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工業機器人:製造業新勞工?

科學松鼠會_96
・2012/11/07 ・2495字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 523 ・七年級

工廠取代手工作坊,機器代替手工勞動,這是工業革命的一般標誌。隨著機器人技術的進步,未來完全取代人工勞動也並非不可能。這是不是意味著新的工業革命就要到來?

蒸汽機、電力、信息技術,在過去的兩個多世紀裡,分別掀起了一次工業革命。這三次革命徹底地改變了世界,使我們從跑馬拉糞的古代生活,來到如今的現代化世界。在政治學的教科書中,說起工業革命,往往伴隨著這樣的描述:工業革命使工廠取代了手工作坊,機器代替了手工勞動。然而當我們仔細觀察現在大多數工廠的生產方式,就不難發現,即使在機械化程度非常高的工廠,仍然需要大量的工人來操縱這些機器,進行加工作業。機器真的「代替」了手工勞動嗎?我想答案並非那麼肯定。這裡面一個重要的原因,就是機器缺乏智能。機器可以在特定的條件下,重複完成同一套動作,但是一旦條件改變,機器很可能就傻掉了,如果突發意外事件,機器就更不知該如何處理(想想汽車就知道了)。因此,機器「代替」手工勞動的理想,還有待於進一步實現。從最近幾年來看,這樣的生產力革命似乎就要發生了,而這次革命的主角,就是機器人。

人類文化對機器人的感情比較複雜,只需要《魔鬼終結者》一部影片就很能說明問題:人類文明幾乎被機器人毀滅了,可卻同樣需要機器人來幫忙扳回局面。對於機器人,不論我們怎麼猜測、懷疑和期待,事實都不能否認:它們離我們越來越近了。

談到機器人,公眾首先想到的往往是類似變形金剛那樣的人形機器,但實際上,絕大多數機器人都不是人形的。凡是工作流程可以被概括為「感知-決策-執行」三個步驟的機器設備,都可以被歸為機器人的範疇。比如空調,空調可以感受當前的溫度,如果當前溫度低於設定的溫度,那就停止製冷;反之,如果當前溫度高於設定溫度,那就開始製冷。

不過我們在這裡想要講的機器人能做的事情可比空調多一些。機器人的發展,取決於三方面的技術。首先,機器人的感知功能依靠傳感器,傳感器是把外界各類信息轉換成電信號的一類部件。有了溫度傳感器,空調才能感知當前的溫度;有了數字攝像頭,自動駕駛汽車才能看到前方的路況。傳感器技術越發達,機器可以感知的環境信息就越豐富、越準確。第二,機器人的決策功能,建立於人工智能技術之上。近年來人工智能的發展比較緩慢,人們仍然對智能和思維的本質知之甚少。但是對於工業用途的機器人來說,目前已經有相當成熟的人工智能技術,可以滿足一定複雜度的決策需要,這一點我們會在後面的例子中看到。第三,機器人執行動作,依靠自控技術,這一點經過多年不懈的發展,我們也已經有了足夠的技術積累。數控車床就是一個很明顯的例子,機器的運動精度完全可以在大多數應用中達到我們的需要。

那麼機器人技術目前的現狀如何呢?我們可以看看著名的IT企業Google公司。Google向來以網際網路業務見長,現在為了大力扶持Android手機系統,也建立了自己的手機生產線,涉足硬件製造。Google的Nexus Q就是全部由自家製造,然而整個製造過程都是無人參與的,全部由機器人生產線一條龍完成。Google憑藉機器人生產線,以一個毫無經驗的互聯網企業,一舉殺入傳統製造行業,而且搞得有聲有色。據悉,Google正準備推出的虛擬成像眼鏡,也是由Google自家的機器人生產線製造,不需要工人參與。

