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奈米黃金微粒讓馬桶變超級英雄

Lu-Tzu-Yao
・2013/07/22 ・377字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

馬桶 photo source:pixabay
馬桶     photo source:pixabay

「每一個馬桶都是英雄,只要黃金奈米微粒,它會消去你所有煩憂」,多虧現在有了新發明,你只需要一些陽光、一點水接著參雜著金黃色奈米微粒就可以消毒了。這些微小的金屬表面,在吸收陽光產生能量後,即使溫度未達沸點,也能使水轉變為水蒸氣。(參見〈奈米讓蒸氣更爭氣 !〉

在一項新研究中,工程師表示他們可以利用黃金奈米微粒,建立一個免插電、以太陽能殺菌的系統。由於效率好以及電源獨立性,使得這個滅菌裝置非常適合運用在公用廁所裡。這項研究發表於《Proceedings of the National Academy of Sciences》,研究團隊希望這項發明能快點問世,以預防一些開發中國家及滅菌技術較落後的國家面臨病菌散佈的問題。

資料來源: ScienceShot: Sterilizing Human Waste, No Electricity Required[8 July 2013]

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AI 可以設計散熱,但誰敢讓它出貨?林唯耕談算力背後的物理現實
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/08/20 ・2819字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 高柏科技 合作,泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時,曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏,那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓,引來眾多師生抗議。

「從此以後,我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中,帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言:在理論模型中,氨是太空熱控系統的理想介質;但在現實的辦公大樓裡,它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯,但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險,以及必須為後果負責的工程師。

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高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ,曾任職於美國 OAO 工程部熱流組,深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球,他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心:當晶片運算速度無止境攀升,那股伴隨而生的熱,究竟該往哪裡去?

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗,彷彿進步毫無邊界。然而,每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護。在物理現實面前,再動聽的發表會敘事也必須低頭。

晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護 / 圖片:envato

回顧個人電腦發展早期,晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後,鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級,其實更像是對空間的極限勒索:晶片功率翻倍,發熱源的面積卻沒變大,機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出,散熱設計的核心只有三要素:功率、熱源面積與空間限制。他舉例,在標準的 1U 機箱中,若發熱面積約為三十乘三十毫米,氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數,而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於,風扇轉速提升的背後,是噪音、電力損耗與空間占用。

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因此,「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫,而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱,卻也將新的挑戰帶入機房:漏液風險、流道堵塞、材料相容性,以及維運時的難度。工程的進步,本質上鮮少是徹底消滅問題,更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的,不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人,是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中,沒有空氣能讓風扇製造對流;受光面溫度破百度,陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射,以及熱管與環路型熱管(LHP)來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱,冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力:在他設定的特定條件下,實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能;但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變,移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦(kW)。他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此,太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度,偏好無馬達幫浦的被動式設計;但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度,往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒:技術是否「先進」,與它是否「適合」當下的場景,始終是兩回事。

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他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。/圖片:envato

好論文,為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」,而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作,還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據,在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時,也曾遇過實驗數據無法複製,或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠,而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝,高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」,每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作,並指派專業人才在過程中持續微調、校正,確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測,但由於儀器預設以「水」校正,換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算,卻發現缺乏重複性,數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面,改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證,才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號,而在於那段不夠優雅的挫折:假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻,企業需要的不只是會算數的人才,而是能洞察研究何時「走鐘」,並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

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林唯耕坦言,過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」,進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽,卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計,若無法穩定生產或贏得客戶信任,也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案,誰來負責出貨?

訪談尾聲,主持人國威提出了一個時代難題:假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計,企業該選擇全面擁抱 AI 的速度,還是保留緩慢但穩定的工程驗證,以規避潛在的失效風險?

