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很強?還是很廢?火車頭假面-《空想科學讀本》

遠流出版_96
・2013/07/02 ・5762字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 499 ・六年級

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令人難忘之怪人第一名,火車頭假面的生存之道!

在空想科學的世界中經常冒出各式各樣令人感到強烈衝擊性的反派。其中印象最強烈的,就是在《秘密戰隊五連者》中出現的火車頭假面。

整顆頭就是一部蒸汽火車頭!脖子以下卻和人類一樣。因為是這種體型,所以沒有車輪,靠兩隻腳跑步。不但如此,一面跑還一面轉動雙臂一面「咻咻噗噗!」叫著,你那雙手臂是在幹嘛啊?為何一個頭部是真正火車頭的男人,還要一面跑一面模仿火車頭的聲音啊?

但火車頭假面全然不理會這些疑問,一個勁兒向前跑。從煙囪噴出黑煙,從都會的大街小巷跑到鄉下的田間小路。因為他的任務是找出藏在地下的五連者秘密基地。他的腳底裝設有地底探知機,據說能探測到地下200公尺深。

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雖然在本書的「白癡大作戰」章節裡指責過,這些邪惡怪人只要超級英雄出現在眼前就會忘記原本的目的而馬上去交戰,但就這一點,火車頭假面可就非常了不起了!就算在途中遇上五連者,他也只大喝一聲「沒空陪你們玩啦!」就揚長而去繼續執行任務。多麼認真盡責的怪人啊!

讓我們一面對他懷抱敬意一面好好想想吧。這名頭是火車頭、身體是人類的這種構造的怪人,究竟是何等強者?……或者該問,究竟是何等廢柴?

找出秘密基地

這可是諜報活動啊。不推給屬下而親自流汗去辦,還真是個了不起的怪人。只不過偏偏唯獨此一任務不適合火車頭假面,為什麼?因為他的頭是蒸汽火車頭啊!這外貌也太過顯眼了,還要用這副樣子一面噴著煙一面進行諜報活動?根本就是向世人大眾展示自己的存在嘛。這不是應該由雜兵戰鬥員化裝成一般人,以人海戰術遂行的作戰嗎?

體重的9成都在頭部!

火車頭假面出現在第46集「黑色超特快!火車頭假面大暴走」中,在1976年4月10日播放。

試著調查一下,真是驚人啊!因為就在播出一個月之前的3月2日,於北海道的追分機務段進行做了最後一次行駛後,日本的蒸汽火車頭104年的歷史就寫下了最後一幕!

以煤炭為燃料,靠水蒸氣的壓力行駛的蒸汽火車頭,曾在日本的昭和年代中期大為活躍。但隨著柴油火車頭和電氣火車頭的開發演進,熱效率太差也漸漸被視為重大問題。若無法頻繁地供給水與煤炭就不能用、不能逆向行駛所以在折返點必須掉頭轉個方向、速度太低牽引力太弱、行駛操作困難、煤煙令人討厭……雖然寫著寫著連筆者我都覺得很悲哀了,但正因為有以上諸多缺點,而被其他火車頭驅逐,終於在那一天完全廢止使用。然後才剛剛停用沒多久,就冒出了這名火車頭假面。

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他就像是為那些剛被職場趕出去的火車頭報仇雪恨一般,充滿力量地跑給大家看。用猛衝把桃連者與綠連者搭乘的邊車撞飛,連以力氣大為傲的黃連者都被他壓倒了!

但是,頭是火車頭而身體是人類的這種體型,能做出這麼活躍的行為嗎?根據《秘密戰隊五連者大全 假面怪人大百科》(雙葉社出版)一書,據說火車頭假面身高為2公尺10公分,體重為130公斤。這種情形下,就是說頭部的火車頭只有數十公斤重。

然而根據電視畫面測定,火車頭假面頭上那部火車頭,長約1公尺20公分,高約1公尺10公分,寬約75公分。雖然以一部火車頭來說算是矮肥短形,但就算再瘦再小畢竟還是火車頭,所以想來絕對不只數十公斤重。在此就先把設定的130公斤體重擺一邊,試著用日本鐵路史上最大的蒸汽火車頭C62比較一下,以推測他的實力吧。

C62型除去煤水車之後的全長16公尺,高3‧98公尺,寬2‧936公尺,重量為88‧83噸。以此為基準,火車頭假面的火車「頭」重量約為470公斤,真不愧是火車「頭」,有夠重。把這重量和脖子以下部分的重量加起來才應該是他真正的體重。

