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怎樣選一支好羽球拍?重量、平衡點、與硬度

活躍星系核_96
・2012/11/20 ・1895字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 494 ・六年級

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文 / 游富宇 (A serious endorphin user)

羽球是個看似簡單又很有趣的運動,室內風雨無阻,又不用與對手作親密接觸,再加上不失一個認識異性的好機會,所以在近來羽毛球有越來越風行的趨勢,而剛入門的朋友總是會遇到「怎麼選球拍?」這個不是頂重要卻又有點惱人的問題。有人說:「球拍越輕越好」也有人說:「看你是攻擊型還是防守型,攻擊型就拿攻擊拍,防守型就拿防守拍」,到底他們在說啥?在此簡單介紹兩種最常被討論也最重要的球拍特性。

重量與平衡點:

很多時候會聽到一些球友討論誰誰誰拿幾 U 的球拍或是 85.285、90.290 等等….其實他們在說的 U 指的是重量,數字越小代表重量越重,而 85.285 的意思是這隻球拍重量是 85g,從拍子底座往上量質心是落在 285mm。球拍不是越輕越好嗎?no no no~其實是看各人的習慣性。

比較重的球拍可能就像我那體重 120kg 的同學在籃下搶籃板,光是站在原地,誰撞他誰飛走;比較輕的球拍就像只有 60kg 的我,最大的優勢就是靈巧(??)一點,左閃右躲讓自己不要被撞飛。那平衡點勒?在《少林36房》這部電影中學成下山的三德和尚在街上遇到了正在與清廷鷹犬打鬥的打鐵匠,鐵匠拿著他的大鐵鎚左鎚右揮,無奈大鐵鎚實在是太重了,只要被閃過第一擊,接下來就是被反 K,三德告訴他手拿鐵鎚的鐵質部用木柄跟他們打,結果當然是正義的一方獲勝囉!球拍呢~也一樣,平衡點越靠近拍頭揮舞起來也就更費力(但是跟鐵鎚一樣,被打到可是比較痛的)。

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常常聽到的攻擊拍防守拍就是與重量平衡點有關,如果重量較重、平衡點比較偏拍頭,在擊球的時候球的受力較大,適合殺球等攻擊性的球路,所以被稱之為攻擊拍。同樣的如果重量較輕、平衡點較接近握把,因為再揮動時靈活度較好適合防守,所以又稱之為防守拍。可以把揮拍想成典型的旋轉,從旋轉動能看出一點端倪。

旋轉動能 E=1/221/2mr2ω

如果重量(m)相同、拍子想要在經過相同的角度後揮的一樣快(ω相同),增加平衡點距離(r)所需要給予球拍的動能也會增加。同樣的,增加球拍重量,所需的動能也會增加。因為揮動的角度相同,所以當所需要的動能越大,要越“用力”才能揮的一樣快(角速度ω相同)。也可以想見,具有較高旋轉動能的球拍,擊出的球球速也是會比較快的!

中管硬度

想必大家都在電視上看過表演空手劈磚,下面都會有字幕:叔叔有練過,小朋友不要在家裡學。我小時候就曾經很好奇要怎麼樣才能用手把磚頭劈斷。因為太好奇了,所以對下面那段字幕視而不見。有一次就真的拿一顆磚頭來劈劈看,當然是劈不斷而且手流血痛一天還不敢講。過了許久才在電視上看到某位師父說出了訣竅:力量要集中在劈下去的那一瞬間,力量一分散就劈不開了。

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很多球友在打球的時候往往力量也是挺分散的,如果剛好那天心血來潮拿了一支硬中管的球拍打球,就會覺得明明就已經很用力了球還是不太願意飛,因為擊球瞬間球停留在硬中管的球拍上的時間比較短,當還在很用力揮拍時,球已經跟球拍 kiss bye 了,造成了許多力量被浪費掉。相反地,揮拍力量集中的球友拿到了軟中管的球拍,常常會覺得力量都已經發完了球卻還在跟球拍 kiss。但是這些都只是我們從手感與經驗所做出的推論,實際上究竟是怎麼一回事?