除了Google這種壯觀的全程機器人流水線,在更廣泛的工業領域中,機器人技術也已經足夠成熟。尤其是在高速分揀、點焊、噴塗、砌築、碼垛、穿孔等動作相對簡單的作業中,機器人已經成了唾手可得的先進生產力。例如,機器人可以把很多根線穿過很多個幾乎看不見的小孔,這件工作如果由人類完成則非常吃力,但是機器不但能輕而易舉地完成,而且可以達到驚人的速度(需要加裝安全護欄,避免人員被飛速移動的機械臂誤傷)。機器人除了成本低、生產效率奇高之外,還有另外一個巨大的優勢,那就是能夠在高危生產和作業過程中,控制風險成本。舉一個最明顯的例子,就是開煤礦。礦難是一個非常嚴重的社會問題,甚至已經上升為政治問題,一次嚴重的礦難,甚至可以使一個小型煤礦企業破產。而礦下的工作,卻幾乎是機械式的工作,以目前機器人技術的發展情況來看,完全有可能由機器人來擔任礦工。機器人礦工可以24 小時無休止工作,而且一旦發生意外,損失的也只是機器,而不是人的生命。這是一個非常值得注意的問題,也是機器人技術的發展初衷之一。

此外,這種無工人參與的機器人作業方式,如果真的全面普及,掀起新的工業革命,我們還需要考慮另一個問題,那就是經濟結構,甚至政治結構的轉型。美國國家廣播電台前幾天有個節目介紹說,機器人、三維打印、數控機床等技術,讓美國的製造業正在逐漸搬回美國本土。我們都知道,廉價的人工勞動力,一直是我國對外貿易的一個重要支柱,一旦機器人技術普及,這種經濟結構必然面臨一次巨大的轉變。在這個轉變的過程中,我們要付出的代價可能會很大。如何在改變發生之前未雨綢繆,搶先完成結構轉型,是我們需要思考的第一個問題。

第二個問題,就是當機器人全面普及之後,整個人類社會的生產關係都將發生改變,而生產關係的改變,則意味著政治結構的改變。想像一個工廠裡全是機器人的時代,那時的機器人是不是私有制?如果是,那麼誰掌握了機器人,誰就掌握了生產資料,他一個人就能開一個大工廠,而絕大多數工人都會失業,社會財富無法流動。如果機器人不允許私有,那麼歸誰所有?當生產力變得足夠強大,甚至不需要人類參與生產時,分配方式就有可能發生改變。

也許還有第三個問題,這是一個更加遙遠的問題,值得我們考慮,那就是機器人的倫理問題。當機器人的智能達到一定程度,會不會產生自我意識?會不會因為自身的損壞而感到痛苦?故意損害機器人是不是構成虐待勞工?這些現在看起來很荒謬的問題,也許在將來會成為現實。到了那時,機器人社會學、機器人倫理學可能會走進大學課堂,而機器人勞動法,可能會成為新聞熱點。總之,那將是一個有趣的時代,也是一個我們現在有點難以理解的時代。但不管怎麼說,這場變革似乎已經在我們身邊發生了,在這一場洪流中,也許我們應該成為走在前面的人。

本文首發於《新領軍者》2012年9月號,作者:蘇椰

轉載自 科學松鼠會

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科學松鼠會是中國一個致力於在大眾文化層面傳播科學的非營利機構,成立於2008年4月。松鼠會匯聚了當代最優秀的一批華語青年科學傳播者,旨在「剝開科學的堅果,幫助人們領略科學之美妙」。願景:讓科學流行起來;價值觀:嚴謹有容,獨立客觀


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糖漿加了小蘇打粉就膨漲?解析《魷魚遊戲》中的椪糖製作原理

Evelyn 食品技師_96
・2021/10/27 ・2842字 ・閱讀時間約 5 分鐘

超夯韓劇《魷魚遊戲》近期成為熱門討論話題,尤其椪糖關卡使南韓童年美食遊戲「戳椪糖」爆紅,劇情中玩家必須使用牙籤將椪糖上的圖案取下來,若失敗可是會直接被開槍爆頭,不過在臺灣其實也有很相似的古早味的零食椪糖喔!

