跨越世紀的對話：92 歲先生遇到 iPad

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《超虐脊椎的地雷姿勢，你中了幾項？》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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脊椎是人體中軸，當身體傾斜或彎曲的角度愈大，脊椎便會承受愈大的壓力，也愈容易受傷，而造成腰酸背痛，甚至椎間盤突出、壓迫神經。

日常生活中，請避免這些超虐脊椎的地雷姿勢。

地雷一：低頭看手機

我們的頭顱具有相當重量，頸部越往前傾斜，就越傷頸椎。根據研究，當頭部前傾15度時，頸椎得承受12公斤的壓力；當頭部前傾60度時，頸椎得承受27公斤的壓力 ！

使用手機時，請把手機拿到眼睛平視的高度。

地雷二：彎腰搬重物

彎腰搬重物，對脊椎很傷。搬東西時，身體要先靠近，然後屈膝蹲下，盡量將背打直，腹部收緊，再站起身來。

提醒您，小孩也算是重物喔。

地雷三：斜躺靠椅背

無論是坐椅子或坐沙發，請將屁股靠近椅背，盡量坐好、坐滿，保持脊椎端正。
斜躺靠椅背感覺很舒服，卻使脊椎承受不當的壓力，而越坐越痠痛。

另外，體重過重也對脊椎不利，會在日積月累中形成傷害。

脊椎出狀況，問題一籮筐，千萬別大意喔！

• 本文轉載自超中二物理宅的科學雜記《第238話：別再邊走邊看手機！會大塞車…不是，大塞人！》

如果大家在上下班尖峰時間到「台灣第一魔界迷宮」的台北火車站（或者是世界上任何一個大都市的大車站），會看到密密麻麻的人萬頭鑽動，有觸發密集恐懼症的危險。這種大車站四面八方都有通路與出口，每個人都有自己想去的方向，到底大家是怎麼移動的呢？

一個極端是每個人都朝著自己的目的地直線前進，可能沒走幾步就撞得鼻青臉腫了，得要排除萬難才能抵達。另一個極端是所有的人都像醉漢般的亂走，一樣會撞得亂七八糟，而且還可能完全搞錯方向，到不了目的地。

到底每天在台北車站急急忙忙殺進殺出的這五十幾萬人，是怎麼在這種擁擠的情況下，以很短的時間走到自己想去的月台、出口、商店、廁所，而且還鮮有相撞的事故？

風有點大，你擋一下

物理學家早有研究，靠的是「自我組織現象」（self-organization）。我們在人擠人的地方走路的時候，自動會跟在「和我們走在同方向的人」後面，因為可以拿前面那位當「擋箭牌」嘛！這個自行車團體比賽裡面主力要跟在「破風手」後面一樣，只是這時候的「風」指的是從對面過來的反向人潮。

於是擁擠的車站空間中自動形成了幾條由同方向、同速度的行人所構成的無形走廊，往各個方向的人們跟著自己所在的人流順暢的流向目標。

不過這種充滿默契與效率的「行人流體」，在手機出現之後，就從順暢的「層流」變成混亂、黏滯性高的「紊流」了。

2021 搞笑諾貝爾動力學獎得主的實驗研究

於神戶大學取得地球行星科學博士學位的村上久（Hisashi Murakami），任職於東京大學先端科學技術研究中心，設計了一個實驗來看手機對擁擠人流的影響。

實驗的場所是一條寬 3 公尺，長 38 公尺的走廊，研究群募集了 54 名大學生，把他們分成兩組，走廊的兩端各有 27 人，兩邊的人各戴著不同顏色的帽子以便利用攝影自動追跡來分析走路的速度與轉彎的角度等數據。所有的人用平常走路的速度，朝著另一端前進。兩邊的人在中間遭遇之後，大約只花了四秒鐘就形成了五條人流，兩條向右，三條向左，所有的人都在幾乎不需閃避碰撞的情況下順利走完全程。

接下來的實驗是，重複同樣的過程，但是實驗者會以手機隨時通知三個受試者，要求他們開啟一個應用程式，這三個人得要一邊走路一邊做手機上的「個位數加法」題目，雖然很簡單，但是眼睛得要看題目，然後輸入答案後送出，一題接著一題。為了避免真的發生碰撞，研究者有把「有人會邊走邊看手機」這件事跟所有的受試者講，而且被抽中的三人都是走同一個方向。實驗分為四個條件：接電話的三個人是在隊伍的前面、中間以及後面，以及沒有人接電話的對照組，每個條件進行 12 次的實驗。

前樑不正，後樑歪（？

結果不意外，如果接電話的人是在隊伍前面領頭的，造成的影響最大。跟對照組比起來，整個群體走路的速度都慢了下來，形成人流的時間也拉長到 6 秒左右。會造成「塞人」的原因是前面的人突然慢下來或是停下來，所以跟在後面的人就得要來個「急轉彎」以避免碰撞，造成行人劇烈轉向的次數也大幅增加。行動的軌跡也顯示，比起沒人看手機的對照組雜亂許多。

如果接電話的人是在隊伍的中間或後面的話，影響則是遞減，移動速度幾乎沒差，但是形成人流的時間要比對照組長一點，只是統計上並不顯著。

「跟著前面的人走」只需要用到一小部分的注意力，人流穩定後就可以靠著體感保持同樣的速度前進，即使一邊走路一邊講電話也不是問題，不過當前面的人的移動模式突然出現變化時，就會打亂後面跟著走的人的行動。此外，人類走路時非常依靠視覺（當然，盲人除外），在智慧型手機流行之後，當視覺的注意力全部被手機螢幕搶走時，會自動調節讓行動慢下來，就擋到後面的人了。

所以在人潮洶湧的地方走路，還是專心一點！特別是如果你的前面沒什麼人，是一個「帶頭大哥或大姊」的話，更是要好好肩負起帶領你的「追隨者」閃過對面來的人潮，建立人流的重責大任，不然就要天下大亂啦！

這個研究，發表於 2021 年 3 月 17 日的「Science Advances」。村上久博士也已於今年轉任至京都工藝纖維大學（英文「Kyoto Institute of Technology」，京都理工學院好像比較響亮？）擔任助理教授。

參考資料

• If You Look at Your Phone While Walking, You’re an Agent of Chaos – The New York Times
• Mutual anticipation can contribute to self-organization in human crowds