《穿梭超時空》

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

科普啊科普，你到底是何方神聖

我們熟知的「科普」，是科學普及四個字的縮寫。從英文 popular science 這個名詞來看，它又可稱作流行或大眾科學。

科普旨在用淺顯易懂的方式，向一般大眾傳達科學的技術知識、相關領域的學術研究與傳播科學理念及精神等。常見的媒介是網頁、電視節目、系列書籍或雜誌文章等。

在 2019 年的今日，我們已經進入了科學的時代。如同馬斯洛需求理論所說，人們在滿足了基本保暖需求後，開始對獲取更多知識產生渴望。科普在歐美日等國家已行之多年，相信在成長的過程中，這些翻譯類的科普讀物也陪伴過各位好一段青澀稚嫩的求學時光。

對喜歡科學的我們來說，科普是一種生活中的調劑。有些讀者看著看著，就萌生起一股寫作的欲望和自我期許，但礙於缺少相關了解與管道無疾而終；有些讀者歷經科普洗禮，也產生一股想要了解科普書籍誕生過程的想法和好奇心，但想法往往又因各種波折轉眼即逝、被擱置在腦後。

這回，我們有幸採訪到遠流出版社旗下的科普雜誌——科學人的林彥傑副總經理，由他來帶領大家了解台灣科普書的製作，希望能藉此讓我們與科普的距離更接近。

科普都從哪裡來？

要談科普書的製作，我們要先將它們做一個初步的分類：外國翻譯科普書與國內創作科普書。

前者通常由出版社主編依照國內市場，如：課業、名家 ex. 霍金或議題性，來進行選書。與外國出版社洽談獲得授權後，出版社會依照書籍的內容來挑選譯者。部分科學主題在國內會由特定的專家負責，在這種狀況下，譯者會較熟習這個科學領域，翻譯上不易產生理解偏差等問題。

而國內科普，通常會有兩種做法。第一種是科普作家自行連絡出版社提案，另一種是由出版社訂定主題後尋找合適的作者，擬定大綱供其參考。

須注意、應注意而要注意

編輯在科普寫作上扮演著非常關鍵的角色。首先，確認稿件文字是否流暢易讀是最基本的關卡。再來，編輯要注意文章是否都有符合以下條件：

科學事實的求證

科普文章最注重的就是正確性和嚴謹度。正因為肩負著把科學知識與理念傳達給世人的重任，在這分面完全是馬虎不得的。

專有名詞的統一性 + 新進專有名詞的翻譯

以科學人雜誌為例，編輯部有建立標準辭庫，務必要保持某個名詞在同系列的書籍乃至所有出版書都是統一的，免得讓讀者陷入不同名詞但同義的困惑中。若有處理到科學界的新名詞，作為第一手引進者，如何準確翻譯也是一大考驗。

幕後的審訂老師 + 專有名詞的更新

每一科學領域都該有一群專家學者可供編輯諮詢，同時編輯也須注意到學界是否針對某個名詞有了新的詮釋，例如：近年「精神分裂」的用詞被改為「思覺失調」。由此可知，科普編輯通常會要求是科學背景出身，對科學具有一定敏感度的人。

最後要特別注意的是篇幅。並不是字多就是好，捫心自問：這麼多字，讀者真的有興趣嗎？適當的文字清理可以讓文章更聚焦，效果反而會更突出。

雖然叫科普，但是市場小眾

當我們提到科普，第一個會想到的就是：它是專門給大眾看的、很多人閱讀，殊不知科普的市場反而比較小眾。科學本身就是一門龐大的學問，從眾多領域中挑出一種，再從中挑出一項來介紹給一般人，這個行為本身就已經是針對某一小群「對某領域有興趣」的人。換句話說，最後選出的主題是呈現給被篩選過後的讀者看的。讀者定位清楚不是壞事，有時候反而因此可以在某一群讀者中發酵，而達到不錯的銷售。

出版科普書籍需要花費龐大的心力，在銷售不那麼亮眼的狀況下，出版社可能更願意選擇純文學的作品，不但閱讀者多、翻譯跟事後的校對也不避耗費額外的成本。

市面上的科普書籍大多來自國外，台灣本土科普寫作因為研究者自身的觀念或是生涯規劃上的考量數量稀少。另外學校方面的壓力、編輯人才不足及網路酸民批評等因素都是影響學者是否願意投入心力在上面的因素之一。