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是:兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案;但工程師仍須實作原型,進行嚴苛的性能與可靠度測試,最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺,而是基於一項事實:AI 的資料庫裡,通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節,且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代,最稀缺的未必是熟練下指令(Prompt)的人,而是具備這種能力的人:能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來,並且願意為最終的量產品質負起責任。

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大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中,雲端是由龐大的機房架構而成,裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張,都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值,就是不讓這筆物理帳單,被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

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翻越性別高牆 打破生乳營養迷思 埃凡斯促成牛奶滅菌(1)
顯微觀點_96
・2024/07/24 ・1686字 ・閱讀時間約 3 分鐘

本文轉載自顯微觀點

顯微鏡後的女性科學家系列

顯微鏡學的蓬勃發展,不僅促進了醫學﹑公共衛生的發展,而在這背後也有許多偉大的女性科學家參與其中。

屏東縣九如鄉一處養羊場有 3 頭羊確診「布氏桿菌病」,為台灣約 30 年來首例,動防所已撲殺感染羊隻並進行消毒。由於「布氏桿菌」為人畜共通傳染病,衛福部疾病管制署匡列 4 名牧場員工…。2023 年 12 月 9 日報導

由於乳製品滅菌的觀念普及,現在已很少聽聞布氏桿菌感染。這都得歸功於首先發現經由飲用感染布氏桿菌的生牛乳而導致人類得馬爾他熱,進而促成乳品全面巴氏消毒的細菌學家艾莉絲.埃凡斯(Alice Catherine Evans)。

Alice C Evans。圖片來源:PICRYL public domain

從偏鄉教師到微生物學家

埃凡斯的祖父 1831 年從英國威爾斯移民至美國,她於 1881 年 1 月 29 日出生在美國賓州尼斯威爾斯社區的一戶農家。

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埃凡斯在出生地念中小學,因當地沒有高中,她到了賓州托旺達(Towanda)的薩斯奎漢納學院(Susquehenna)就讀。1901 年畢業後,進入大學就讀的夢想因家裡無法負擔而破碎,且當時小學教職幾乎是唯一對女性開放的非基層勞力職業,因此她沒有多想就進入一所小學擔任 1 至 4 年級的教師。

她在家鄉和外地的小學共教了 4 年書後,得知有康乃爾大學農學院提供偏鄉教師免學費的自然科學課程。當時康乃爾大學的農學院院長貝利(Liberty Hyde Bailey)希望藉由受過訓練的教師,培養學生對大自然的熱愛、對植物和動物以及無生命世界的興趣。

埃凡斯申請了這項計畫,並用她四年教書的積蓄來到康乃爾大學,並選擇細菌學作為研究領域,指導教授是研究乳製品的微生物學家史托金(William A. Stocking)。

1908 年她獲得康乃爾大學農學院的學士學位,經指導教授推薦,獲得威斯康辛大學的獎學金;這是專門提供給專攻農化或細菌學研究的獎學金,且在此之前未曾頒給女性。於是埃凡斯前往威斯康辛大學繼續碩士學業。

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但她雖然是拿細菌學獎學金,但在農業細菌學指導教授黑斯廷斯(Edwin George Hastings)的要求下,埃凡斯花了三分之二的時間研讀化學,並於 1910 年獲得碩士學位。 碩士學業最後一年,教授希望埃凡斯留下來繼續攻讀博士學位。雖然意識到這是不錯的機會,但大學和碩士學業已帶給她不小的經濟和精神負擔,加上博士學位在當時對科學家並非必要,因此她選擇不再繼續攻讀。

與布氏桿菌相遇

每個人都有自己的天職,天賦就是呼喚,有一個方向,所有的空間都向他敞開。他擁有靜靜地吸引不斷往前努力的能力。

——愛默生

幸運的是,埃凡斯獲得了農業部動物產業局(Bureau of Animal Industry)的研究職位。由於乳酪是威斯康辛州的重要產業,當時威斯康辛大學化學系和細菌學系與乳製品部門合作,研究更好的乳酪製作方法。