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熱效率

是指產生的熱能有多少百分比能變成動能來利用的效率。蒸汽火車頭大約是20%的程度,汽油引擎大約30%,而柴油引擎約40%。雖然電動馬達能將使用的電 能超過80%轉為動能,但因為發電時的熱效率只有30到40%,而發電的燃料也跟柴油引擎沒啥不同,再考慮到傳輸電力的損失,恐怕總體熱效率比蒸汽火車還 差。不過因為只要有電纜供電就不必連燃料一起載運,外加只要開關一開就能立刻起動,方便到令人吃驚。

根據電視畫面測定

火車頭假面脖子以下的身體也相當壯碩,所以假設這部分的身體與身高185公分、體重80公斤的人相同。若以筆者我的體型為本來計算,火車頭假面脖子以下的身體就是155公分高。本文中的數據,是抓下火車頭假面的正面與側面的畫面,再依此測定計算出的結果。

除去煤水車之後

C62型含煤水車在內時長為21‧475公尺,總重144‧94噸。但因為火車頭假面並沒有煤水車,所以本文中只用前面的火車頭部分進行大小及重量的比較。

成年男性的頭部只占全身體重的4‧4%,所以火車頭假面脖子以下的身體部分如果與一名體重80公斤的成人一樣,那身體的重量只有76公斤,加上火車頭部分的全部體重為546公斤。這個怪人全身體重的86%集中在那顆頭上【圖1】!

圖1:好重!

這樣的人去撞擊五連者乘坐的邊車,會發生什麼事?從火車頭假面的體型看,應該是用腿部撞擊車體的。因為完全沒有停止那顆幾乎占了全部重量的頭部之運動,所以它會繼續前進,就這樣撞上桃連者和綠連者的臉!或者是由於腳尖被車體勾住,全身以腳尖為中心而轉動,從側面看他的頭就像支大鐵鎚,就這樣搥下去把車體砸個稀爛!雖然這樣可以對敵人造成嚴重損傷,但要只把邊車撞飛可就有點難了。

更重要的是,他跌倒後怎麼辦?人類要從跌倒的狀態站起來只需兩手撐地,當然,那是因為我們肩膀以下的身體遠比頭部重,很自然的會將頭部抬起,接著只要將體重朝後方移動,就能將身體重心移到腿部正上方。再來只要腿部用力,就能毫無困難地站起來。

但是,火車頭假面要站起來可就沒那麼簡單了。他一旦跌倒,因為頭部較重,所以兩手無論多麼用力撐地,頭也不會先抬起來。就算手腳同時用力撐地,也只會把屁股抬高。

這種體型想站起來,只能硬把手與膝蓋塞進頭部下方,取得平衡後,把頭抬到腿部上方才有可能。若是有點步履蹣跚,就得屁股著地重來一次。花這麼多時間做這些事,可能早就被五連者幹掉了……

喔,出乎意料地跑得很快嘛

不想跌倒的話,只要別去撞飛邊車就行了。火車頭假面的使命他自己比任何人都清楚:找出五連者的秘密基地所在。基於這點,真正比什麼都重要的,還是速度。

速度要靠力量產生。以火車頭假面的情形,力量應是來自頭部的火車頭。如同先前的計算,其重量為470公斤,只有C62型的189分之1。

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但機械這種東西並不是越大越重,出力就會按比例變大。F1賽車的引擎之所以要有很多個氣缸,大型輪船之所以要裝複數的引擎,就是因為這個理由。在加起來重量相同的情形下,與其裝一具很大的引擎,不如裝多具較小型引擎來得有利。從重量3噸、出力為90馬力的礦山鐵道火車頭,到重達600噸、6290馬力的史上最大蒸汽火車頭Big Boy(譯註:美國太平洋聯合鐵路的4000型4-8-8-4蒸汽火車頭),將大小不同的5種蒸汽火車頭比較之後可以得知:出力大小是與重量的5分之4次方成正比

因為這個理由

除此以外,還有較小的引擎回轉數較高,而且如果有許多個較小的氣缸,就算壞了幾個也依然能持續行駛等等其他理由。

大小不同的5種蒸汽火車頭

從最小的開始列舉:千歲礦山專用軌道的火車頭、59噸880馬力的C58、C62、南滿鐵路「亞細亞號列車」203噸2400馬力的太平洋7型(Pashina)、美國太平洋聯合鐵路的4014型Big Boy。

5分之4次方成正比

生物的熱量消耗與體重的4分之3次方成正比,5分之4就是0‧8,4分之3就是0‧75,兩者十分接近。

此一事實對火車頭假面來說是可喜的,因為意思是:雖然他的重量遠輕於C62型,出力卻不至於像重量的比例一般小。

189分之1的5分之4次方為66分之1,C62型的出力是1620馬力,66分之1就……啊,才24馬力。就連重約200公斤的400cc機車也有50馬力啊。

比起汽油引擎,蒸汽引擎較重,出力卻較低。啊,又多一個讓蒸汽火車頭從歷史舞台上消失的理由了!

