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這是一隻間諜貓熊!——野生大貓熊如何靠「黑白迷彩」融入棲息地的景色?

寒波_96
・2021/11/09 ・3195字 ・閱讀時間約 6 分鐘

大貓熊(Ailuropoda melanoleuca)家喻戶曉,毛色黑白搭配,看起來似乎非常顯眼。但是一項新研究報告,貓熊身處野外環境時,黑白相間的外觀其實能起到偽裝的效果,不但可以融入背景,還能干擾掠食者的視覺,讓他們成為不錯的間諜貓熊。

我們印象中的貓熊,一般比較接近這樣。圖/參考資料 1

野生動物中,黑白毛色並不常見。有好幾項觀點,試圖解釋貓熊的外觀為什麼走黑白風格,一個方向是「偽裝」。乍看之下很不可思議,例如胡椒蛾隱於樹幹,彈塗魚隱於泥灘,都能很好的融入背景;可是貓熊看起來那麼明顯,而且黑白對比鮮明,難道是隱於斑馬線嗎?

神奇的是,一番分析下來,野生的貓熊還真的很會玩躲貓熊。即使達不到完全隱形,在一般認為善於隱形的動物中,也可以排進中段班。這是兩項偽裝技能綜合的效果:背景匹配(background matching)和混隱色(disruptive coloration,破壞性著色)。

黑白迷彩:近距離卻視而不見

我們會覺得貓熊很顯眼,是因為我們觀看貓熊時,若不是在動物園之類的人造環境中近看,就是透過選擇過的攝影視角。可是攝影鏡頭和動物園的設計,本來就有利於觀眾觀賞,與貓熊生活的野生環境差異不小。

天然環境中的貓熊,其實比較接近這樣。圖/參考資料 1

一度廣布的貓熊如今瀕臨滅團,天然的棲息地只剩下四川、陝西、甘肅少數幾處。新發表的論文取得一批野生貓熊的照片,15 張都來自陝西的佛坪自然保護區,算是位於秦嶺的天然森林棲地。

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野生貓熊出沒的環境,背景通常是樹林、岩石,冬天又多出下雪的積雪。研究者不只用眼睛看,也以程式量化分析環境背景的明暗。大致上樹幹是深色的,積雪和葉子是淺色的(如果有葉面蠟質,反光會顯得更淺),岩石介於其間。

量化分析指出,乍看黑白分明的貓熊,其實存在 3 種色調,除了黑色、白色以外,還有中庸的髒髒色。因此身處野生環境中的貓熊,可以相當融入背景:黑色類似樹幹、白色接近葉子和積雪、髒髒色彷彿岩石。

動物與環境背景的相似程度,在一般認為善於隱形的動物中,貓熊可以排進中段班。圖/參考資料 1

森林中有雪的冬天,以及沒有雪的夏天,背景頗有差異,黑白組合算是能兼顧不同時節的需求。

貓熊在人造環境中看似無所遁形,但是自然環境中,貓熊外觀的「背景匹配」效果不錯,類似泥塘中的河蟹。

值得一提的是,原產秦嶺的貓熊(Ailuropoda melanoleuca qinlingensis)與主要住在四川,黑白配色的近親不同,他們的深色不是黑色,而是深棕色(類似髒髒色)。棕白組合,應該也能達到不錯的背景匹配效果。

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秦嶺貓熊和四川的同類一樣也是貓熊,但是毛色中沒有黑色,變成棕色。圖/ wiki

遠處好像有東西?又好像沒看到?

