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你知道五月天可能是最成功的科普大師嗎?

黃俊儒
・2013/07/16 ・3305字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 521 ・七年級

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這個平台集結了許多喜歡科學,也願意談論科學的人。但是平心而論,你生活周遭的這種「科宅」多嗎?依據台灣科學教育過程中,考試領導教學而讓人倒胃口的程度,應該你會碰到更多:「DNA」,蛤?「量子力學」,蛤?「夸克」,蛤?「奈米」,應該跟池上米很像吧?…的狀況吧!

科學普及或推廣的工作如果要能夠在常民生活中生根,並進而開啟各種社會世界間的對話,其實很困難的一件工作。很久以前就有科學教育學者提出,真正的「學習科學」其實就是在學習「談科學」。也就是不管在讀、寫、推理、解題、生活中,都可以用科學的語言來進行溝通或表達。「能談」就代表科學成為你生活中的一部分,不管談得順不順、好不好、對不對;如果「不能談」,科學就不過是你生命中的過客,生不帶來死不去,哪怕你指考矇了高分。

有個著名的義大利科學傳播學者Bucchi就曾談過一個概念叫做「邊界物件」(boundary object),這東西就像是在不同的語意世界中所會共同擁有的一些資產,也許不同語意世界的人對這資產的界定各自不同,但都會對它建構出自己的意義並同時作為與其他世界溝通的基礎。例如「基因」這個科學邊界物件就是很典型的例子,它是我們大家日常生活中耳熟能詳的用語,但是在各種不同的情境中,卻可能各自具有很不同的意義。比方在生物科學實驗室、新聞媒體、商業組織、一般民眾生活等,大家都可以用「基因」這個詞來描述一些事物,意義或許有些的不同,但卻開啟了大家與科學世界溝通的可能。如果要大家透過考試來學會「談科學」,那就省省吧;但是如果可以在文化中多滲透一些好的科學「邊界物件」,那或許會有許多實現的可能。

以臺灣流行音樂界的天團「五月天」為例,2012年他們曾經在北京鳥巢體育場的「五月天2012諾亞方舟世界巡迴演唱會」中,創下單日進場10萬人次的紀錄。即使在臺灣,2008年12月在台灣中山足球場舉辦的「十萬人出頭天」演唱會,進場人數也有6萬五千人左右。當樂團主唱阿信狂放地唱著「DNA」這首歌時,其實已經成功地行銷了這個科學的「邊界物件」。因為在這個過程中,歌迷會自己去協商出這些詞彙對於自己的意義,不論它符不符合科學理論中的精確界定,民眾可以開始親近它、談論它、詮釋它。或許對於許多「科宅」而言,這根本是微不足道的科學接觸(而且五月天科學概念還不一定正確?!),但是對於許多庶民而言,這卻是他們「科學參與」的第一步(很多人可能連這一步都沒有,課本就被丟進垃圾桶了)。如果從這一個角度來看,五月天對於科學傳播工作的貢獻,甚至可能不亞於任何一場科普演講中的科學大師(有哪個大師下面有十萬人在聽的?)。這樣的說法並沒有特別地吹捧五月天之意,而是依據最近的一個研究分析,五月天的歌詞確實是所有流行樂界最具科學素養的,包括阿姆斯壯、輻射塵、DNA、地心引力、落葉劑…都曾寫進歌詞中。

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「流行文化」其實是最好行銷科學的管道,只是好景不常的是,台灣的流行文化鮮少將「科學」作為思考的對象。日本可以拍出《神探伽利略》(請注意,連片名都是厲害的邊界物件),韓國《大長今》裡面有許多厲害的植物、醫藥知識,就連大陸《甄嬛傳》中的滴血認親都有化學知識,我們台灣卻還在《風水世家》。如果再以流行音樂為例,一堆台灣流行音樂的題材中能夠像五月天這樣善用科學題材的好手其實並不多,多數的音樂創作都侷限在一些特定的主題或風格,相較於國外樂手對於科學的善用實在是差距很大。例如蔡健雅有一首〈達爾文〉的歌詞是這樣寫的:

「…有過競爭 有過犧牲 被愛篩選過程 學會認真 學會忠誠 適者才能生存 懂得永恆 得要我們 進化成更好的人 我的青春 有時還蠻單純 相信幸福取決於愛的深 讀進化論 我贊成達爾文沒實力的就有淘汰的可能 我的替身 已換過多少輪 記憶在舊情人心中變冷 我的一生 有幾道旋轉門 轉到了最後只剩你我沒分 懂得永恆 得要我們 進化成更好的人 進化成更好的人…」

詞意中雖然建構了「進化論」、「達爾文」、「適者生存」這幾個重要的科學邊界物件,並且詮釋了「進化成更好」這樣的科學意涵,但是歌曲的重點仍是在表述愛情這件事。就「邊界物件」所能夠發揮的功能而言,這類的歌詞用法理應是投入科學傳播相關工作人士所樂見的。不過如果每一首歌詞所呈顯的訊息都是這類情啊、愛的,科學與流行文化間的連結仍只會停留在一個十分表象的層面。

看看國外是如何?