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更何況火車頭假面還不得不靠這僅有的24馬力推動他全身重量的546公斤。所以他究竟能跑出多快的速度呢?

動物或交通工具的速度,是在一定重量下馬力越大就越快,而且用來運動的部位尺寸越大就越快。說到用來運動的部位尺寸,以火車頭來說,就是輪子的直徑。由此可以計算,火車頭假面能以C62型87%的速度行駛。因為C62型的最高速度為時速129公里,所以火車頭假面就有時速112公里。喔,出乎意料地快嘛。

這麼慢不要緊嗎?

不,高興得太早了點。這說的是火車頭假面以火車頭的方式行駛的情形。但一如開頭說過的,他並非是用輪子行駛,而是靠兩隻腳跑步的。

如果是用雙腳跑步又能跑多快呢?據說人類全力奔跑時可以使出3馬力左右的出力。相較於體重80公斤的人,以重量和出力的比值,火車頭假面的出力比人類大1‧2倍。因為運動使用的部位一樣是雙腿,所以差異不大。在此情形下,他的速度會比人類快6%。如果人類100公尺的平均速度為12秒,他的速度就有32時公里。

一下子變慢許多,而且恐怕還要更慢。問題在於他的兩臂在跑步時要做出像連結棒一樣轉動的咻咻噗噗動作。人類在奔跑時兩臂是交互揮動的,要是用兩臂做出咻咻噗噗的動作,速度又會變得如何呢?

這只能實驗看看了。筆者我帶著碼錶到公園,試著在附近從某棵樹跑到另一棵。雖然距離不明,但只要能知道相同距離所花的時間差距就夠了。

仔細做完柔軟體操後,首先試著用普通的跑步測量一下時間。接著再試著挑戰一面跑一面咻咻噗噗看看,哇,好難平衡!視野在搖晃!因為兩腳交互前進,兩手卻湊在一起劃圈圈,不平衡也是理所當然的啦。但是對一跌倒就相當於完蛋的火車頭假面來說,這樣跑真的不要緊嗎!?

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各跑了3次,取最長時間為準,通常的跑法為5秒84,咻咻噗噗的跑法則要6秒86。果然用這種奇怪的姿勢跑步,速度降低了15%。這一來,火車頭假面的跑步速度就只有時速27公里了,比騎腳踏車還慢啊【圖2】……

圖2:很怪!

由此可以計算

火車頭假面的重量所得到的馬力,託這5分之4次方的效果,是C62的2‧5倍。火車頭假面的動輪,從畫面上測量直徑約 47公分,因為C62的動輪直徑為1‧75公尺,所以只有C62的3‧7分之1。乘上這個就是0‧66倍,而速度又與其3分之1次方成正比。0‧66的3 分之1次方是0‧87,換句話說就是87%。

比人類快6%

由其體重得出的出力為1‧2倍,速度是其3分之1次方,就是1‧06倍,換句話說就是快了6%。

用這麼慢的速度,火車頭假面真的能夠找到五連者的秘密基地嗎?

五連者的秘密基地位在新宿車站西口繁華街道的地下。可是,火車頭假面並沒有把探索範圍集中縮小在這一帶,而是從都市到鄉村式的東奔西跑。恐怕他是想把整個東京都跑遍做地毯式探索吧。這可是非常花時間的索敵行動。

全東京所有的國道、都道、區道加起來,除了島嶼區,總路線長2萬2694公里,超過繞行地球半圈。火車頭假面要用他那種速度把這路線跑完,得花838小時。

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就算每天跑上15小時,要找出五連者的基地,運氣差的話可能要花56天,將近2個月。嗯,如果他用輪子跑的話就有時速112公里,但也要202小時,運氣不好也要花2週才能發現基地啊……

新宿車站西口

五連者的戰鬥機巴里布倫是從巨大的通風口裡發射的,與新宿車站西口的通風口非常相似。但通風口是為了讓
密閉空間中的空氣保持新鮮而裝設的,讓戰鬥機在裡面排放廢氣……這樣做真的好嗎?

發現基地

話說回來,這「地底探知機」到底是什麼啊?因為光與電波都無法通過地面,所以能用來探知的只剩音波。恐怕火車頭假面就是用腳踩地面向地盤發出聲音,再根據反彈回來的音波探測地底的情況。若真的是如此機制,雖然很花時間,但也只能靠兩隻腳踩遍全東京。故 事中的火車頭假面可是很努力的。他還曾經差一點成功了。因為就在為了偽裝五連者基地之出入口而開設的簡餐店「權」裡,它還曾經冒出來說:「抱歉,請給我一 杯水。」喝完之後又跑出去。在這麼短的時間內就找到目標附近了,運氣還真好……不,既然都到了為何卻沒發現秘密基地?你的地底探知機到底有沒有用啊?