背景匹配的原理來自,動物身體與背景之間色彩相似的對應,與另一種偽裝方式「混隱色」又不一樣。

視覺上要偵測到一個動物,必需察覺其與周圍有別的顏色和輪廓。倘若動物身上的色塊能混淆實際的輪廓(例如同時存在鮮明的對比色),就可以干擾視覺,讓掠食者看不清楚,使自己無法被分辨出來。這稱作混隱色。

量化分析指出,觀看貓熊在近距離還算清楚,但是遠離一段以後,貓熊對比分明的黑白色塊,就能發揮混隱色的效果,不再那麼容易被識別。

冬天,距離比較遠的時候,貓熊的混隱色發揮效果。圖/參考資料 1

自然環境中,貓熊的掠食者不是人類之流的靈長類,而是貓科、犬科的動物。比起貓科、犬科的雙色視覺,靈長類的三色視覺辨識色彩更敏銳。因此人類看不清楚的對象,貓熊的掠食者應該會更迷茫 。

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有個實際案例是,非洲的斑點鬣狗(Crocuta crocuta)在距離超過 50 公尺之下,無法分辨平原斑馬(Equus burchelli)最寬的條紋。

以貓代表貓科、狗代表犬科,分析得知貓熊的混隱色,確實有干擾掠食者視覺的偽裝作用。由此推論,貓熊之所以演化出對比明顯的黑白色調,除了適應冬天、夏天有別的環境,大概也有增進混隱色效果的意義。

夏天,距離比較遠的時候,貓熊的混隱色發揮效果。圖/參考資料 1

以下為設計對白:
「胖達003 呼叫,胖達007 被發現惹,over~」
「胖達007 收到,滲透可能失敗,over~」
「維尼001 呼叫,我親自指揮、親自部署,絕對沒有問題,over~」
「胖達003 呼叫,胖達007 被吹箭命中,over~」
「胖達007 呼叫,維尼搞我呢,哇操……ooooo~」

貓熊也會躲貓貓

盡管貓熊算是雄壯威武的大型動物,不是那麼好欺負,還是可能被野生掠食者獵殺,尤其是沒什麼功夫的脆弱幼年貓熊,因此仍有避免被掠食的需求。

貓熊其實和彈塗魚一樣,是融入背景的高手。圖/大彈塗魚

人類在人造環境近距離觀看貓熊,會覺得他們非常顯眼。有些學者甚至認為,貓熊鮮明的黑白配色,目的是警戒色(aposematism),也就是靠誇張的色彩嚇退對手。

但是新研究發現處於天然環境時,貓熊其實很不起眼,而且近距離顯眼的對比色,拉遠距離反而能干擾視線。所以毛色的黑白組合,可謂演化上適應性的偽裝。

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論文表示,背景匹配和混隱色的偽裝原理不同,兩者應該有互補的效果。近距離下背景匹配比較有效,遠距離則是混隱色,目的都是希望偽裝成低調的間諜貓熊,讓敵人視而不見。

延伸閱讀

參考資料

  1. Nokelainen, O., Scott-Samuel, N. E., Nie, Y., Wei, F., & Caro, T. (2021). The giant panda is cryptic. Scientific Reports, 11(1), 1-10.
  2. Caro, T., Walker, H., Rossman, Z., Hendrix, M., & Stankowich, T. (2017). Why is the giant panda black and white?. Behavioral Ecology, 28(3), 657-667.
  3. Giant pandas’ distinctive black and white markings provide effective camouflage, study finds
  4. Giant Panda’s Unique Black-And-White Coat Provides Effective Camouflage, New Research Confirms
  5. 肖繁荣, 杨灿朝, & 史海涛. (2015). 动物的伪装方式 四川动物, 34(6), 955-960.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
193 篇文章 ・ 1082 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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人與 AI 的關係是什麼?走進「2024 未來媒體藝術節」,透過藝術創作尋找解答
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/10/24 ・3176字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與財團法人臺灣生活美學基金會合作。 

AI 有可能造成人們失業嗎?還是 AI 會成為個人專屬的超級助理?

隨著人工智慧技術的快速發展,AI 與人類之間的關係,成為社會大眾目前最熱烈討論的話題之一,究竟,AI 會成為人類的取代者或是協作者?決定關鍵就在於人們對 AI 的了解和運用能力,唯有人們清楚了解如何使用 AI,才能化 AI 為助力,提高自身的工作效率與生活品質。

有鑑於此,目前正於臺灣當代文化實驗場 C-LAB 展出的「2024 未來媒體藝術節」,特別將展覽主題定調為奇異點(Singularity),透過多重視角探討人工智慧與人類的共生關係。