早期的研究顯示揮拍以及球與球拍接觸的過程中,球拍會有一個彎曲和復原的過程,當球拍尚未完成復原時球已離開拍面,造成了能量的浪費。在一篇題目為:「不同羽球拍勁度與平衡點對於揮拍速度及球速表現之影響」的論文中,研究者藉由高速攝影機了解球拍的物理特性中勁度(中管硬度)及平衡點是如何影響揮拍速度與球速。從實驗結果可以看出,揮拍速度與平衡點有較明顯的關係;而如果想要球速有顯著的提昇,調整平衡點可以得到比較顯著的效果,而球拍勁度需要揮拍速度達到 90km 以上才會對球速有明顯的差異。可想而知揮拍速度達到 90km 以上的高手想必會比較習慣使用硬度較大的球拍,藉由較少的能量消耗來得到較高的球速。但是在追求球速的同時也要考慮體能上的負荷,以免受傷,反而得不償失。

圖片擷取自林雅函、相子元 (2010)。不同羽球拍勁度與平衡點對於揮拍速度及球速表現之影響。

總而言之,球拍充其量不過就是打球的工具,球要打的好關鍵還是球技與打球的心情,所以不論是多貴或是別人評價多差,輕如鴻毛、重如泰山、軟 QQ、硬梆梆,只要是自己順手的球拍就是好球拍!

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參考資料:

Fundamentals of Physics, John Wiley & Sons Inc,20100308

林雅函、相子元 (2010)。不同羽球拍勁度與平衡點對於揮拍速度及球速表現之影響。 碩士論文,國立臺灣師範大學,台北市

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活躍星系核_96
778 篇文章 ・ 128 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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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!

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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)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

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?

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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。

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。/圖片來源:shutterstock

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。

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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。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

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)。

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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!

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想站 C 位,先站定位——聽覺和身體平衡原來緊密相關!
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2022/12/24 ・1721字 ・閱讀時間約 3 分鐘

  • 雅文兒童聽語文教基金會 研究員 林桂如
平衡感不只依靠眼睛和大腦,更與聽覺系統息息相關! 圖/Pixabay

如果平衡感好,不僅可以輕易維持單腳站立的金雞獨立姿勢,還可以像韓國防彈少年、Twice 天團的成員們一樣,迅速變換舞蹈動作,也不至於跌出鏡頭外!

只是,你知道嗎?平衡感和臉蛋無關,更不只依靠眼睛和大腦!我們的耳朵,其實是維持身體平衡息息相關的要角。許多平衡感不佳的人,最後往往發現問題出在他們的耳朵上,箇中原因便是當內耳出現問題,將可能導致平衡跟著出現異狀,例如:步履不穩、搖晃,天旋地轉的眩暈,讓人站也不「適」、坐也不「適」。

聽覺和身體平衡的關係

如欲維持良好的身體平衡,將有賴聽覺系統中前庭系統(vestibular system)將接受到外界刺激,經前庭神經將刺激信息傳入相應的腦幹內的前庭神經核和小腦,再經視覺系統(visual system)和體感覺系統(somatosensory system)傳送至腦內更高層次的中樞神經系統處理,最後以運動神經系統做出反應。

國外相關研究指出,如果聽力受損時,前庭系統功能很可能也會有損傷,以致出現協調與平衡能力上的問題,甚至阻礙聽覺障礙(以下簡稱聽障)者的動態平衡(dynamic balance)(如:跑步、踢球)、靜態平衡(static balance)(如:單足站立)和協調能力的發展1。因此,鑒於當聽力損失程度越重,其前庭功能失調的風險也越高,反映在生活中的表現可能為較晚學走、學習或從事關於平衡的活動時常受挫,故建議當個人的純音平均聽力閾值(pure tone threshold)超過 65 分貝以上者,宜進一步進行前庭功能測試2

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適度運動可促進平衡表現,聽覺障礙者亦然!

在諸多研究上顯示,相較正常聽力者,聽障者的靜態與動態平衡上均有明顯表現較差的情況。然而,在比較聽障運動員與正常聽力者的平衡表現時,結果卻顯示聽障運動員在動態平衡能力和正常聽力者相當,甚至更好,惟靜態平衡能力中的表現仍明顯比正常聽力者差;進一步比較一般聽障者與聽障運動員間的平衡表現,亦發現聽障運動員有較好的反應時間、移動速度及靜態平衡能力3

從上述可知,藉由後天規律、適度的運動,除了可改善平衡表現和運動能力,亦能促進心理發展和社會技能4,並預防失衡導致的意外或傷害發生,這樣的成效在聽障者身上亦可見一斑5

運動可促進個體平衡表現,達到較佳的反應時間、移動速度和動、靜態平衡能力。圖/Pixabay

面對平衡感欠佳的孩子,宜留意其聽覺狀況、整體發展與適時引導!