我的時代還沒結束!

不過,此處不過是計算上的數值。故事中的火車頭假面可是跑得非常快的,黃連者對他說「你贏得了新幹線嗎?」他就勇敢地挑戰此事,而且還真的給他跑贏了新幹線!哇咧!

他的對手可是營業行駛速度高達時速210公里的0系新幹線啊。從畫面上看,火車頭假面看起來跑出了時速250公里以上。就靠兩條腿,還是那種咻咻噗噗的跑法,這腳力太可怕了啊。

重量與尺寸相同時,出力與速度的3次方成正比,所以火車頭假面的出力高達1萬9千馬力,超過Big Boy3倍,堪稱為史上最強蒸汽火車頭啊!而且有這等速度的話,就算跑遍全東京探索,也只需要6天!

真是越來越令人覺得可惜了,要是將這種出力直接用火車頭跑而非靠雙腿,153又能跑出多快的速度呢……

筆者我正如此想著,卻看到故事中更令人驚訝的一幕。五連者用岩石和木材築起路障,火車頭假面竟然把脖子以下的身體部分收納到火車頭中,開始直接用車輪行駛啊。嗚哇,既然你能夠這麼做,打從一開始變成火車頭行駛不就好了嘛!

然而,火車頭假面終於還是迎來了悲慘的死期。雖然五連者的攻擊幾乎都被他反彈回去,紅連者卻機智地想到「火車頭最怕的就是坡道」,因此將它引誘到山坡上,用必殺絕招五連者颶風堵住他的煙囪,把他炸死了。死前最後的遺言是「我的時代已經結束啦……」

好悲涼的一句話啊!果然蒸汽火車頭只剩下消失的命運了嗎……

不不,就科學上言,你絕對還沒完蛋!火車頭假面。以蒸汽火車頭來說你可是有著史上最強出力的,試著計算一下以輪子行駛時的速度,竟然高達時速1040公里。要探索全東京也只需22小時。而且在協和式客機已經退役的現在,全地球的交通工具只剩你能駛出此等速度【圖3】。

圖3:很驚人!

就算蒸汽火車頭的時代結束了,火車頭假面的時代才正要開始。請你在不久的未來的某一天真正的出現吧!火車頭假面!

五連者颶風

桃連者一面說著「好了嗎?要去了喔!」一面不知從何處拿出一個長得像美式足球的武器,接著由桃傳給黃、黃傳給綠、綠傳給青之後,由青連者將球豎立在地上, 讓紅連者把球踢出去。為何不能直接由桃連者拿出來就豎在地面上給紅連者踢就好呢?這個問題筆者我從很久以前就在想了,至今還是想不明白。由紅連者踢出去的 五連者颶風還會根據怪人不同而產生變化,最後重創怪人。例如對付電力假面時就變形成電爐和水壺,還噴出高壓蒸氣;對付風車假面時變成電風扇,吹出強風使風 車反向回轉。但不論變成什麼,怪人都會被打中然後爆炸死亡。對付火車頭假面時是變形成煤炭,然後塞住煙囪而爆炸。嗚呼哀哉尚饗。

節錄自PanSci 2013七月選書空想科學 6.5》,由遠流出版。

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遠流出版_96
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遠流出版公司成立於1975年,致力於台灣本土文化的紮根與出版的工作,向以專業的編輯團隊及嚴謹的製作態度著稱,曾獲日本出版之《台灣百科》評為「台灣最具影響力的民營出版社」。遠流以「建立沒有圍牆的學校」、滿足廣大讀者「一生的讀書計畫」自期,積極引進西方新知,開發作家資源,提供全方位、多元化的閱讀生活,矢志將遠流經營成一個「理想與勇氣的實踐之地」。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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!

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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)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

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?

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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。

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。/圖片來源:shutterstock

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。

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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。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

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)。

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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!

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變身沙贊靠閃電夠力嗎?會是能源解方還是一場災難?《沙贊! 》中的神力閃電之謎
Rock Sun
・2023/05/30 ・4134字 ・閱讀時間約 8 分鐘

「沙贊!」然後一道閃電就會打下來,擊中一位青少年,瞬間變成一位穿著紅衣+披風、渾身肌肉的(中二)成年人,這就是 DC 宇宙中,超級英雄沙贊的變身過程。

很有趣的是,大家可以回想一下,最近這 10 幾年來席捲世界的漫威和 DC 英雄,絕大部分執行英雄行動前都是進行「著裝」,例如鋼鐵人、蝙蝠俠、美國隊長……等,但是沙贊不一樣,儘管不複雜,但他需要一套特別的手續來改變他自己的身體,已獲得他身為超級英雄的力量,這點跟日本的超人力霸王比較類似。

根據 DC 宇宙的設定,賦予沙贊力量、讓他變身的閃電都來自神界的奧林帕斯山,只要他大喊一聲,閃電就會隨傳隨到,而因為一切是神力的關係,理論上他接收力量的位置無關緊要,也非常的安全。

真不愧是奧林帕斯山啊!如果我們能夠在比利(電影中變身成沙贊的少年)的頭上裝一個收集閃電能量的器材,那費城一定變成全美國能源最豐沛的城市。

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我們說的是站中間那個穿紅色緊身衣的大男人。 圖/IMDb

但是要進行超級英雄活動,普通的閃電能量夠嗎?這道奧林帕斯山的閃電會不會是一道超越人類認知的超級閃電呢?