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C-LAB 策展人吳達坤進一步說明,本次展覽規劃了 4 大章節,共集結來自 9 個國家 23 組藝術家團隊的 26 件作品,帶領觀眾從了解 AI 發展歷史開始,到欣賞各種結合科技的藝術創作,再到與藝術一同探索 AI 未來發展,希望觀眾能從中感受科技如何重塑藝術的創造範式,進而更清楚未來該如何與科技共生與共創。

從歷史看未來:AI 技術發展的 3 個高峰

其中,展覽第一章「流動的錨點」邀請了自牧文化 2 名研究者李佳霖和蔡侑霖,從軟體與演算法發展、硬體發展與世界史、文化與藝術三條軸線,平行梳理 AI 技術發展過程。

圖一、1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧」一詞

藉由李佳霖和蔡侑霖長達近半年的調查研究,觀眾對 AI 發展有了清楚的輪廓。自 1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧(Artificial Intelligence))」一詞,並明確定出 AI 的任務,例如:自然語言處理、神經網路、計算學理論、隨機性與創造性等,就開啟了全球 AI 研究浪潮,至今將近 70 年的過程間,共迎來三波發展高峰。

第一波技術爆發期確立了自然語言與機器語言的轉換機制,科學家將任務文字化、建立推理規則,再換成機器語言讓機器執行,然而受到演算法及硬體資源限制,使得 AI 只能解決小問題,也因此進入了第一次發展寒冬。

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圖二、1957-1970 年迎來 AI 第一次爆發

之後隨著專家系統的興起,讓 AI 突破技術瓶頸,進入第二次發展高峰期。專家系統是由邏輯推理系統、資料庫、操作介面三者共載而成,由於部份應用領域的邏輯推理方式是相似的,因此只要搭載不同資料庫,就能解決各種問題,克服過去規則設定無窮盡的挑戰。此外,機器學習、類神經網路等技術也在同一時期誕生,雖然是 AI 技術上的一大創新突破,但最終同樣受到硬體限制、技術成熟度等因素影響,導致 AI 再次進入發展寒冬。

走出第二次寒冬的關鍵在於,IBM 超級電腦深藍(Deep Blue)戰勝了西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov,加上美國學者 Geoffrey Hinton 推出了新的類神經網路算法,並使用 GPU 進行模型訓練,不只奠定了 NVIDIA 在 AI 中的地位, 自此之後的 AI 研究也大多聚焦在類神經網路上,不斷的追求創新和突破。

圖三、1980 年專家系統的興起,進入第二次高峰

從現在看未來:AI 不僅是工具,也是創作者

隨著時間軸繼續向前推進,如今的 AI 技術不僅深植於類神經網路應用中,更在藝術、創意和日常生活中發揮重要作用,而「2024 未來媒體藝術節」第二章「創造力的轉變」及第三章「創作者的洞見」,便邀請各國藝術家展出運用 AI 與科技的作品。

圖四、2010 年發展至今,高性能電腦與大數據助力讓 AI 技術應用更強

例如,超現代映畫展出的作品《無限共作 3.0》,乃是由來自創意科技、建築師、動畫與互動媒體等不同領域的藝術家,運用 AI 和新科技共同創作的作品。「人們來到此展區,就像走進一間新科技的實驗室,」吳達坤形容,觀眾在此不僅是被動的觀察者,更是主動的參與者,可以親身感受創作方式的轉移,以及 AI 如何幫助藝術家創作。

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圖五、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」展出現場,圖為超現代映畫的作品《無限共作3.0》。圖/C-LAB 提供

而第四章「未完的篇章」則邀請觀眾一起思考未來與 AI 共生的方式。臺灣新媒體創作團隊貳進 2ENTER 展出的作品《虛擬尋根-臺灣》,將 AI 人物化,採用與 AI 對話記錄的方法,探討網路發展的歷史和哲學,並專注於臺灣和全球兩個場景。又如國際非營利創作組織戰略技術展出的作品《無時無刻,無所不在》,則是一套協助青少年數位排毒、數位識毒的方法論,使其更清楚在面對網路資訊時,該如何識別何者為真何者為假,更自信地穿梭在數位世界裡。