所以在讀者這麼少的狀況下，市場的考量在下手動筆前變得尤為重要。

如果全世界只有一個人看，他長怎樣？

先設定讀者，再設定怎麼編排，怎麼行銷

科學人的林彥傑副總經理分享到，科普書的製作中必須為每本書的讀者找出設定：如果全世界只有一位讀者，那他的學歷背景如何？社經地位和年齡？興趣或是專長等。這些設定都可以輔助作家和編輯找到寫作的方向，之後再針對市場的目標受眾，決定寫作的風格和敘述口吻。

給新手科普作家的兩個提醒

如果各位已經決定投身科普寫作，那麼有兩件事情需要特別注意：

不要貪心，目標是說好一件事

新手作家容易犯的錯誤就是想要在短短的篇幅內解釋很多東西。這容易讓文章失去焦點，讀者變得無所適從。

有持續寫作的恆心和毅力

寫作是孤獨的，在工作課業之餘撥出時間定期定量的產出是一件不容易的事。有動機還不夠，你還必須具備持之以恆的毅力、自我督促，一步一步達成目標。

讓我們放眼未來

這是一個科學的社會，生活中到處都充斥著科學。隨著學制鬆綁，學生們更有機會從做中學、容易產生對萬物的好奇心，也更富有探究精神。大家開始會對不了解的事情產生疑惑、對過去習以為常的迷信說法產生質疑。

而這些，都是孕育台灣本土科普發展的土壤。期待在不久的將來，我們能看到台灣科普在各大書店都可以佔有一席之地！共勉之。

看完本書書稿，回頭繼續盯著電腦工作的我，有點感動，彷彿跟網路世界交上了心。

科普書的市場準則：出現的算式越多，賣得越差。曾經聽一位出版社編輯說，即使是在書名上出現「E=mc²」，都會讓他們猶豫再三，深怕影響銷量，這也難怪針對電腦科學或演算法的科普書那麼的少。即便我們的世界已經被電腦科學所顛覆，絕大多數的人，包括我在內，都只是傻傻地看著奇蹟變成慣習。

《改變世界的九大演算法》是本我願意大力讚許跟推薦的好書，不僅因為這本書勇於碰觸科普書出版的禁忌，而是因為本書作者，美國迪金生學院數學暨電腦科學系教授 John MacCormick 俐落的文筆跟清晰的鋪陳，足以抹消非專業人士對演算法的恐懼。

搜尋引擎到底是如何在百億個網頁之中，於零點幾秒之內找到我們想要的那個連結？讓數十億人感到滿意的網頁排序是如何實現的？如何在網路上傳輸隱私資訊，而不被中間無數節點看得一清二楚？如何驗證收到的資料是正確，無篡改的版本？人工智慧的基本原理是什麼？… 如同作者所說，看完本書並不會讓你我可以即刻動手寫程式，變成演算法大師，但了解其運作原理，足以讓人感到任督二脈暢通，擁有了練內力的根基。

作者善於用從簡單的小案例開始，一層層地將演算法的精神跟實際應用堆疊而上，讓我們從邏輯上去了解演算法的設計因由，至於繁複的計算過程在本書其實並非主角，除了幾個掰掰手指就能算出的範例外，作者並未給讀者太多負擔，因為在真實情況下，要展現演算法的能耐，也只能交由電腦去算。只要邏輯通了，演算法的設計美感就自然浮現，而這就是作者每一章節由淺入深，幾乎可說是循循善誘的寫作想要帶領我們進入的境界。

近來最熱門的科技產業關鍵詞「大數據」，讓產官學無不趨之若鶩，但大數據跟青少年的性經驗一樣：每個人都在談，每個人都宣稱自己做了，然而真正讓數據展現出價值的並非空談，而是演算法。從股市到戰爭，從自動交易到自動使用武力，背後都是演算法，而儘管實際做法不同，但看完本書，你都能更加理解演算法何以改變世界，也比較能理性地看待許多吹得上天下地的大數據忽悠文。

從另一方面來看，演算法本身即是戰場。無數網路高手抱持著挑戰或是為惡的心態，試圖打穿演算法之牆（或是悄悄繞過），有趣的是，台灣正是核心戰場之一。「誰說台灣是個沒有天然資源的國家？台灣最大的天然資源就是病毒樣本」這句話來自於一位知名台灣駭客 Birdman。台灣面對的入侵跟資安事件多不勝數，在世界上僅次於美國，是病毒（惡意程式）樣本數量最多的地方，既然如此，那麼對我們來說，多去認識電腦科學與演算法，就更是一種義務了。

同步推薦： 《演算法統治世界》