韓式椪糖。圖/WIKIPEDIA by 도자놀자

臺南人的童年零食——古早味椪糖

椪糖,又名膨糖、發財糖、泡糖,是四、五年級生臺南人的童年零食。那個年代生活單純,還沒有太多的娛樂、精緻美食可供選擇,在廟口歌仔戲、布袋戲戲棚下煮椪糖的攤販,是當時孩童的娛樂及零食來源。

剛煮好的椪糖長得就像胖嘟嘟的核桃酥餅,吃起來焦香酥脆、入口即化,雖然只是純粹的甜味,在物質稀缺的當時,已經十分幸福了。

而椪糖的製作流程很簡單,將砂糖或二砂與水倒入大湯勺中,置於爐火上加熱並攪拌,至糖漿變成紅褐色時,加一點小蘇打粉至大湯勺中拌勻,糖漿便會迅速膨脹鼓起,待其冷卻定型後即完成。

而韓國的椪糖與臺灣的椪糖作法及原理大同小異,只是塑形的方式不太一樣,韓版的會壓扁再壓上圖案,弄成扁扁的薄餅狀;臺版的就讓他自然膨脹成球狀,表面帶點裂痕,模樣也是十分討喜可愛。

台式椪糖。圖/WIKIPEDIA

影響椪糖質地最關鍵的因素——溫度

若有做過椪糖就會知道,小蘇打粉加進去的時機點很重要,太早或太晚皆會導致成型失敗,這是為什麼呢?因為加熱溫度是影響糖的結晶、軟硬度和焦糖化的主要因素,不同的加熱溫度,糖的結晶狀態、質地和色澤都會不同。

糖液在加熱時,會有兩種情況發生:

  • 一、水分不斷蒸發,使溶液濃度增加。
  • 二、隨著溶解的糖增加,沸點會不斷上升,因此糖液的溫度要小心控制。

「糖液的濃度」與最後成品的「軟硬度」有直接關係,濃度不夠會過軟,椪糖表面無法形成保護殼而無法膨脹成型;濃度過高會過硬,椪糖膨脹不易,容易縮小或塌陷。

而當糖液加熱至攝氏 130 度左右時滴入冷水中,會形成能保持形狀且具可塑性的硬球,這時候糖液的質地是能讓椪糖膨發效果最佳的狀態,因此不會用肉眼判斷添加小蘇打粉至糖漿的好時機沒關係,可以在加熱的同時,使用專門測糖液的溫度計測量糖溫就可以了!

東京淺草的街頭小販手工製作椪糖。圖/WIKIPEDIA

糖怎麼轉變成令人誘惑的焦糖色呢?

說到糖的加熱,就不得不提到焦糖化反應(caramelization)了,它是自催化的非酵素性褐變(non-enzymatic brownin)反應,指的是蔗糖這類的小分子醣類於高溫環境發生脫水、聚合的反應,顏色逐漸轉變成金黃、淺褐至深褐色的產物 (通稱為焦糖) 的過程。

這個過程非常複雜,反應溫度通常在攝氏 120 度以上,在酸性與鹼性環境下均會發生。在食品工業上可製造成焦糖色素,作為食品添加物使用,常添加於醬油、糖漿、可樂或酒類等食品中。

焦糖的色澤會隨加熱溫度及時間的增加,由金黃、琥珀、淺褐、褐、深褐色至焦黑碳化;味覺的變化則是先為甜味,隨著顏色加深逐漸轉至苦味,最後甚至可能出現辛辣味。 

攝氏 130 度的糖液大概是呈現淡淡的金黃色,不過這是單純以細砂糖製作來看,若使用二砂製作椪糖的話,那糖液一開始就會是呈現金黃色了。

糖漿色澤與溫度的變化。圖/參考資料 4

椪糖膨脹的關鍵——碳酸氫鈉遇熱分解

在加熱攪拌過程中,糖液已經拌入許多空氣,隨著加熱空氣持續在膨脹,水氣也一直持續蒸發,直到糖液加熱到攝氏 130 度的糖漿時,須離開熱源並加入小蘇打粉。

小蘇打粉即是碳酸氫鈉(sodium bicarbonate),受到高溫直接分解產生大量二氧化碳氣體。最外層接觸到空氣的糖液最先冷卻,變硬形成保護殼,椪糖膨脹隆起,待膨脹停止後,內部的構造就形成具有許多小氣孔的蓬鬆質地。

椪糖會不會致癌?