透過歷史解析引起共鳴

在「2024 未來媒體藝術節」規劃的 4 大章節裡,第一章回顧 AI 發展史的內容設計,可說是臺灣近年來科技或 AI 相關展覽的一大創舉。

過去,這些展覽多半以藝術家的創作為展出重點,很少看到結合 AI 發展歷程、大眾文明演變及流行文化三大領域的展出內容,但李佳霖和蔡侑霖從大量資料中篩選出重點內容並儘可能完整呈現,讓「2024 未來媒體藝術節」觀眾可以清楚 AI 技術於不同階段的演進變化,及各發展階段背後的全球政治經濟與文化狀態,才能在接下來欣賞展區其他藝術創作時有更多共鳴。

圖六、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」分成四個章節探究 AI 人工智慧時代的演變與社會議題,圖為第一章「流動的錨點」由自牧文化整理 AI 發展歷程的年表。圖/C-LAB 提供

「畢竟展區空間有限,而科技發展史的資訊量又很龐大,在評估哪些事件適合放入展區時,我們常常在心中上演拉鋸戰,」李佳霖笑著分享進行史料研究時的心路歷程。除了從技術的重要性及代表性去評估應該呈現哪些事件,還要兼顧詞條不能太長、資料量不能太多、確保內容正確性及讓觀眾有感等原則,「不過,歷史事件與展覽主題的關聯性,還是最主要的決定因素,」蔡侑霖補充指出。

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舉例來說,Google 旗下人工智慧實驗室(DeepMind)開發出的 AI 軟體「AlphaFold」,可以準確預測蛋白質的 3D 立體結構,解決科學家長達 50 年都無法突破的難題,雖然是製藥或疾病學領域相當大的技術突破,但因為與本次展覽主題的關聯性較低,故最終沒有列入此次展出內容中。

除了內容篩選外,在呈現方式上,2位研究者也儘量使用淺顯易懂的方式來呈現某些較為深奧難懂的技術內容,蔡侑霖舉例說明,像某些比較艱深的 AI 概念,便改以視覺化的方式來呈現,為此上網搜尋很多與 AI 相關的影片或圖解內容,從中找尋靈感,最後製作成簡單易懂的動畫,希望幫助觀眾輕鬆快速的理解新科技。

吳達坤最後指出,「2024 未來媒體藝術節」除了展出藝術創作,也跟上國際展會發展趨勢,於展覽期間規劃共 10 幾場不同形式的活動,包括藝術家座談、講座、工作坊及專家導覽,例如:由策展人與專家進行現場導覽、邀請臺灣 AI 實驗室創辦人杜奕瑾以「人工智慧與未來藝術」為題舉辦講座,希望透過帶狀活動創造更多話題,也讓展覽效益不斷發酵,讓更多觀眾都能前來體驗由 AI 驅動的未來創新世界,展望 AI 在藝術與生活中的無限潛力。

展覽資訊:「未來媒體藝術節——奇異點」2024 Future Media FEST-Singularity 
展期 ▎2024.10.04 ( Fri. ) – 12.15 ( Sun. ) 週二至週日12:00-19:00,週一休館
地點 ▎臺灣當代文化實驗場圖書館展演空間、北草坪、聯合餐廳展演空間、通信分隊展演空間
指導單位 ▎文化部
主辦單位 ▎臺灣當代文化實驗場

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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・2021/11/09 ・3195字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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大貓熊(Ailuropoda melanoleuca)家喻戶曉,毛色黑白搭配,看起來似乎非常顯眼。但是一項新研究報告,貓熊身處野外環境時,黑白相間的外觀其實能起到偽裝的效果,不但可以融入背景,還能干擾掠食者的視覺,讓他們成為不錯的間諜貓熊。

我們印象中的貓熊,一般比較接近這樣。圖/參考資料 1

野生動物中,黑白毛色並不常見。有好幾項觀點,試圖解釋貓熊的外觀為什麼走黑白風格,一個方向是「偽裝」。乍看之下很不可思議,例如胡椒蛾隱於樹幹,彈塗魚隱於泥灘,都能很好的融入背景;可是貓熊看起來那麼明顯,而且黑白對比鮮明,難道是隱於斑馬線嗎?

