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科學怎麼搞:花生米和甘蔗一起嚼可以溶化甘蔗渣?

YTLai_96
・2013/03/07 ・3541字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 490 ・五年級

這個年頭,人類在吃這件事上頭是越來越懶惰了。為了讓吃水果這件事情變得優雅又輕鬆,新培育出來的西瓜品種的子是越來越少、新品種葡萄的皮也是越來越薄,一切都以食物入口之後就無須多費唇舌讓部分殘骸重見天日為最高原則。然而,即便科技再發達、作物育種再精進,算不上水果、卻有異曲同工之妙的甘蔗倒是始終如一千古不變,於二十一世紀依然頑強地堅持本分,在多次咀嚼之後仍然留下滿嘴渣滓,逼得食客不得不噘嘴吐舌噴氣啵啵,將無法下肚的甘蔗渣吐個乾淨。

不過,要想吃甘蔗不吐甘蔗渣的方法也不是沒有。據說,只要在吃甘蔗的時候配上幾粒花生米,嚼著嚼著不久之後,那理應滿嘴的甘蔗渣就會漸漸軟化、潰散,最後跟著被咬碎的花生米一同消融於無形。

有趣的是,不知道是不是常吃甘蔗的人口不算太多,這一個現象雖然已經流傳許久(從我第一次聽說,至少也將近十年了),但是卻稍嫌冷門。在這個孤狗搜尋無所不查的年代,如果拿『花生』和『甘蔗』當作關鍵字,前一百個搜尋結果當中,只有十五則分散各處的頁面有提到花生溶化甘蔗渣這個傳聞。又,這十五個頁面當中,親自嘗試的人所在多有,但是嘗試之後除了『真的!』的驚嘆之餘,有追根究底精神去找答案或推想可能原因的就少得多了。

那麼,就讓『科學怎麼搞』來搞搞這個神秘的現象吧。

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首先,雖然各個部落客和電視節目主持人都已經親身體驗過,但我們還是得再一次確定這個現象是真的存在的。所以第一個實驗,應該是找來一群人(一般來說,二十人以上才會有足夠的說服力),發給每個人同樣大小和重量的切塊甘蔗,然後請他們正常咀嚼若干下(例如三十下)之後吐出甘蔗渣秤重平均。這樣一來,就建立起一般咀嚼狀態下的新鮮甘蔗和甘蔗渣的重量比,來作為實驗的對照組。接著,再次發給每個人同樣大小和重量的切塊甘蔗,外加固定重量的花生米,請他們將兩者一起正常咀嚼同樣若干下之後,再吐出甘蔗渣秤重平均。兩次的結果一比較,就可以知道是不是混著花生米一起嚼會融化甘蔗渣了。而若要讓實驗更為嚴謹,還可以讓找來的實驗者都是類似的年齡、體態、生活環境、甚至都沒有矯正牙齒,藉此讓個體間的咀嚼能力和吃甘蔗的技術沒有太大差別;還可以強制規定咀嚼過程中可以吞幾次口水(例如每五次咀嚼吞一次口水),以避免試驗者吞口水的次數影響甘蔗渣的重量。而且甘蔗渣除了秤重之外,還可以就顆粒大小與外型兩相比較,說不定會看出更多的差異。

總之,這麼大費周章的實驗之後,猜想得到的結果應該就跟各個網頁的結果一樣,花生米的確讓甘蔗渣在口中消融了。問題是,為什麼花生米可以讓甘蔗渣溶化呢?

網路上流傳的『答案』有幾個版本:最常見的答案,是『花生油是有機溶劑,溶解了甘蔗的細胞壁』。這個答案乍看之下煞有其事,但是仔細想想就會發現大有問題。我雖然不是有機化學的專家,但以纖維素為主的細胞壁什麼時候可以被有機溶劑溶解了?如果有機溶劑如花生油可以溶解纖維素的話,那麼拿花生油炒菜的時候怎麼不見蔬菜溶解在鍋子裡?清脆的沙拉淋上橄欖油的時候怎麼也不見沙拉葉被油溶化穿孔?由此猜想這個最常見的答案多半只是一知半解的名詞堆砌(有機溶劑、細胞壁),而不是真正有憑有據的推論。另一類的『答案』則是認為花生的出現讓咀嚼行為有了變化:例如因為花生很硬,所以混著甘蔗一起咀嚼的時候不自覺地就會更仔細的把甘蔗渣嚼得更碎,或是花生顆粒將甘蔗渣切得更碎,因而得以吞食;或者是因為花生的額外香氣讓人不自覺地嚼得更起勁,因此也讓甘蔗渣被嚼得更碎而能夠下肚。

