人道主義開放源軟體Ushahidi

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

• 導讀 / 耿一偉（台北藝術大學戲劇系兼任助理教授）
• 書籍作者 / 阿爾貝·卡繆 (Albert Camus)；譯者 / 陳素麗

文學作為一道反抗災難的陽光

二戰時期，法國被納粹佔領，他們的軍服是褐色，所以法國人稱納粹為褐色瘟疫（la peste brune）。當小說《瘟疫》於一九四七年六月出版，戰爭才剛結束不到三年，大眾很容易將書中提到的瘟疫解讀成是納粹主義，而卡繆也不否認這一點。只是在一九五五年，正在崛起的評論家羅蘭巴特（Roland Barthes）發表一篇名為「《瘟疫》：一部傳染病史冊還是孤獨之小說」（La Peste, annales d’une épidémie ou roman de la solitude?），批評《瘟疫》作為一種抵抗納粹的象徵作品，缺乏足夠的歷史化脈絡時，卡繆則回應：「對《瘟疫》的解讀應該是多樣的。」

二０二０年適逢卡繆逝世六十周年，本來就有不少紀念活動與書籍出版，恰巧碰到新冠肺炎的肆虐，一下子人們對《瘟疫》的興趣又高漲了起來。不少讀者都意識到小說中的諸多情節，幾乎是對當下疫情狀態的一種預言。像紐約時報、英國 BBC 廣播電台等重要媒體都有專文，探討如何解讀《瘟疫》與新冠肺炎的關係。被稱為法國 CNN 的法蘭西 24 台（France 24），也於二０二０年的十二月二十二號，播出一個關於卡繆的特別節目，邀請書店經營者、評論家等，一同討論卡繆再度熱銷的現象，以及如何在這個時代重讀《瘟疫》。

《瘟疫》述說了歐蘭（Oran）這座城市在發生瘟疫的近一年間，所發生的故事。歐蘭是真實存在的地點，它是阿爾及利亞的第二大城，面向地中海。卡繆成長於首都阿爾及爾（Alger），但是一九四一年到四二年前半的大部分時光，他都居住在歐蘭。一九四一年七月，阿爾及利亞爆發大規模傷寒傳染病，同年十月，卡繆始閱讀瘟疫的相關歷史與文學資料，包括英國小說家笛福（Daniel Defoe）的《大疫年紀事》，而《瘟疫》最開頭引用的那段話，就是出自笛福。我們可以在《卡繆札記》裡，發現相關線索，比如一九四一年一月的札記裡，當時已住在歐蘭的卡繆提到：「小老頭從陽臺上把報紙撕碎，丟下去吸引貓兒的注意。然後他朝他們吐痰。要是吐中了，他便笑了起來。」這段情節也在本書中出現好幾次。

我們可以把鏡頭拉遠一點，小說《異鄉人》完成於一九四０年，哲學論文《薛西弗斯的神話》則是一九四一年。這兩部作品代表了卡繆的荒謬主義階段。《瘟疫》則是他從一切偶然皆無意義的虛無主義出發，轉向充滿道德感的人道主義，而小說所搭配的論述，是一九五一年出版的《反抗者》。

小說主角李爾醫生即是這種具有人道主義的人格者。李爾不相信上帝，無法解釋為何瘟疫會降臨這個世界，雖然經常感覺到孤單與疲憊，他依舊堅持每天工作二十小時，對他人充滿包容。小說中經常被評論者提到的一個高潮場面，是神父潘尼魯在佈道大會上強調，瘟疫的出現背後有著上帝意旨。可是當神父與醫生在面對一位小孩因瘟疫而死亡的痛苦場面後，李爾說：「我對愛有不同看法。我到死都絕不會接受這個連孩子都要折磨的創世主及其世界。」

我們應該留意卡繆的阿爾及利亞背景，作為一位法國殖民者的後代，從小生長在貧民區的卡繆讚嘆北非的陽光與海洋，強烈的身體存在感，讓他懂得愛當下這個世界。年輕時的隨筆集《反與正》（1937）於一九五八年再版時，剛獲得諾貝爾文學獎的卡繆於再版前言寫道：「每個藝術家都在自己內在保存某種獨一無二的泉源……在那個我曾經長久生活過的貧困與陽光並存的養分裡。」。

阿爾及利亞的緯度與台灣相當，都處在北回歸線上，而且阿爾及爾與歐蘭都靠海。卡繆所訴諸的道德感，是來自他所謂的地中海精神，這種精神與寒冷歐洲的思辨精神不一樣，充滿了身體的直覺與自信，也反映在卡繆對足球與游泳的喜愛上（同樣也滲入《瘟疫》當中）。他在《反抗者》最後一章〈地中海思想〉（La pensée de midi）強調：「歷史的專制主義儘管節節取勝，卻始終不斷地遇到人類本性不可征服的要求，而地中海保存著它們的祕密，在那裡，熾熱的陽光伴隨著智慧。」

為了幫這個新譯本寫導論，我開始重讀這部大學畢業之後就沒再讀過的小說。才開始沒幾頁，我就有一個強烈的感受，覺得書中對歐蘭的描述好像也可適用於台灣，畢竟我們也被殖民過，有著類似的大海與陽光，如同小說一開始提到：「我們的市民工作勤奮，但都是為了賺大錢……而我們這個坦率、和善且充滿活力的民眾，總是讓旅行者對我們留下不錯的印象。」

