以上（註5），但是很大的不同是我們的電磁波只稍稍超出了可見光的範圍。

這還是相當程度的紅外線，而且是在只有一個磁怪的情況下。不過磁怪們似乎不會單獨行動，都是很多隻一起出現，所以我想紅外線可能也還是超標了吧？！人類在過量的紅外線下雖然不會有 X 光般的危害，但會影響到水晶體，造成眼睛病變，像鋼鐵、焊接工人為什麼容易得到晶體異位（ectopia lentis）的病症，就是因為它們長期接受紅外線的結果。

所以如果你想當個三合一磁怪的訓練師，一定要準備好護目鏡或墨鏡，像 PPAP 大叔一樣戰鬥吧！

編註：

1. 其它的圖鑑內容包括「三隻磁怪聚在一起散發強大磁場，干擾無線電波」、「散發出強大電磁波會干擾儀器設備，所以專家建議把牠們關在寶貝球裡」、「靠太近會耳鳴」……等。老實說寶可夢世界對磁怪們還真是仁慈啊！如果是現實世界說不定已經用一堆地面系寶可夢把牠們滅了。另外最令人恐懼的敘述大概是「散發出的電磁波太強大了，會把四周水分蒸發掉」（銀、魂銀）……但在相關數據更少，如到底是液態水、水氣，還是人直接變乾屍，和蒸發範圍都沒說，就先放它一馬。
2. 可能是因為溫度比較好測量吧！但是除了電磁波之外，電會讓四周變熱還有另一種方式，就是靠高電阻發熱，但這樣子的話不只溫度會隨距離增加漸減，三合一磁怪本身體溫大概也會高得嚇人。
3. 例如這個公式推倒中是假設為正立方體的空間、在一個不透明的空腔內…..等，很抱歉我沒有從推導源頭開始做起，如果想要詳情可以在留言區討論或是問你認識的電機相關領域朋友。
4. 另外還有 NASA 的 USGS 提供的計算器。在本文中選擇使用 Spectral Calculator 是因為它提供的結果比較多種，但 NASA 的可以輸出成精美圖表和各個數據點。
5. 你可以參考上面的註 1，三合一磁怪的電磁波有可能是 x 光，也有可能是微波，老實說我還不知道是什麼樣的電磁波可以造成前面所有的影響。

參考資料：

1. Pokemon Database
2. Wikipedia （電磁輻射、電磁場、電磁輻射與健康、普朗克黑體輻射定律、發射率、能量級、國際單位制的輻射量單位）
3. 微波爐加熱食物會產生危害嗎？
4. The emissivity coefficient Chart
5. USGS Astrology Science Center