    平衡感與生活自主有關,平衡感不佳的孩子,很可能無法自行走路、跑步或上/下樓梯,進而影響整體學習與適應。在平衡感欠佳者的孩子中,除了存在於自身的神經、前庭、肢體動作發展因素,也可能與個體所處的後天環境中家長過度保護、提供的環境刺激過少有關。

    當遇到平衡感不佳的孩子時,除了應留意其聽力發展外,亦建議定期參考「兒童健康手冊」分齡發展檢核,或各縣市衛生局提供的「學前兒童發展檢核表」加以留意。同時,亦鼓勵家長多提供兒童早期動作發展的經驗,如:當孩子可以放手行走時,酌量減少推車乘坐或手抱的機會,此外,也可善用共融遊戲場的遊戲設施加以探索,並可透過居家平衡小遊戲,如:練習墊腳尖、維持平衡;一隻手牽扶上/下樓梯;在柔軟的物體面(如:枕頭)上站立;玩需要經常轉頭的活動來提高前庭視覺反射功能(如:走路去拿一個球並把它放回桶中)等,幫助孩子從遊戲中練習平衡感!

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  1. Chilosi, A., Comparini, A., Scusa, M., Berrettini, S., Forli, F., & Battini, R. (2010). Neurodevelopmental disorders in children with severe to profound sensorineural hearing loss: A clinical study. Developmental Medicine and Child Neurology, 52(9), 856-862.
  2. 2Castiglione, M., & Lavender, V. (2019). Identifying red flags for vestibular dysfunction in children. The Hearing Journal, 72(3), 32-35.
  3. 高賡祖、林威秀(2020)。兒童與青少年聽覺障礙者平衡能力之探究。中華體育季刊,34(4),249-258。  
  4. Vidranski, T., & Farkaš, D. (2015). Motor skills in hearing impaired children with or without cochlear implant – a systematic review. Collegium Antropologicum, 39, 173-179. 
  5. Hartman, E., Houwen, S., & Visscher, C. (2011). Motor skill performance and sports participation in deaf elementary school children. Adapted physical activity quarterly, 28(2), 132-145.
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雅文兒童聽語文教基金會_96
62 篇文章 ・ 223 位粉絲
雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。

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沒看過打不壞的木製球棒?最新「加工法」讓木材硬度堪比金屬!
Rock Sun
・2021/11/19 ・2152字 ・閱讀時間約 4 分鐘

如果今天你想要好好的切食物,該用什麼樣的刀呢?

大家馬上想到的,應該不外乎就是金屬或是陶瓷吧?自古以來要製作工具,這兩個材料一定是首選,直到當代貪圖方便而使用的塑膠刀叉之外,好像想找不太到其他更好的替代方案了。

但是最近,有一群研究人員打破了大眾的想法和材料科學的界線——用木頭製作的刀來取代金屬。

10 月 20 號,這一群來自馬里蘭大學的材料科學家們在期刊《Matter》上發表了一種全新的加工方法,可以把跟木材大幅強化,製作成餐刀等工具。這把刀的硬度不只跟一般的牛排刀不相上下,可以輕鬆地切開 8 分熟的牛排,還可以多次使用、洗滌、有效的回收再利用,整個產品製造過程的能源消耗也比金屬或陶瓷低非常的多,有望在未來取代這類餐具。

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經過最新加工方法製成的木材,所製作出的餐刀可比不鏽鋼材質的更加鋒利。圖/Pixabay

比金屬和陶瓷更環保的選擇:木材

當你環顧生活周遭需要以「堅硬」為訴求的材料,你會發現它們大部分都是人造或經過加工的,因為想製作堅硬的物品,最怕的就是整個物理結構上有裂痕、中空或缺口等等瑕疵,只要有以上任何一種,工具的耐久度就無法維持多久,然而天然材料通常都有這種缺陷,例如木頭內部會有中空導管,石頭內則會有導致它容易剝落或裂開的天然紋理。