還有儘管沙贊不會受影響,但如果有人不小心在變身時不小心碰觸他或在他附近,會發生什麼事呢?

這真的值得一起來探討~

先定立標準:閃電能提供多少能量?

閃電是大自然中最純粹的能量展現之一,經過大氣學家的觀測和預估,一道閃電電壓大概是 3 億伏特,帶有 10 億焦耳的能量,這差不多是燃燒 30 公升左右的汽油。

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聽起來非常的厲害,那我們利用閃電來獲得能源會不會是個好方法?

其實從 1980 年代開始科學家就有這種想法,但是他們發現這其實很不切實際,主要原因有幾個:閃電很難預測、傳導到地面上能量又會大減、效率很不穩定……但那是大自然的閃電,讓沙贊變身的可是充滿神力的閃電耶!不只能夠提供沙贊穩定且高能的能量來源,還可以藉由跟蹤比利知道閃電的位置和時間。

我們只要把比利抓起來請出來,跟他預約時間大喊沙贊,就可以發電了~

圖/GIPHY

現在的問題是……這道閃電有多少能量呢?

要知道一道神奇閃電帶有多少能量其實有點困難,因為一旦比利變身之後,他似乎沒有時間限制,不像超人力霸人那樣有 3 分鐘的活動上限,後者會比較好估算是因為你可以設想這 3 分鐘內超人力霸王做了哪些事情,在逐一拆解。

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所以筆者覺得最能夠執行的方式,是羅列出電影中沙贊一次變身基本上會做到的事情,這樣結果應該就足夠是神力閃電的基本盤。

從電影《沙贊!眾神之怒》中,筆者列出幾個沙贊在超級英雄狀態時做的事,包括:

  1. 以音速飛行 10 分鐘
  2. 把一隻體型巨大的飛龍打飛 10 公尺
  3. 把一台車移動 200 公尺
  4. 從手中放出好幾道像特斯拉線圈的能量閃電

這樣感覺差不多了吧……等等~還有一件很重要的事,就是這道閃電同時還把一名 17 歲的青年變成一名看起來 30 歲的成年人,這瞬間成長所需的誇張能量應該也要算進閃電的功勞裡,所以這個列表還要加進另一項:

  1. 讓 17 歲的青年成長成 30 歲男性的所需熱量
長大成這樣~ 圖/IMDb

那我們接下來可以逐一估算了。

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  • 那首先就來計算成長所需的熱量吧!

要讓人成長的能量,其實也是熱量,也就是大家耳熟能詳的卡洛里,1 千大卡的熱量差不多是 4184 焦耳的能量。

根據衛服部提供的資料,一名成年人每日所需的熱量依他的活動量和體重來決定,那沙贊毫無疑問絕對是重度活動量那一類的,體重的話少年比利看起來介於 60~70 公斤之間,而飾演沙贊的演員柴克萊威曾說為了演戲需要增重到超過 90 公斤,雖然隨著體重增加每日所需熱量也會不同,但為了簡單估算,我們姑且用 80 公斤算到底吧~

圖/衛福部

比利瞬間成長為超人般壯碩所需能量= 40 大卡 x 80 公斤 x 365 天 x (30-17) 年 x 4184 J= 6.35x 1010 焦耳 = 635 億焦耳

這數字怎麼已經有點大了……但在吐槽之前,我們先把其他的所需能量都估算完吧~

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  • 以音速飛行 10 分鐘

這裡我們借用四分之一英里估算法,這是個可以從物體重量(通常是車子)和行駛四分之一英里所需的時間來求得功率的簡單方式。

沙贊體重 90 公斤,而他在音速下完成 1/4 英里所需的時間為 1.2 秒,根據線上工具估算,這名英雄相當於擁有 22,876 馬力,轉化為瓦特差不多是 1700 萬瓦特,如果沙贊要飛行 10 分鐘,他就會需要大約 100 億焦耳的能量

  • 把一隻體型巨大的飛龍打飛 50 公尺

這個計算方式並不困難,就是簡單的做功運算,但是筆者遇到了很嚴重的問題:電影中的飛龍-拉頓到底多重呢?