神奇的是,一番分析下來,野生的貓熊還真的很會玩躲貓熊。即使達不到完全隱形,在一般認為善於隱形的動物中,也可以排進中段班。這是兩項偽裝技能綜合的效果:背景匹配(background matching)和混隱色(disruptive coloration,破壞性著色)。

黑白迷彩:近距離卻視而不見

我們會覺得貓熊很顯眼,是因為我們觀看貓熊時,若不是在動物園之類的人造環境中近看,就是透過選擇過的攝影視角。可是攝影鏡頭和動物園的設計,本來就有利於觀眾觀賞,與貓熊生活的野生環境差異不小。

天然環境中的貓熊,其實比較接近這樣。圖/參考資料 1

一度廣布的貓熊如今瀕臨滅團,天然的棲息地只剩下四川、陝西、甘肅少數幾處。新發表的論文取得一批野生貓熊的照片,15 張都來自陝西的佛坪自然保護區,算是位於秦嶺的天然森林棲地。

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野生貓熊出沒的環境,背景通常是樹林、岩石,冬天又多出下雪的積雪。研究者不只用眼睛看,也以程式量化分析環境背景的明暗。大致上樹幹是深色的,積雪和葉子是淺色的(如果有葉面蠟質,反光會顯得更淺),岩石介於其間。

量化分析指出,乍看黑白分明的貓熊,其實存在 3 種色調,除了黑色、白色以外,還有中庸的髒髒色。因此身處野生環境中的貓熊,可以相當融入背景:黑色類似樹幹、白色接近葉子和積雪、髒髒色彷彿岩石。

動物與環境背景的相似程度,在一般認為善於隱形的動物中,貓熊可以排進中段班。圖/參考資料 1

森林中有雪的冬天,以及沒有雪的夏天,背景頗有差異,黑白組合算是能兼顧不同時節的需求。

貓熊在人造環境中看似無所遁形,但是自然環境中,貓熊外觀的「背景匹配」效果不錯,類似泥塘中的河蟹。

值得一提的是,原產秦嶺的貓熊(Ailuropoda melanoleuca qinlingensis)與主要住在四川,黑白配色的近親不同,他們的深色不是黑色,而是深棕色(類似髒髒色)。棕白組合,應該也能達到不錯的背景匹配效果。

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秦嶺貓熊和四川的同類一樣也是貓熊,但是毛色中沒有黑色,變成棕色。圖/ wiki

遠處好像有東西?又好像沒看到?

背景匹配的原理來自,動物身體與背景之間色彩相似的對應,與另一種偽裝方式「混隱色」又不一樣。

視覺上要偵測到一個動物,必需察覺其與周圍有別的顏色和輪廓。倘若動物身上的色塊能混淆實際的輪廓(例如同時存在鮮明的對比色),就可以干擾視覺,讓掠食者看不清楚,使自己無法被分辨出來。這稱作混隱色。

量化分析指出,觀看貓熊在近距離還算清楚,但是遠離一段以後,貓熊對比分明的黑白色塊,就能發揮混隱色的效果,不再那麼容易被識別。

冬天,距離比較遠的時候,貓熊的混隱色發揮效果。圖/參考資料 1

自然環境中,貓熊的掠食者不是人類之流的靈長類,而是貓科、犬科的動物。比起貓科、犬科的雙色視覺,靈長類的三色視覺辨識色彩更敏銳。因此人類看不清楚的對象,貓熊的掠食者應該會更迷茫 。

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有個實際案例是,非洲的斑點鬣狗(Crocuta crocuta)在距離超過 50 公尺之下,無法分辨平原斑馬(Equus burchelli)最寬的條紋。

以貓代表貓科、狗代表犬科,分析得知貓熊的混隱色,確實有干擾掠食者視覺的偽裝作用。由此推論,貓熊之所以演化出對比明顯的黑白色調,除了適應冬天、夏天有別的環境,大概也有增進混隱色效果的意義。

