眼動辨識：新生物安全系統

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！

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）。

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？

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。

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。

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。

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）。

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！

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」。