經過一番搜尋,網路上對於一條中世紀奇幻飛龍到底有多重幾乎是沒有定論,看起來好像沒有人有認真算過,所以筆者打算自己來操刀,解決這個世紀大謎題 (?)。

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有看過《空想科學讀本》的人對筆者使用的方法一定不陌生,就是把模型浸到水裡面,估算體積之後放大,再考慮密度來求得飛龍的體重。

所以筆者到了地下街的玩具店,買了一條看起來最像電影中奇幻飛龍體型的模型玩具(其實是動漫《轉生成為史萊姆》的公仔,似乎是主角後期的樣子吧?筆者沒有看不清楚~),將它放進水盆裡面裝水,做好水位標記之後取出模型,水位下降之後從水盆的面積和下降高度求得玩具龍的體積大概是 0.000283 立方公尺,這時我們需要玩具龍的身長和電影中的拉頓身長來做等比放大,玩具龍身體差不多是 25 公分,而從電影中拉頓站在棒球場內野的畫面來做估算,它的身長大約是 25 公尺,身長差 100 倍,所以體積會變 100 的 3 次方也就是 100 萬倍,所以說拉頓的體積大概是 283 立方公尺。

筆者買到的龍模型,雖然它是站立的,但平放在地上看起來跟電影中的龍差不多。圖/作者提供

這時我們需要拉頓身體的密度來求得體重,如果拉頓是生物的話,它的身體密度應該也要接近水(每立方公尺 1000 公斤),例如人體的密度就差不多是每立方公尺 1062 公斤,但是電影中拉頓身體看起來有點像是由木頭構成的,而世界上最堅硬的木頭是澳洲鐵木樹(Australian buloke)密度是 1085 kg/m3,再加上龍的奇幻性質,我想把拉頓的身體密度定為 1100 kg/m3 應該是還可以接受的吧?

如果用這個方式估算,電影中看守花園的飛龍拉頓,體重大概會是 311 公噸,我們套入物理課本中看過的做功計算公式,可以知道沙贊把一條龍打飛 50 公尺所需要的能量,大概會是 7775 萬焦耳

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電影中飛龍的劇照。圖/Twitter
  • 把一台車移動 200 公尺

相較前面兩個,這計算相對簡單一點,我們一樣用上面的作功公式來求需要能量,而我們需要的就是車子的重量。根據統計,美國一般路上的車子平均重量為 1800 公斤,如果要在 3 秒鐘內移動 200 公尺,就相當於需要 4 百萬焦耳

  • 從手中放出好幾道能量閃電

沙贊從手上放出閃電,看起來就像是電弧的一種,而電弧是因為有強大的電場或高壓電存在,使的原本不導電的物質電漿化得以使電流通過的現象,而說到能夠最穩定產生電弧的狀況,筆者第一個想到的是在現實中會看到的特斯拉線圈。

特斯拉線圈是一種由知名物理學家特斯拉發明的強大變壓器,這種變壓器使用共振原理運作,主要用來生產超高電壓但低電流、高頻率的交流電力,因為特斯拉線圈可產生絢麗的電弧效果,所以很常在一些科學博物館或展示中看到,而世界上最強大的特斯拉線圈: Electrum 的能量使用率為 130,000 瓦特,假設沙贊能夠用同等功率放出電弧長達 10 秒鐘,就會需要 130 萬焦耳的能量。

Electrum 特斯拉線圈。圖/wikipedia

這下子我們需要的數字都有了!

這道神奇閃電所附帶的能量大約是:

635 億(變成大人)+100 億(音速飛行 10 分鐘)+7775 萬(打飛一條龍)+400 萬(移動一台車)+130 萬(放出閃電)= 735 億 8305 萬焦耳

 而正常世界一道閃電的能量大約是 10 億焦耳,也就是說~這道神奇閃電差不多是等於 74 道現實中閃電的能量。

好厲害啊!真不愧是奧林帕斯的眾神,能夠這麼精準的傳遞如此巨大的電能量根本就是神蹟…..也確實是神蹟沒錯~

但是如果一個不小心承接這道能量的人不是沙贊的話,會發生什麼事呢?

一般人被普通的閃電擊中就已經不是鬧著玩的了!