夏天,距離比較遠的時候,貓熊的混隱色發揮效果。圖/參考資料 1

以下為設計對白:
「胖達003 呼叫,胖達007 被發現惹,over~」
「胖達007 收到,滲透可能失敗,over~」
「維尼001 呼叫,我親自指揮、親自部署,絕對沒有問題,over~」
「胖達003 呼叫,胖達007 被吹箭命中,over~」
「胖達007 呼叫,維尼搞我呢,哇操……ooooo~」

貓熊也會躲貓貓

盡管貓熊算是雄壯威武的大型動物,不是那麼好欺負,還是可能被野生掠食者獵殺,尤其是沒什麼功夫的脆弱幼年貓熊,因此仍有避免被掠食的需求。

貓熊其實和彈塗魚一樣,是融入背景的高手。圖/大彈塗魚

人類在人造環境近距離觀看貓熊,會覺得他們非常顯眼。有些學者甚至認為,貓熊鮮明的黑白配色,目的是警戒色(aposematism),也就是靠誇張的色彩嚇退對手。

但是新研究發現處於天然環境時,貓熊其實很不起眼,而且近距離顯眼的對比色,拉遠距離反而能干擾視線。所以毛色的黑白組合,可謂演化上適應性的偽裝。

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論文表示,背景匹配和混隱色的偽裝原理不同,兩者應該有互補的效果。近距離下背景匹配比較有效,遠距離則是混隱色,目的都是希望偽裝成低調的間諜貓熊,讓敵人視而不見。

延伸閱讀

參考資料

  1. Nokelainen, O., Scott-Samuel, N. E., Nie, Y., Wei, F., & Caro, T. (2021). The giant panda is cryptic. Scientific Reports, 11(1), 1-10.
  2. Caro, T., Walker, H., Rossman, Z., Hendrix, M., & Stankowich, T. (2017). Why is the giant panda black and white?. Behavioral Ecology, 28(3), 657-667.
  3. Giant pandas’ distinctive black and white markings provide effective camouflage, study finds
  4. Giant Panda’s Unique Black-And-White Coat Provides Effective Camouflage, New Research Confirms
  5. 肖繁荣, 杨灿朝, & 史海涛. (2015). 动物的伪装方式 四川动物, 34(6), 955-960.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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深海發現大型礦場和「暗氧」!是能源危機的希望還是潘朵拉之盒?
PanSci_96
・2024/09/21 ・2334字 ・閱讀時間約 4 分鐘

深海的暗氧:無光環境中的神秘氧氣生成

深海,被譽為地球最後的未開發疆域,隱藏著許多不為人知的奧秘。數千公尺深的海底沉積了數量龐大的多金屬結核,這些礦物因含有大量珍貴金屬,對現代技術,尤其是能源轉型,至關重要。然而,科學家在探索這些結核的過程中意外地發現了一種神秘的現象:暗氧,即在無光的深海環境中生成氧氣的過程。這一發現不僅可能改變我們對海洋生態系統的理解,還可能重新定義地球早期生命起源的故事。

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長期以來,科學界普遍認為氧氣的生成依賴於光合作用。光合作用是植物、藻類及一些細菌透過陽光將水和二氧化碳轉化為有機物並釋放氧氣的過程。這一過程主要發生在地球表層和淺水區域,是維持大氣和海洋中氧氣含量的核心機制。根據這一觀點,只有在陽光能夠到達的區域,氧氣才能被生成。因此,對於深達數千公尺的深海區域,我們的認識是,氧氣主要來自於表層水透過洋流輸送到深處。

然而,深海中缺乏光源,光合作用無法進行,這意味著氧氣在深海中的供應受到限制。雖然洋流能夠在一定程度上將氧氣輸送到深海,但這一過程極其緩慢,往往需要數百年甚至上千年才能完成一次循環。因此,科學家一直認為深海是一個缺氧的環境。

多金屬結核的發現,是新能源的關鍵,還是海洋生態的災難?