說真的,這一類的答案要想證實倒也不難,畢竟他們都認為是花生的存在讓『咀嚼行為』有了改變,那麼當然就把咀嚼的動作定量即可。本來,我們的實驗方式其實多少已經標準化了咀嚼的動作,甚至連吞口水的次數都已經考慮到了,應該也就已經可以去除『咀嚼行為』改變的可能。不過,再怎麼說只要是找人來嚼甘蔗,就難免會有咀嚼行為上偷偷發生變化的可能(例如有花生就嚼的更用力磨得更仔細之類的),所以為了杜絕悠悠之口,整個實驗應該改在研缽中進行個二三十次,將固定重量切小塊的甘蔗以標準化方式研磨之後去除水分秤重,而實驗組則是在研缽中加入花生米一起研磨,這樣的實驗方式便能夠排除『不自覺嚼的更碎』的可能性。又,另外的實驗組也可以改用花生粉取代花生米一起研磨,這樣也可以排除『花生顆粒將甘蔗渣切得更碎』的影響。

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於是,這麼大費周章的實驗過後,研缽裡面得到的結果應該跟嘴巴裡面嚼出來的結果類似:即使研磨的努力程度都相同,也沒有花生顆粒的幫助切割,更不需要口水和舌頭的攪和,和花生一起研磨的甘蔗渣就是比較少、比較碎、比較小。這就顯示了花生裡頭必定有些什麼,可以讓甘蔗渣被分解。但,那可以分解甘蔗渣的成分到底是什麼呢?

到了這一步,所需要的實驗器材就不再只是簡單的『科學怎麼搞』能夠擁有的了。不過還好,這裡有一篇碩士論文已經有了初步的解答。簡單的說,花生裡頭的某些蛋白質具有分解纖維素的能力,所以混著花生蛋白萃取液的甘蔗渣會被粉碎溶解成為小顆粒,於是當花生混著甘蔗一起咀嚼的時候甘蔗渣也就會漸漸的被分解掉。只是到底是哪幾種蛋白質有這功用,論文裡並沒有更進一步的分析就是了。

 

後記:值得一提的是,如果跟花生米一起嚼可以溶化甘蔗渣,那麼應該也可以溶化其他的纖維渣才對吧?有一位PTT的網友就真的拿檳榔做了實驗,也似乎真的檳榔渣就被軟化溶解了。這位在不宜之處有疑的網友實在是富有科學精神,如果好好研發的話,說不定會掀起一股『吃檳榔不吐檳榔渣』的風潮呢(誤)。

 

 

3/9更新:

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有網友疑惑:「會不會是花生還有嘴巴的酵素作用,加上花生裡面分解纖維類的酵素以及澱粉酵素一起作用~加上油脂協同作用,最後造成這樣的結果?」我的想法是:當然有可能,而這也是為什麼後半段的實驗會建議在『研缽』裡進行的原因。如果我們只是混合花生跟甘蔗一起研磨,也能夠讓甘蔗渣粉碎溶解的話,那麼就表示花生裡的成分本身就有足夠的功效,並不需要和口中的酵素交互作用才能達成效果。又,花生的油脂如果是個有功效的成分,那麼甘蔗渣放在花生油或其他植物油裡面應該就會溶解,但是目前好像沒聽說過這種事情。

或許轉個念頭,網友的意思是『會不會是花生油讓難以下嚥的甘蔗渣變得可以下嚥?』這當然也不是不可能。有點油脂的潤滑,總是似乎能讓難吞的東西變得容易吞一點。但是,『油脂的潤滑讓甘蔗渣比較容易吞嚥』頂多只是物理作用,讓甘蔗渣在口腔食道裡能夠比較滑順的移動;跟『花生裡的成分讓甘蔗渣溶化』這樣的化學作用導致甘蔗渣粉碎變軟變少變小,兩者之間是完全不同的兩件事。前者只是也有『看來類似』的結果,嚴格說來與討論的現象並不相同。畢竟,『讓甘蔗渣比較好吞』有各種可能的方法,但『甘蔗渣溶化(所以比較好吞)』才是我們正在探究的現象。