直接被閃電擊中的人會成為電流的一部分,一部分電流會沿著皮膚表面移動,另一部分會穿過身體的心血管或神經系統,前者會對皮膚造成灼傷,後者則有可能造成呼吸停止或心臟驟停,但我們還是能找到一些歷史上從雷擊中生還的故事,因為有沒有辦法在雷擊中活下來是跟就醫和電流通過體內的時間而定……運氣好的話,你不會死的。

但是在沙贊的神奇閃電面前,這一切都成為笑話。

這道 735 億焦耳的閃電能量相當於 2 顆歷史上最強大非核子炸彈:炸彈之母(GBU-43/B 大型空爆炸彈)爆炸所釋放出的能量,所以如果今天好死不死沒有打在比利身上,而是擊中地面的話,後果一定不堪設想,周遭的親友絕對是灰飛煙滅,費城可能會變成廢墟,之前說的收集能量可能完全行不通,因為應該沒多少設備儀器能夠承受如此巨大的威力。

反倒是比利啊~你是不是在承接沙贊能力時同時被改造了,被2顆炸彈之母轟炸都沒事,真是太神啦!還有就是一定要站好喔~

全世界只有這位男人能承受的力量。圖/IMDb
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Rock Sun
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前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者

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【科學寶可夢】朱/紫中的骨紋巨聲鱷 & 狂歡浪舞鴨:一個締造火焰新紀錄、一個用腳踢破音速
Rock Sun
・2022/12/23 ・3135字 ・閱讀時間約 6 分鐘

身為一名訓練師,你真的了解你的寶貝們嗎?寶可夢圖鑑讀熟了沒?

其實圖鑑告訴你的比想像中的還多喔!跟著泛科空想寫手 Rock 一起來上一門訓練師的科學課吧!來跟大家分析這些寶可夢的戰鬥是多麼的「科學」。

骨紋巨聲鱷:火焰溫度新紀錄

Skeledirge - WikiDex, la enciclopedia Pokémon
圖/Bulbapedia

啊~火焰!

幻想世界中骨灰級的攻擊武器,也是空想科學寫作時常遇到的對手。

在過去的【科學寶可夢】中,火焰已經不是第一次出現了。第二篇關於噴火龍的科學中就有稍微提到,後來因為鴨嘴火龍和火伊布的圖鑑敘述都有提到他們火焰的溫度,所以在同一篇一起分析過,但那已經是第一世代寶可夢的事了~ 現在圖鑑都來到 900 號了,事情果然很不一樣。

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溫柔的歌聲能治癒聽者的靈魂,會使用攝氏 3000 度的火焰把敵人燒成灰燼。」——骨紋巨聲鱷紫版敘述註1

骨紋巨聲鱷的敘述很直接,就是直接說出了牠噴出的火焰溫度,這簡直是一個福音,這樣我們就不需要到處拼湊,可以直接地將這個數字與過去的幾個得到的火焰溫度做比較。

噴火龍:至少 1400 ℃

鴨嘴火龍:1200 ℃

火伊布:1650 ℃

火爆獸:800℃

骨紋巨聲鱷:3000℃

這也太高了吧!?先別說生物怎麼有辦法產生這種高溫註2,真的要把人燒成灰燼哪裡需要 3000℃ 啦!

就算燒成這樣只要幾百度應該就夠了。圖/維基百科

一般把屍體燒成骨灰的火葬場,溫度只需要 1000℃ 就夠了,3000℃ 根本是大材小用,而你知道這個溫度能夠辦到什麼事嗎?

絕大部分我們知道的物質在這種溫度下都會熔化或者汽化,能夠倖存的元素大概只有鎢、錸、鋨這幾個金屬還有一些特殊的聚合物了;如果燒的是人的話,別說是燒成灰,整個身體一定在一陣白光下消失的無影無蹤……因為在這種溫度下,火焰不會是正常的橘紅色,而是白色的。

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這時如果骨紋巨聲鱷的訓練師就直接站在它旁邊,就算不是被直接擊中,他那超過岩漿溫度兩倍的 3000℃ 火焰所散發出的熱氣和輻射熱註3,應該足以讓訓練師瞬間嚴重灼傷,再加上強光,這絕對是不支倒地然後變成逐漸變成焦屍,然後跟四周的花草樹木付之一炬。

所以如果要叫你的骨紋巨聲鱷使出噴射火焰的話,記得先閃的非常非常遠,放招後遠距離收回寶可夢,然後趕快離開被焚化、整個燒得亂七八糟的現場。

「我只是叫我的骨紋巨聲鱷用一下火花」。圖/envato.elements

狂歡浪舞鴨:這到底是哪一國的超強踢腿舞啊?

圖/Bulbapedia

如果要說格鬥系的寶可夢要怎麼在圖鑑中誇耀他們的力量,最常用的方式就是:把東西丟出去或弄壞。

在以前的的腕力+豪力+怪力的文章中,我們可以看到各種誇耀寶可夢力氣的方式,例如、「能夠跟 100 個成年人角力把他們摔出去」、「可以用一隻指頭舉起相撲選手」、「有辦法舉起一台垃圾車」、「把人打飛到地平線彼端」……等。

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而這次,我們的狂歡浪舞鴨的特技是能夠踢翻一台卡車。

只要一腳就能踢翻卡車的強韌腳力,展現充滿異國風情的舞蹈。」——狂歡浪舞鴨朱版敘述註4

要計算這有多誇張,我們需要知道一個非常重要的資訊……究竟是哪一種卡車呢?