就從焦糖化反應可製造出焦糖色素的標準來看,聯合國農糧醫藥食品添加物專家聯席委員會(Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, JECFA)將焦糖色素分成四類:

第一類:普通焦糖 (plain caramel)

第二類:亞硫酸鹽焦糖 (sulfite caramel)

第三類:銨鹽焦糖 (ammonia caramel)

第四類:亞硫酸-銨鹽焦糖 (sulfite ammonia caramel)

不同類別的焦糖色素,具有不同的焦體電荷、安定性與色度,用途亦各不相同。我國針對這四類焦糖色素有明確訂定,規範細節可見衛福部食藥署公告的食品添加物使用範圍及限量暨規格標準[8]

數十年來眾多針對焦糖色素所進行的毒理學研究,特別是安全疑慮比較高的第三類及第四類焦糖色素,都發現焦糖色素不具基因毒性、遺傳毒性與致癌性,確認焦糖色素是安全的食品添加物。

加上椪糖才加熱到攝氏 130 度,焦糖化反應影響因素很少,所以吃椪糖其實不必太過擔心致癌風險。

可樂、醬油經常添加焦糖色素。圖/WIKIPEDIA

跟致癌比起來,你比較需要擔心熱量

比起擔憂致癌疑慮,椪糖的熱量才是比較需要注意的地方,畢竟它幾乎都是由精製糖所製成。

我國衛福部國民健康署建議「精製糖建議攝取上限為 10% 以內,例如:總攝取熱量若為 2000 大卡,精製糖攝取量就不宜超過 200 大卡,每日精製糖攝取量最好能控制在 50 克以內。」最佳的情況,是每日不超過 25 克,其實就相當於一個椪糖 (20 克上下) 的重量了。

所以當你開心吃著好吃又好玩的椪糖時,還是要記得別吃太多,以避免攝取過多的精製糖及熱量,而賠上健康喔!

參考資料

  1. 國立台中教育大學科學教育與應用學系 科學遊戲實驗室,膨糖:http://scigame.ntcu.edu.tw/chemistry/chemistry-005.html
  2. 施明智 (2021)。食物學原理 (第三版)。新北市:藝軒圖書出版社。
  3. Mcdowell, E. J. (2015) Everything You Need to Know to Make Caramel Candies at Home. Retrieved from https://food52.com/blog/12212-everything-you-need-to-know-to-make-caramel-candies-at-home (Oct 10, 2021)
  4. 徐若瑄 (2017)。利用科學方法研究古早味椪糖。中華民國第 57 屆中小學科學展覽會。新北市。
  5. 戴士傑,2006。焦糖化產物的特性及其與酚類物質交聯程度之探討。國立屏東科技大學食品科學系碩士學位論文。屏東。
  6. 張月櫻,焦糖色素與 4-MEI (4-甲基咪唑) 說明稿 (2013)。檢自https://www.food.org.tw/TW/DisquisitionDetail.aspx?DisquisitionID=iZcsl/uRyXg= (Oct 10, 2021)
  7. 衛生福利部食品藥物管理署,食品添加物使用範圍及限量暨規格標準 焦糖色素 (2013)。檢自https://consumer.fda.gov.tw/Law/FoodAdditivesListDetail.aspx?nodeID=521&id=854 (Oct 10, 2021)
  8. 灃食公益飲食文化教育基金會,精製糖與非精製糖的差別為何? (2019)。檢自https://www.foodnext.net/science/machining/paper/5470279180 (Oct 10, 2021)

Evelyn 食品技師_96
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國立大學食品科學研究所畢業,現為一名食品技師兼食品研發專員,對食品科學充滿熱忱。有鑒於近年發生許多食安風暴,大眾對於食品安全的關注越來越高,網路上卻充斥著不實資訊或謠言。希望能貢獻微薄之力寫些文章,讓更多人有機會認識食品科學的正確資訊!想獲得更多食品營養資訊可追蹤作者的粉絲專頁 https://www.facebook.com/profile.php?id=100066016756421
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