又有網友疑惑,會不會是花生渣混著甘蔗渣一起吞所以比較容易?這個問題其實還是跟上一個花生油的答案一樣,不是不可能,但是沒有切中問題本身,而且需要說得更清楚。首先,為什麼花生渣混著甘蔗渣一起吞可能比較容易?是因為口感從單調的纖維變成混合顆粒的纖維(物理性的改變),所以比較容易吞嚥嗎?或者是因為如某些部落格文中所提的,花生顆粒把甘蔗渣(物理性的)切斷分開,所以比較容易吞嚥?這兩點要實驗也很容易,其實只要把花生米改成磨碎的花生粉跟甘蔗一起嚼,就可以知道了。而我大膽的猜測,即使是毫無顆粒口感又乾八八的花生粉,還是會有相同『甘蔗渣比較好吞』的效果,因此花生米或顆粒的物理作用顯然不是重點,而是花生裡的成分造成的化學作用讓甘蔗渣改變了。

(另一個『杜絕花生渣的影響』的實驗方法是:把花生米裝在絲襪裡頭再跟著甘蔗一起嚼,這樣照理說花生渣或顆粒就不會跟甘蔗渣在嘴裡混合,包在絲襪裡的花生米即便嚼碎了也不至於將甘蔗渣切碎,於是也可以排除花生米對甘蔗渣的物理作用)

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最後,有網友疑惑煮過或烤過的花生是否還有這樣的能力?畢竟酵素經過烹調應該會失去功用才對。這真是個好問題,但有趣的是,我們平常拿得到的花生米應該都是烹調處理過的(炒過烤過或蒸過),顯然裡頭的酵素依然有功用。或許某些酵素比較耐熱,因此即使炒過或蒸過烤過的花生米也依然保有酵素的功效,但不知道不同烹調處理的花生米的效果有沒有差別,好比說在花生湯裡煮透的花生米不知道是不是依然有效就是。又,如果有人能夠拿到新鮮的生花生來試試也會很有意思,說不定生花生的酵素活性更完整強大,更能讓甘蔗渣溶化於無形呢?

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YTLai_96
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也許永遠無法自稱學者,但總是一直努力學著

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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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為何智齒這麼晚才長出來?——關鍵是「人臉比黑猩猩扁平」
寒波_96
・2021/11/30 ・2587字 ・閱讀時間約 5 分鐘

人類小時候會換牙,把乳牙換成恆齒,一旦恆齒長成就會持續使用一輩子。有意思的是,相對於靈長類親戚們,人類長牙齒的年紀明顯比較遲。例如 3 顆大臼齒,黑猩猩長出第一、第二、第三大臼齒的年紀,分別為 3、6、12 歲,人類則是 6、12、18 歲(我們的第三大臼齒就是智齒,不一定會長)。

人類的臉比黑猩猩扁,連帶使得長牙齒也比較晚?圖/Jens Schlueter/AFP/Getty Images

人類牙齒長得慢是為什麼呢,是因為晚熟的人類,發育比較慢嗎?一項新發表的研究認為,人體比黑猩猩的發育慢,是一個原因,不過還有一個關鍵因素不可忽略:人的臉比較扁平

嚼嚼~

探討牙齒發育快慢,要考慮整個口腔

長得快或長得慢,有時候沒那麼直接。乍看之下,人類發育成熟的速度比動物慢,比方說人類和親戚關係相近的吱吱們相比,猩猩、猴子出生後,比人類更快能自己獨立行動,更早長大成「猴」,也更早性成熟。

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但是人類的諸多發育特徵,並非總是那麼遲。根據靈長類身體和腦部的比例,可以估計斷奶時間的趨勢;以人類的身體、大腦比例來看,人類斷奶的時間反而還比預期的早。保守說法是,人類有自己的成長節奏。