在這樣的背景下,科學家對深海進行了更深入的探索,並發現了錳結核(英語:Manganese nodules),又被稱為多金屬結核這一珍貴資源。多金屬結核是富含金屬的岩石,其主要成分包括鈷、錳和鎳等金屬。這些結核廣泛分佈於全球深海區域,尤其是太平洋海域,儲量高達數兆噸。這些金屬對綠色能源技術,如電池生產,具有極高的價值,吸引了全球各國的關注。

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然而,這些結核不僅是地球資源的寶藏,它們還隱藏著另一個重要的發現。2013 年,科學家安德魯·斯威特曼(Andrew Sweetman)在太平洋克拉里昂-克里珀頓區域進行深海研究時,意外地發現,在封閉的深海水域中,氧氣濃度竟然有所增加。這一現象引發了科學界的極大關注。

科學家探索深海的多金屬結核時,意外發現「暗氧」的存在。 圖/envato

暗氧的生成機制

斯威特曼的研究團隊推測,深海中的多金屬結核可能在某些化學條件下,充當了天然電池。這些結核通過電化學反應將水分解為氧氣和氫氣,從而在無光的環境中產生了氧氣。為了驗證這一假設,團隊在實驗室中模擬了深海環境,並確實觀察到氧氣從結核生成的現象。

不過,這一過程並非如想像中簡單。根據實驗數據,某些海底結核表面的電壓僅為 0.95 伏特,卻能夠生成氧氣,這與理論上需要的 1.6 伏特電壓不符。研究團隊進一步推測,這可能與結核的成分有關,例如含鎳的錳氧化物可能起到了催化作用,降低了反應所需的能量。此外,結核表面的不規則排列及空隙可能也促進了電子轉移和水的分解。

暗氧的發現挑戰了我們對氧氣生成的傳統理解。過去我們認為,地球上的氧氣主要來自於光合作用,但這一現象表明,甚至在無光的深海環境中,氧氣也能通過無機物的電化學反應生成。這意味著,我們對於地球早期氧氣循環及生命演化的認識可能存在重大疏漏。

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尤其值得注意的是,多金屬結核的形成需要氧氣,而這些結核大量出現在深海中,是否表明早期地球上就已經存在非光合作用的氧氣生成機制?如果是這樣,暗氧是否可能推動了地球上生命的起源?這一問題仍然未有定論,但暗氧的發現無疑為生命起源的研究開闢了一條新的途徑。

未來的挑戰:開採深海資源還是守護地球最後的「淨土」?

除了科學研究的價值,多金屬結核也吸引了全球對於深海資源開採的興趣。這些結核富含稀有金屬,特別是對電池生產至關重要的鎳和鈷。然而,大規模的深海開採可能會對海洋生態系統造成嚴重破壞。

對於發現的深海資源,是要開採?還是選擇守護海洋生態? 圖/envato

首先,深海採礦可能導致噪音和光污染,破壞深海生物的棲息地。此外,採礦過程中產生的懸浮物可能對海洋生物,尤其是水母等生物造成生理負擔。研究顯示,水母在模擬的採礦環境中會因應對懸浮物而消耗大量能量,這可能削弱其免疫系統並降低生存率。

因此,雖然深海資源的開採看似能解決當前的能源危機,但國際間對此議題的爭議仍然持續。全球已有32個國家支持暫停或禁止深海採礦,呼籲進行更多的生態影響研究以確保環境保護。

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暗氧的發現,不僅為科學研究帶來新的挑戰,也為深海資源的開採提出了更高的要求。在能源危機與生態保護之間,我們需要尋找平衡點。未來的技術或許能夠在不破壞環境的情況下,模擬自然過程生成多金屬結核,從而實現可持續的資源開採。

此外,暗氧現象的發現也為探索外星生命提供了新的思路。當我們在其他行星上發現氧氣時,不一定意味著那裡存在光合作用生物,可能是類似多金屬結核的無機反應在默默進行。這一發現或許將改變我們對地外生命的定義與尋找方式。

深海的秘密仍在不斷被揭開。從暗氧的發現到多金屬結核的開採,這片未開發的疆域將在未來的科學探索與資源爭奪中扮演至關重要的角色。無論是能源危機的解決還是生態系統的保護,我們都應以謹慎且負責任的態度面對這一未知的領域,避免打開潘朵拉之盒。

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