埃凡斯是該單位首位女性員工。當時的動物產業局官員沒有想到可能會選擇女性。據傳聞,官員們在一次會議中聽到一名女科學家將加入他們的工作行列的「壞消息」時,他們充滿了驚愕,甚至「差點從椅子上跌下來」。

埃凡斯的回憶錄寫到:「就我而言,進入動物產業局純屬意外,因為長官在女性就業屏障上留下了一個漏洞,我不知不覺地就鑽了進去。」但這在女性就業可說是一個重要的里程碑,因為除非對美國公務員提出嚴重的投訴,否則埃凡斯不會被任意解僱。

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所幸埃凡斯的頂頭上司,乳製品部長羅爾(B. H. Rawl)與研究主任羅傑斯(Lore A. Rogers),都不認同其他高級官員對女性的敵意。她在此研究主題是牛乳中各式各樣的細菌,並了解這些類型細菌的來源。同時,她也每年在大學選修一門課,以充實知識。

研究過程中,她的目光漸漸集中到一個特定的對象,一種致流產的傳染性微生物。

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顯微觀點_96
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從細微的事物出發,關注微觀世界的一切,對肉眼所不能見的事物充滿好奇,發掘蘊藏在微觀影像之下的故事。

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奈米黃金微粒讓馬桶變超級英雄
Lu-Tzu-Yao
・2013/07/22 ・377字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

馬桶 photo source:pixabay
馬桶     photo source:pixabay

「每一個馬桶都是英雄,只要黃金奈米微粒,它會消去你所有煩憂」,多虧現在有了新發明,你只需要一些陽光、一點水接著參雜著金黃色奈米微粒就可以消毒了。這些微小的金屬表面,在吸收陽光產生能量後,即使溫度未達沸點,也能使水轉變為水蒸氣。(參見〈奈米讓蒸氣更爭氣 !〉

在一項新研究中,工程師表示他們可以利用黃金奈米微粒,建立一個免插電、以太陽能殺菌的系統。由於效率好以及電源獨立性,使得這個滅菌裝置非常適合運用在公用廁所裡。這項研究發表於《Proceedings of the National Academy of Sciences》,研究團隊希望這項發明能快點問世,以預防一些開發中國家及滅菌技術較落後的國家面臨病菌散佈的問題。

資料來源: ScienceShot: Sterilizing Human Waste, No Electricity Required[8 July 2013]

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Lu-Tzu-Yao
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精神個案系列:離不開馬桶的女人
胡中行_96
・2023/01/16 ・1625字 ・閱讀時間約 3 分鐘

冥冥中一股力量強壓肩頭,女子又坐回馬桶上。才剛結束排便,卻覺得沒解乾淨,一坐便是幾小時。找了家庭醫師兩次,診斷不出個所以然。數月後,她開始聽到三名陌生男女在談論自己。有回如廁,忽見一黑影晃過。她咬定是三姊下降頭。[1]

求神問卜無法化解,連續十載情勢加劇。最後,女子索性霸著馬桶,吃喝拉撒睡。長期虛弱困坐,體重掉了 20 公斤,無法自主移動,還得仰賴別人協助沖澡。廁所門外稍有風吹草動,她便嚇得驚慌失措。丈夫多次苦勸就醫,她都以死相逼,於是在馬桶上扎實地坐了兩年半。[1]

直到那天,丈夫硬是叫來救護車,把她送去新加坡唯一的精神科教學醫療機構──心理衛生學院(Institute of Mental Health)。[1, 2]

新加坡心理衛生學院。圖/Sengkang on Wikimedia Commons(Copyrighted free use.)