人類成長比較慢的特徵中,牙齒算是一種。動物臼齒生長的年紀,和生涯呈正相關,探討化石的時候,可以做為生命史(life history)的指標。

牙齒並非單獨存在,而是長在口腔裡面,因此牙齒生長時要配合周遭結構,和口腔環境的發育關係密切。

新研究搜集 21 種靈長類,包括臼齒成長年紀、口腔各種構造的發育、整個身體發育節奏的生命史等資訊,分析其中的關係。

牙齒的成長,可謂口腔中的土木學,各種肌肉、骨頭結構,按照適當的角度、位置組合,才能形成穩妥的結構。圖/參考資料 1

一方面是各種空間構造,例如顳下頜關節(temporomandibular joint,簡稱 TMJ)、內收肌合力平台(adductor muscle resultant vector,簡稱 AMRV)、下頜牙弓長度(mandibular arch length,簡稱 MAL)等數據,另一方面是時程,每顆臼齒開始成長的年紀、對應的生命史等等。

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年紀之外,為什麼還要考慮成長階段呢?年紀是絕對的,生命史是相對的。比方說同樣在 5 歲長牙齒,一種動物平均壽命 25 歲,另一種是 50 歲;換算可知,前一種動物是在壽命進行到 20% 的年紀開始長牙,後一種動物卻是 10%。

另一方面,如果同樣在壽命階段的 10% 長牙,能活 30 歲的動物從 3 歲開始,預計壽命 60 歲的動物卻要 6 歲才開始。由此可以看出,同時考慮年紀和生命史,能得知一項指標更完整的意義。

幾種靈長類,長出第一、第二、第三大臼齒、和下頜牙弓結束成長的年紀。圖/參考資料 1

口腔內的臼齒土木學

一番分析發現,和咀嚼有關的肌肉是關鍵。牙齒和咀嚼肌搭配作用,生長時也是如此。臼齒成長要配合咀嚼肌等連繫的構造,周圍結構長成,才能再讓牙齒發育。

長牙跟蓋房子一樣,需要建築空間。準備長牙時,口腔中必需已經存在足夠的空間,才能讓牙齒正常生長,否則有結構安全的問題。

臼齒居住正義!

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可以這麼想,如果一種靈長類動物的口腔發育速度快,很快形成足以容納牙齒的空間,長臼齒的年紀會比較小。反過來,要是口腔結構發育速度慢,需要更長的時間才能拉出範圍,便會比較晚才開始長臼齒。

長牙之前,需要先形成足夠的建築空間。圖/參考資料 1

和其他靈長類相比,人類的口腔和嘴巴發育比較慢,原本就會更遲開始長牙。另一重要因素是預計長到多大。

有些動物的口腔較大,空間也比較寬敞,較快能發育出空間裝牙齒。而人類的臉比親戚們扁平,預計能長牙的部位本來就比較窄,所以要更多時間,才能長到足以容納牙齒的空間。

比較人和黑猩猩的臉型,很明顯能看出人的臉突出比較少,或是說比較扁平,尤其是臉下方,下巴周圍牽動的部位。

動動嘴巴,感受咀嚼肌在哪兒?

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和黑猩猩等靈長類親戚相比,人類發育時由於臉的延伸比較短,壓縮內部的空間,口腔內可以長牙的範圍比較窄,要花費相對更長的時光,才能形成足夠讓牙齒發育的空間。

綜合兩個因素,一方面是整個口腔生長速度比較慢,另一方面是臉比較扁平,使得人類能開始安全長臼齒的年紀,比其他靈長類更遲。

這項研究的分析對象都是活跳跳的吱吱,沒有包含古人類。不過論文提到,智人臉部縮短、臼齒遲長的特徵,至少在距今 30 多萬年,北非的摩洛哥 Jebel Irhoud  化石中已經能見到,因此推論這是智人演化之路上,相對早期便已衍生的特色。

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延伸閱讀

參考資料

  1. Glowacka, H., & Schwartz, G. T. (2021). A biomechanical perspective on molar emergence and primate life history. Science advances, 7(41), eabj0335.
  2. A study of skull growth and tooth emergence reveals that timing is everything

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》。