再看看國外樂手對於科學的使用,首先,與「科學」相關的創作題材就多元許多。例如美國洛杉磯有一個樂團Artichoke曾經以英文字母排序的方式,依序以科學家的名字作為歌名,出版過兩張專輯(每張專輯描述26位科學家的故事),連華裔女物理學家「吳健雄」(Wu, Chien-Shiung)都是其中的一首歌(我們連吳健雄都還搞不太清楚時,國外有人把她寫成歌了)。再例如,英國另類搖滾天團「電台司令」(radiohead)也曾以歐洲的大強子對撞機為題材編寫Supercollider這一首歌。這些歌曲的題材都直指科學活動的核心,是目前台灣流行音樂前所未見的延伸觸角。

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Artichoke曾經以英文字母排序的方式,依序以科學家的名字作為歌名,出版過兩張專輯(每張專輯描述26位科學家的故事),連華裔女物理學家「吳健雄」(Wu, Chien-Shiung)都是其中的一首歌
Artichoke曾經以英文字母排序的方式,依序以科學家的名字作為歌名,出版過兩張專輯(每張專輯描述26位科學家的故事),連華裔女物理學家「吳健雄」(Wu, Chien-Shiung)都是其中的一首歌

其次,在科學知識的類型上,台灣流行音樂獨鐘天文或太空這類的科學知識類型,就像是星星、月亮及太陽等生活化的科學用語,對於其他科學知識的想像相對地貧瘠。對照歐美流行音樂所呈現的題材,例如德國Kraftwerk樂團(前陣子剛剛來台灣)所引領的「robot pop」,不論是表演形式或是音樂內容,都透過電子音樂的呈現來描述身處於資訊與科技時代中的人類處境;英國樂團OMD以當年承載原子彈去執行核爆任務的轟炸機「Enola gay」為歌名,指出人類在能源、能量上負面使用的迷思。類似這樣的科技想像所呈顯出對於科技社會的多元思維,幾乎還沒有在台灣的流行樂壇發生。

最後,台灣歌曲的歌詞即使用了科學的詞彙,但是多以感情及心情的描述居多,很少針對那個「科學活動」本身。當然,流行音樂的存在原本就不是用來「教導科學」,因此透過流行音樂來抒發情感,這是原本就可以理解的狀況。但是使用了科學的詞彙,其意涵卻多不是用來描述「科學/科技」,並且比例懸殊,這就實在匪夷所思。例如前述蔡健雅〈達爾文〉的歌詞,清一色透過進化論來說明愛情的糾葛。但是歐美的樂曲中,達爾文及進化論就可以有許多不同層面意義的述說,例如1978年美國的後龐克樂團DEVO,以反進化(de-evolution)的概念來消遣科技的發展對於人類可能帶來的違反達爾文進化論的作用;義大利Banco del mutuo soccorso樂團,以一張名為Darwin的概念專輯討論人類進化的問題;美國的「心靈矇蔽合唱團」(third eye blind)也有一首Darwin,是透過進化論的概念探討人類進化過程中信念及信仰的意義,這些歌曲都不僅是作為情感或個人心理狀態上的抒發。

流行文化擁有普遍性及深入庶民生活的特質,無疑是一個導引民眾參與科學最強而有力的媒介工具。台灣目前有許多棘手的科技議題,例如核電、能源、食品安全、氣候風險…等,都很需要一般民眾的參與意見。這些議題有許多都是需要仰賴大家在日常生活中一點一滴的累積,在養成「談科學」的習慣後,方能有更進一步的參與及決策。也就是說,我們的底層文化中,需要更多、更多的「科學邊界物件」來協助大家親近科學,這是一個需要長期累積的歷程。以核四議題為例,如果過去民眾對於核電問題壓根「很少談」,有一天大家突然瘋狂地對擁核或反核積極表態,這種像「一日球迷」般的「一日核迷」,才真需要讓人捏把冷汗。

目前台灣流行音樂所唱的「科學」很多是「單調」與「變調」的科學,距離作為一個合適與稱職的邊界物件,尚有漫漫長路。如果有一天,我們看見許多的樂團將科技議題寫進歌詞,看見偶像劇的帥氣主角是科學家,街頭藝人在展演科學魔術、電影的故事背景是海生館…,或許這會是可以慶幸科學在我們文化中紮根的時候。

