食蟲植物的藍光陷阱

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！

在動畫《飛哥與小佛》（Phineas and Ferb）中超人氣角色——鴨嘴獸泰瑞／特務 P，可愛的外表加上寵物與特務的雙重身分，使牠成為家喻戶曉的大明星，鮮明的體色「泰瑞色」也蔚為風潮。

但你知道嗎？泰瑞的顏色其實是真的！

動物界神奇寶貝——鴨嘴獸的二三事

鴨嘴獸是棲息在澳洲東部的半水生單孔目動物，而單孔目代表著具有長期獨立演化的古老哺乳動物，雖是哺乳類但卻會產卵；現存的單孔目動物僅存鴨嘴獸及針鼴，均為澳洲特有種。

鴨嘴獸通常為夜間活動，並依靠一套獨特的表徵在黃昏、夜間和渾濁的水中，活動於弱光水生環境，牠們可以閉著眼睛游泳獵捕，使用機械感受及電感受來定位、感知水下獵物。鴨嘴獸的皮毛除了喙、腳和尾巴外，覆蓋身體均勻且緻密，可在水中起到絕緣的作用。

雄性鴨嘴獸的後肢長了尖刺並分泌有毒物質，在打架中會善用毒刺攻擊，藉此爭奪雌性，是目前為數不多的有毒哺乳類之一。

• 延伸閱讀：誰都別想惹鴨嘴獸：天上天下唯一有毒刺的哺乳動物──《毒特物種》

這些特徵已經讓鴨嘴獸夠特別了，現在又多了一樣更令人驚豔的能力：生物螢光。

鴨嘴獸使出「生物螢光」！

生物螢光（ Biofluorescence）是生物透過體內的螢光蛋白來吸收特定波長的光，然後發出另一波長的光。螢光蛋白吸收外來的能量，如紫外線，並發出螢光。

有一點還須特別注意：生物螢光與生物發光（bioluminescence）儘管都為發出螢光，但機制卻有所不同，又以生物發光較為常見，如螢火蟲、藍眼淚（夜光藻）等；站上亦有許多關於生物發光機制的文章，歡迎讀者閱讀～！

• 延伸閱讀：朋友一生一起走，發光夥伴不常有！短尾烏賊和費雪弧菌的共生關係大揭密！——《我擁群像》

• 延伸閱讀：夏夜竹林裡的小精靈「螢光蕈」──那些發光的菇菇們！

早期對於生物螢光的研究多半是在刺絲胞動物中發現，現今則觀察到越來越多不同物種也有此機制，從無脊椎動物到鳥類再到哺乳動物，遠比原先想像得還要更加普遍。

一切都是意外的發現？

2020 年 10 月期刊《哺乳類》（Mammalia）上發表了篇關於：鴨嘴獸在紫外光的照射下，會產生藍綠色的螢光，這項發現也使得在生物螢光研究領域有一大進展。

研究團隊在森林觀察螢光的生物時，發現北美飛鼠在紫外線照射下肚子會發出粉紅色的光，於是便前往芝加哥菲爾德自然史博物館（Field Museum of Natural History , FMNH）進一步確認，他們將存放在館內的飛鼠標本進行照射，證實牠們腹部的毛會散發粉紅螢光，並將研究成果發表於《哺乳類》期刊。

在好奇心的驅使下，該研究團隊試著用紫外光照射了自然史博物館內，同為夜行性哺乳類的鴨嘴獸標本，意外發現鴨嘴獸的皮毛也會發出螢光！（以後出門都帶著 UV 燈好了）

研究過程

研究團隊詳細檢查了館內的兩個鴨嘴獸標本，分別為編號 FMNH 55559（雌性）和編號 FMNH 16612（根據腳踝上的尖刺推斷為雄性）；在黑暗的房間裡以 385～395 nm 紫外線燈照射，並用濾光片阻擋短波長（包括反射的紫外線），以提高更長的生物螢光波長的可見度，然後拍攝紫外光反射圖像。