卡車這種交通工具有非常非常多的規格,最輕的例如小皮卡只有 2~2.5 公噸,最重的可以達到 15 公噸,甚至在某些重工業地區可以找到更重的運貨卡車。

寶可夢朱/紫據稱是參考西班牙為藍本設計的,經過一番搜尋之後,筆者得知西班牙地區是全歐洲輕型卡車比例最高的地方註5,這類卡車本身重大概介於 3~4 公噸之間,如果滿載貨物的話,重量可以達到 10 公噸以上,我們這邊就大概取個平均值 7 公噸好了。

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像這類的卡車就是輕型卡車~ 圖/ISUZU

然後我們還得先定義踢翻卡車這件事情:我們就假設狂歡浪舞鴨用腳朝卡車的側面一半高的地方踢下去,然後車子會以一邊的車輪為支點翻過去,側面著地。

經過一些力矩的計算,我們可以知道要把一台 7 公噸重的卡車踢翻,需要從從中間給予大約 68600 牛頓的力……這可比一台小汽車引擎全力輸出時的力道還要強啊~

筆者自製大略圖解

但是最誇張的還在後面!

最後一步,我們想要知道狂歡浪舞鴨的這一腿到底有多快!要得到這個結果,筆者需要知道此鴨的整隻腳重量為何,因為畢竟是腳在對卡車施力的。

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圖鑑上寫說狂歡浪舞鴨體重為 62 公斤,而牠的外貌滿接近人形生物的,所以我們先參考人體結構來預估。人類的一整支腳平均占全身體重的 16~18% 左右,我們的狂歡浪舞鴨看起來腿略長,而且既然是格鬥系的,那牠的腿應該很壯,我們就假設牠的整隻腿重量占比更多,大概是全身的 25%,重量的話就是差不多 15.5 公斤。

要計算牠這腿速度多少,我們最後剩下需要的假設的就是假設腿和卡車的接觸時間,依照之前的經驗,就姑且設定為 0.1 秒接觸,然後腿踢中之後立刻停下,再加上很不合理的力道 100% 轉換假設,但是相信我~不這麼做的話答案只會更扯。

套入牛頓第二運動定律的公式,我們可以知道這腿在停下來之前,速度高達秒速 443 公尺也就是音速的 1.3 倍,這也太快了吧!你的腳怎麼沒有被音爆撕裂啊?相較之下,泰拳高手秒速 17 公尺的踢擊根本是個笑話,如果被狂歡浪舞鴨的這一腳踢到,我看大部分的寶可夢應該是內臟破裂死亡了。

如果是普通人的話,被踢一腳一定直接全身骨折,內臟破裂,任督二脈也不用通了。圖/GIPHY

這真是太恐怖了,但狂歡浪舞鴨你為什麼無聊要去踢卡車啊?這種腳力你應該要去踢足球啊!還有這到底是哪一國的舞蹈會有如此的訓練呢?真想知道~

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註解:

  1. 骨紋巨聲鱷的另一版敘述是「可以透過歌聲改變外形的火鳥,據說是靈魂寄宿在頭上的火球所形成的。」,從這個敘述我們知道牠的火焰跟某種靈魂力量有關,這大概就是為什麼火焰溫度能達到 3000 度的秘訣吧?話說筆者很確定是這裡的溫度是說攝氏,因為英文版的敘述中有寫是 5400 華氏。
  2. 也有可能……骨紋巨聲鱷根本不是生物!畢竟牠有幽靈屬性,但這表示牠的出現根本不是進化,而是死亡呢?
  3. 這裡我們因為 3000℃ 的火焰而傷透腦筋,但你知道嗎?這還不是寶可夢圖鑑裡最扯的,有兩隻寶可夢:熔岩蝸牛 和 噴火駝,他們的圖鑑敘述都寫到牠們能夠產生 1 萬度 ℃ 的高溫,前者是體溫,後者是噴出的岩漿,這確定不是多寫一個0嗎? 目前科學家有辦法產出最高的溫度只有 4990℃ 而已啊~
  4. 狂歡浪舞鴨另一版的敘述是「會用充滿異國情調的舞蹈迷倒看到的對手,然後揮舞以水構成的羽飾將其劈裂。」為什麼羽飾是用水構成的啊?這是怎麼辦到的?這跟強力水刀差在哪裡?
  5. 幸好這代寶可夢不是參考德國,因為這是歐洲重型卡車比例最高的地方,如果狂歡浪舞鴨源自這裡,他這一腳一定超出天際。

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Rock Sun
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前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者