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黃俊儒
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中正大學通識教育中心教授。 長期關心科學傳播的工作,主張推廣科學不能只是上對下的關係,不能只是榮耀的崇拜,更不能只是逸樂化的軟柿子。 勉勵自己仔細地在各種不同的層面上,找出科學與一般大眾、市井小民、販夫走卒間,在生命上的共鳴與交會。 著有《別輕易相信!你必須知道的科學偽新聞》一書。

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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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2024 臺灣科普環島列車啟程 催生科學傳播新力量
PanSci_96
・2024/10/21 ・915字 ・閱讀時間約 1 分鐘

「2024 臺灣科普環島列車」今(21)日自臺北火車站啟程,沿著西部幹線南下,將於 10 月 21 日至 26 日搭載全臺 202 所國小學生,展開 6 天的科普環島之旅。前副總統陳建仁、國科會主委吳誠文、數位發展部部長黃彥男、交通部臺灣鐵路公司副總經理賴興隆,美、荷、法、德、英國等駐臺代表、9 家車廂參與單位代表及師生們均蒞臨開幕式。

高中生成為科學傳播新力量 助力全臺科普教育

吳主委表示,自 2016 年以來,已連續 9 年舉辦科普環島列車活動,持續推動科學教育。今年活動規模擴大,火車將在 6 天內行經 17 個縣市、32 個站點,提供超過 300 項科學實驗,讓全臺學童能從小接觸科學。

更值得一提的是,近年來國科會積極邀請全臺高中學生,透過科學培訓後上車擔任「車廂關主」,帶領國小學童玩科普;高中生們由「知識接收者」轉為「科學傳播者」的角色,不僅加深其擔任小老師的使命感,也提升科學傳播、知識轉譯及組織規劃能力。

今年有 391 位來自全臺 18 所高中的學生參與培訓,其中 162 位為女學生,突破科技領域的性別刻板印象,展現女性在科學界的力量。這些科普小老師們將於 10 月 21 日至 26 日帶著全臺各縣市、鄉鎮國小學童學習更多有趣的科學實驗,為科普教育展開多面向的正循環。

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2024 年的科普環島列車很不一樣! 全民一起上列車、長知識

「2024 年臺灣科普環島列車」停靠站點及時刻表

今年臺灣科普環島列車首度開放全民上車體驗,活動開放報名迅速額滿,共有360位民眾參加,8節車廂搭載不同科技主題的特色實驗,包含今年最發燒的 AI 人工智慧、半導體、衛星通訊、以及與我們生活息息相關的隔震減震知識,都設計在車廂的科學實驗活動中,讓參與活動的學生、民眾能獲得最新最熱的科技知識。各車廂活動由台灣默克集團、友達永續基金會、瑞健醫療、ASM 台灣先藝科技、國家地震工程研究中心、數位發展部、緯創資通、聯華電子科技文教基金會和上銀科技等單位規劃設計。

國科會特別感謝各參與單位的支持與合作,讓此次活動更豐富多元。科普列車活動期間,在全國各地火車站及周邊地區也同時舉辦科學市集,歡迎各地民眾經過火車站時不要錯過難得的科學體驗機會!

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量子科技即將走入生活?最有趣的科學知識傳播 QuBear 量子熊,來了!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/07/10 ・676字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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不知從什麼時候,「量子」取代了磁場、奈米,成了時興的名詞。特別是把量子與資訊兜在一起,無論是在科學或是科技上,都深具潛力。或許有一天,我們將打開以量子位元建構的量子電腦,透過量子演算法進行各種計算,並把資訊用量子傳輸的方式傳遞出去。

這樣的日子可能真的不遠了。

為了因應量子科技時代的來臨,行政院在 2022 年 3 月宣布成立「量子國家隊」,由 17 個產學研團隊組成,包含了通用量子電腦硬體技術、光量子技術、量子軟體技術與應用開發這三大領域。

「量子熊 QuBear」身為量子國家隊的推廣擔當,針對年輕世代學子,激發量子科學與科技的興趣與瞭解,將全力推動 Quantum PAY,以三大多元管道「Podcast、 Article、YouTube」進行知識傳播,內容類型含括播客、文章跟影音短片。量子熊 QuBear 除了打造線上平台,更製作多個 quantum PAY 學習模組,努力朝著建立量子熊的微學習平台,以及建構長遠的科學知識傳播生態圈的目標前進。

最後,你或許會好奇,量子熊的名字是怎麼來的?

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量子電腦的核心技術是量子位元 (qubit)。英文發音快一點,就跟 QuBear 有點相似,於是就裝個可愛,叫做量子熊啦!

記得看到量子熊時,幫忙按讚、訂閱,還有~開啟小鈴鐺~https://www.youtube.com/channel/UCkWM3vYaCd_VoPHQ1hrUdzA

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