結果顯示，鴨嘴獸的背側和腹側毛皮在可見光下呈均勻棕色，在紫外光下則呈綠色至青藍色。

團隊也檢查了這兩個標本的腹部共五個不同點，在每個位置上將探針與標本成 45° 角，並將採集的五個光譜結合起來創建平均光譜，檢測到了約 500 nm 的螢光波峰。

與光源光譜相比，兩個標本光譜顯示的結果為：吸收紫外光（200～400 nm）並發出可見光（500～600 nm），確認了鴨嘴獸的生物螢光皮毛。

為了驗證在 FMNH 標本中獲得的結果，團隊還檢查了另一個不同地點、日期收集的鴨嘴獸標本。存放在美國內布拉斯加州大學博物館（University of Nebraska State Museum , UNSM）內的雄性鴨嘴獸標本，再次驗證毛皮在可見光下呈均勻棕色，在紫外光下則呈生物螢光綠色。

在該團隊發表研究結果前不久，有另一篇論文報告了一隻剛被路殺的鴨嘴獸在黑光燈（一種照射出紫外光的燈）下發光，藉此印證了鴨嘴獸確實能發出螢光。

而在北美飛鼠及鴨嘴獸之前，唯一哺乳類會發出螢光的紀錄僅出現在 1983 年的一份有袋負鼠研究，該團隊這兩次的意外發現，無疑為哺乳世界的生物螢光拓展新知。

發光的目的

到這裡不免讓人好奇，鴨嘴獸是為了什麼目的而發螢光，或是有什麼生物意義？然而科學家們表示，目前仍不清楚鴨嘴獸為何會發光。

科學家們也為此作出了一些推斷，鴨嘴獸、美洲飛鼠和負鼠都是在黃昏至夜間活躍，許多夜行性哺乳動物似乎具有對紫外線敏感的視力，生物螢光在弱光環境中強化了適應性，進一步表明紫外線在弱光環境中具有生態意義。

因此推測：鴨嘴獸對紫外線的吸收和隨後發出的螢光，可能會降低對紫外線敏感的捕食者對牠們的能見度。不過這還得靠實地野生生態研究記錄，觀察生物螢光功能對鴨嘴獸的重要性。

2021 年也有研究團隊發現了另一種有生物螢光機制的哺乳類——跳兔（Pedetidae），而牠們也同為夜間活動的哺乳動物^[4]。

也許，生物螢光機制對在弱光環境中活躍的夜行性哺乳動物發揮著重要作用。

後記

筆者非常好奇泰瑞的顏色為什麼就剛好是藍綠色，《飛哥與小佛》2007 年在迪士尼頻道首播，確認鴨嘴獸會發藍綠色螢光則是在 2020 年發表，嗯……，這也許就是個可愛的巧合吧！

1. Biofluorescence in the platypus（Ornithorhynchus anatinus）
2. 若你覺得鴨嘴獸不夠神奇，現在我們知道牠們也會發光！
3. 生物螢光—維基百科
4. Vivid biofluorescence discovered in the nocturnal Springhare（Pedetidae）

紫外光燈是應用非常廣的環境消毒工具，廣泛應用在手術室、圖書館、游泳池等公共場所，由於疫情的關係，又再次受到注意。但紫外光燈真的適用於家中進行消毒嗎？使用上又有什麼需要注意的地方呢？

紫外光有分三種：UVA、UVB、UVC

紫外光可以依照波長分為三大類：分別是 UVA（波長介於320~400nm）、UVB（波長介於 280~320nm）以及 UVC（波長介於100~280nm）。

其中 UVA 的穿透力最強，抵達地球的陽光中，就有許多 UVA；UVA 可穿透大氣層、車窗、玻璃進入室內及車內，甚至抵達皮膚下的真皮層，使之生成黑色素、曬黑皮膚。