所以物質多半都都需要經過高溫冶煉才能夠成為堅硬的材料,例如光是製造陶瓷,就需要將陶土加熱到幾千度的高溫,而在這個講求環保的時代,有時候又要考慮產品的碳足跡……不用說,從地球土壤中開採鐵礦和陶土所耗費的能源,絕對與使用天然材質相對多很多。

所以這群研究人員把腦筋動到了陪伴原始人類到現在、樸實無華的木頭身上,他們覺得人類還沒發揮木頭 100% 的能力。

一般的木材在結構上有裂痕、中空或缺口等等瑕疵,無法加工成非常堅硬的工具。圖/Pixabay

請給我木材!人類尚未 100% 發揮它

好幾千年來,人類就不斷地想在木頭身上動手腳,但是在工具和建築上,木頭的加工通常只限於蒸氣曲木和壓縮法,用這種方法處理的木頭都會有個問題,在一段時間過後,木頭本身會有些許的回彈(定型)。

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要知道為什麼就得先了解木頭!

木頭最主要的成分是纖維素,雖然平常可能無感,但纖維素其實有相當高的強度與密度比,表面上看起來是一個輕量又堅固的超理想材質,只看數字的話,甚至凌駕於大部分的高密度建築材料如水泥、金屬等等。但是我們目前加工木頭的方式,都無法把木材的材料潛力發揮到極致,部分是因為纖維素其實只佔了木材的 50%,除此之外還包含半纖維素、木質素等物質,這些聚合物主要是作為介質,而非提供強度,但如果將這些東西去除掉,整個木頭結構會變得容易崩壞。

所以研究團隊找到了方法,移除木頭內比較脆弱的物質,但是仍保留纖維素的結構,這個技術可以把原本木材的硬度整整強化 23 倍,並打造出比不銹鋼刀還鋒利 3 倍的餐刀。

蒸氣曲木加工法,將木材放在充滿蒸氣的箱子內彎曲,能加工出優美的弧線。圖/WIKIPEDIA

兩步驟加工:讓「普通木材」變「超硬木材」

第一步是將木頭浸泡在添加了特定化學物質的水中,並加熱到攝氏 100 度,以去除部分木質素。失去木質素的木材會變得較為柔軟、具有彈性甚至還會黏稠;以往的木材加工通常不會將這個方法用在木材上,除了如上述提到的結構問題外,還會有使用溶劑的毒性問題,但研究人員研發出了毒性較低、還能重複使用的溶劑。

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第二步是對木頭進行高溫加壓,去除水分並讓其材質更為緻密,確保不會有結構上的缺陷,連樹木中原本被導管佔用的空間都能夠去除。

藉由這兩個步驟,他們有辦法去除木頭原本的結構問題,而經過這樣處理後的木頭還可以裁切成想要的形狀,然後再塗抹礦物油延長壽命、也隔絕水分讓纖維素不要再吸水,以免洗滌餐具降低刀子的鋒利程度。

將木材加工為「超硬木材」的實驗步驟。圖/參考資料 1

木材應用百百種!「五金材料」的新未來?

同樣的手法可以用來製作其他工具,例如和金屬釘子一樣堅硬的木頭釘子,一樣可以釘穿 3 塊木板,但是好處是木頭釘子不會有生鏽的問題,除了釘子之外,還有很多東西可以用這種木頭材質製作,例如更耐用的木頭地板。

儘管目前這個技術的使用還只是存在於實驗室環境中,但是不可否認的是,我們還沒有發揮木頭百分之百的實力,只要這個技術成熟,加上樹木可以種植並回收的特性,在未來每個人都可以分配到的超級強化木材資源或許可以凌駕於金屬,或只是打造出打不壞的木製球棒、堅不可摧的小木屋、輕量化的木頭汽車和飛機、或者是一把堪比鋼刀的超強木刀。

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阿銀,你的木刀原來是這麼來的啊 ?

參考資料

2021,《Hardened wood as a renewable alternative to steel and plastic

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Rock Sun
64 篇文章 ・ 962 位粉絲
前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者