華人文化弊病

這名華裔女子來自馬來西亞,家裡 12 個孩子中,她排行倒數第二。兒時窮困,小學五年級輟學,打過不少零工。23 歲時,到新加坡當裁縫。24 歲結婚,成為家庭主婦,育有一子。儘管個性外向隨和,愛好逛街、交友;但社交圈不大,發病後獨由丈夫照顧,僅與一名手足保持電話聯絡。[1]

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文獻指出,亞洲家屬對精神病患的普遍心態:社經底層恐懼憎惡;上流精英則感到罪惡羞辱。這樣貼負面標籤的現象,在新加坡 18 至 65 歲的民眾之間,十分明顯。[1]該國人口七成多為華人;再來是馬來與印度裔各佔不到一成。[3]《論語.顏淵》:「克己復禮為仁。一日克己復禮,天下歸仁焉。」儒家壓抑私欲,成就社會秩序。[4]然而,若因此嚴重忽略心靈感受,便可能誤將情緒困擾,解讀為身體不舒服。[1]華人愛面子,「家醜不外揚」的觀念,更會在面臨心理衛生議題時,加強否認、汙名化和軀體化(somatisation)。[1, 3]假裝事情不存在,或是怪罪軀體毛病。比起受過高等教育的族群,像本案女子這般的中低學歷患者,尤其容易將精神病徵歸咎於身體狀況。[1]

除了倫理束縛,民間宗教也是精神病患就醫的阻礙。不少東南亞女性患者,把「降頭」信仰融入被害妄想,指控親屬毒咒自己。家人見其怪異行徑,也以為是巫術所致,便延誤了診療時機。1980 年代,甚至有香港研究指出,高達一成的華人病患,在症狀出現超過 9 年後,才尋求醫療協助。[1]

晚發性思覺失調症

時年 57 歲的女子坐在診間,儀容不整,躁動失寧,消瘦憔悴,痀僂蜷曲,後背與雙腿破皮。毫無病識感的她,抱怨身體多處不適,又說擔憂三姊迫害。[1]幻覺、妄想、思考紊亂、行為異常等,皆為思覺失調症的常見症狀。[5, 6]此疾患好發於 20 來歲,兒童或 45 歲之後才發病的案例較少,[5]所以女子被視為罹患晚發性思覺失調症(late-onset schizophrenia)。另外驗血結果,顯示她維他命 D 不足,[1]會妨礙鈣質吸收。[7]

醫師開了抗精神病藥物risperidone、鎮靜劑clonazepam,與能消彌強迫性念頭的選擇性血清素再吸收抑制劑fluvoxamine;還有補充維他命D和鈣質的藥錠。[1, 8] 住院期間,女子的幻覺消失,被害妄想減退;藏身廁所的時間,也降至每日半小時以內。不過,無論物理治療怎麼訓練,她仍是得靠輪椅活動。18天後,女子出院。接下來十年持續回診追蹤,並服用 fluvoxamine 和 risperidone。變得較有病識感的她,不再懷疑遭三姊詛咒。[1]

  

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參考資料

  1. Tan HT, Lal M. (2022) ‘Socio-Cultural Factors Delaying Treatment in a Patient with Late-Onset Schizophrenia’. Case Reports in Psychiatry, 9689732.
  2. Singapore’s National Healthcare Group. (MAR 2019) ‘Corporate Profile’. Institute of Mental Health.
  3. Tan GTH, Shahwan S, Goh CMJ, et al. (2020) ‘Mental illness stigma’s reasons and determinants (MISReaD) among Singapore’s lay public – a qualitative inquiry’. BMC Psychiatry 20, 422.
  4. 國家教育研究院「克己復禮」教育部成語典(Accessed on 03 JAN 2023)
  5. Schizophrenia’. (07 JAN 2020) Mayo Clinic.
  6. Hany M, Rehman B, Azhar Y, et al. (15 AUG 2022) ‘Schizophrenia’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
  7. U.S. National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases. (OCT 2018) ‘Calcium and Vitamin D: Important at Every Age’. U.S. NIH Osteoporosis and Related Bone Diseases – National Resource Center.
  8. Fluvoxamine’. (15 JAN 2022) MedlinePlus.
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胡中行_96
169 篇文章 ・ 68 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。