同時，UVA 可再細分為 UVA-2（320~340nm）與 UVA-1（340~400nm）。UVA-1 穿透力最強，即使在非夏季、比較感受不到「熱」的時候，UVA-1 仍然存在；此時如果長時間照射太陽或是坐在靠玻璃帷幕的辦公室，一樣有可能會造成皮膚的傷害。 UVA-1也會用在礦石鑑定、舞台裝飾、驗鈔或是吸引昆蟲時使用。

透過陽光抵達地球的，還有UVB，只不過日光中多數的 UVB（波長介於 280~320nm），在前往地球的途中會被臭氧層吸收，只有約 2% 的 UVB 能到達地表。UVB 的能量非常高，能促進「體內礦物質代謝」和「形成維生素Ｄ」，但長期或過量照射除了會曬黑皮膚之外，甚至可能灼傷皮膚。

生活中，UVB 一般用於植物生長燈，調節植物的生長。

最後，UVC 是波長最短，因此能量也最密集的紫外光。多數紫外光滅菌燈就是利用 UVC 波長。UVC 能夠破壞細菌、病毒等病原體中遺傳物質（DNA／RNA）的化學鍵，讓病原體因為無法正常製造蛋白質，而立即死亡或喪失繁殖能力，達到消毒效果。目前 UVC 已被證實能夠消滅細菌、病毒、黴菌等常見病原。

但紫外光燈也不是開著就能夠有效消毒，而是要根據不同的微生物，設定不同的照射劑量。

紫外線如何「有效」殺菌？

紫外線的殺菌量劑單位是 J/m2 ，一般來說，強度高但照射時間短，與強度低但照射時間長的效果相同。

不過，考量到微生物自我修復的機制，如果紫外線照射強度低於 40μW / cm2 ，就算持續延長照射時間，也無法有效消毒；所以待消毒的物體表面照射的強度必須大於 70μW / cm2 以上，並且離紫外光燈一定距離內，才能達到９成以上的殺菌力。

另外，UVC 的穿透力很差，在許多狀況下，UVC 都可能無法有效殺菌。

例如含有雜質的液體（例如葡萄酒或牛奶），UVC 穿透的深度大約只有 0.5 – 2.5 mm，而大部分的透明玻璃、塑膠甚至是厚紙箱，都能輕易阻擋 UVC，所以遇到過大、過厚的包裝，就無法用 UVC 有效對內容物進行殺菌。

紫外光具的殺菌力也容易受到灰塵、油漬的影響穿透力；相反地，對沒有照射到紫外光的家具背面與死角、衣物內面等，不但沒有殺菌效果，甚至還可能會加速家具、染料、藝術品、牆面表面褪色。

雖然多數的商用紫外光燈具，都會搭配藍紫色的光，讓我們可以看見它的照射範圍，但由於最主要的紫外光是不可見光，所以不應該完全依賴肉眼所見；而長時間例行使用的設備，每三到六個月，也應定期檢查燈管的照射強度。

用紫外光殺菌，也要小心別傷到自己！

雖然使用紫外光消毒看起來非常方便，不過既然紫外光對各種病原體都有殺傷力，對人體的傷害也不容小覷。

最常見的，就是因為直視紫光燈管，導致眼睛出現「強光性角結膜炎」​；長期照射紫外光，也可能會造成皮膚灼傷、皮膚癌、黑色素瘤等傷害。此外，2011 年 4 月 13 日，世界衛生組織也已經將所有類別的紫外光輻射歸類為「一級致癌物質」。

如果真的想用紫外光燈消毒環境時，建議使用能夠設定時間啟動的固定式設備，等人離開環境了之後，再開始進行消毒，並保持空間通風，才是正確的使用方式。

參考文獻

1. UV Lights and Lamps: Ultraviolet-C Radiation, Disinfection, and Coronavirus
2. Ultraviolet (UV) Radiation