《瘟疫》採取某種報導文學的形式，呈現了不同人物對瘟疫與封城的看法，這位敘述者強調內容都出自他的調查，而他的真實身分，要到小說最後才會揭曉。紀實報導的風格，脫離不了卡繆於一九三八年起擔任《阿爾及爾共和報》的記者，以及一九四三年底起加入抵抗運動地下刊物《戰鬥報》的經歷。卡繆總是喜歡將真實經驗融入小說中，比如他母親的堅毅形象就深深烙印在對主角李爾的母親的描述上。

如果說《瘟疫》與當下全球疫情有何不同？那就是網路的存在，使得原本小說中因封城所產生的疏離感，以及疫情威脅下對親情與友誼的渴望，都被大量媒體訊息與各種新開發的社交軟體所沖淡。死亡變成舉無輕重的新聞數字，so close, far away。我們在現實已看不到真實，一切都是破碎的，這時候只能靠閱讀小說，發現對真實的深刻理解。

不論是瘟疫或納粹，都是能造成大規模死亡的無差別力量。《瘟疫》作為一部經典，在於可以隨著時代變化而有新的解讀。《瘟疫》描繪因災難所造成的大規模孤立狀態，在未來有可能以生態危機或是恐怖主義的形式再度造訪，而那時，讀者依舊能從中找回反抗的力量。

數感實驗室／朱倍玉

我們經常會為天才貼上各種標籤，例如：小學就會解聯立方程式、跳級錄取大學、破解幾百年來無人能解世紀大難題等。還有一種天才，他們靈巧地穿梭在多種不同領域間，提出讓世人眼睛為之一亮的發現。

今天要介紹的是一位靈巧穿梭在物理、數學、計算機科學、教育的男人：戴克斯特拉（Edsger. W. Dijkstra, 1930-2002）。

戴克斯特拉出生於荷蘭，父親是化學家，母親是數學家。儘管成長在濃厚的理科氛圍中，他高中時卻想成為律師，期待有一天能代表荷蘭出席聯合國。不過這個夢想在畢業考時被迫中止，理由不是常見的「沒考上自己的第一志願」，而是戴克斯特拉在數學、物理、化學與生物都拿到滿分，促使老師和父母力勸他往自然科學方面發展。

某種程度上，就像許多原本對文科有興趣的學生，卻因為理科表現太好而選擇唸理工科系。有些人遇到這個狀況會選擇抗議，或之後適應不良，但戴克斯特拉沒有這些問題，順利進入萊頓大學的理論物理系。而後，戴克斯特拉的父親再次提供建議，鼓勵他去參加「程式設計」課程，順服的戴克斯特拉開始學習程式設計。這項能力幫助他獲得第一份工作──在阿姆斯特丹數學中心擔任程式設計師。

也因為多會了程式設計，戴克斯特拉開始思考下一步該往哪裡走，他認為程式設計和理論物理學不容易結合，請教了阿姆斯特丹數學中心的上司，同時也是阿姆斯特丹大學資訊工程學系的教授韋恩加登（A. van Wijngaarden）。韋恩加登相當看好戴克斯特拉，認為他有程式設計的天份，將來搞不好會成為計算機科學領域的關鍵人物，大力鼓勵戴克斯特拉。事後證明韋恩加登不僅眼光正確，他也是一位很好的說服者。

這場改變戴克拉斯特一生的會談，多年後回憶起來，記憶猶新。

「就在離開他的研究室之後的幾個小時內，我感覺到自己完全是另一個人了。」

於是，在父親與長官的鼓勵下，他決定不再研究理論物理，進入阿姆斯特丹大學攻讀資工博士學位，正式走上計算機科學這條路。

不只是程式設計專家，也是一位數學家

戴克斯特拉在程式設計、演算法等領域中提出許多創新概念，對計算機科學有著巨大的影響。這些貢獻讓他在 1972 年獲得了有計算機科學界諾貝爾獎之稱的圖靈獎（ACM Turing Award）。這個領域的朋友對他絕對不陌生，沒錯，鼎鼎大名的 Dijkstra 演算法正是以他命名的。

戴克斯特拉被認為是計算機科學的先驅之一。他的回憶錄裡有這麼一個小插曲：他博班第一年時結婚，辦理手續時必須說明自己的職業，戴克斯特拉說自己是「程式設計師」。然而，當時這個職業類別在荷蘭尚未受到認可，幾乎沒有人靠寫程式維生，當局因此駁回。最終註記在計算機科學大師的結婚證書上的職業，依然是「理論物理學家」。

戴克斯特拉的第二份工作是埃因霍溫科技大學的數學系教授。他認為，數學邏輯與程式設計相輔相成，唯有明確的邏輯思路與數學分析能力，才能在程式設計中清楚思考出每個步驟。

戴克斯特拉說過許多名言，其中包括：

「計算時，我們容易搞砸一切。數學的簡潔與精確不是可有可無的奢侈品，是生死攸關的大事。

（In the practice of computing, where we have so much latitude for making a mess of it, mathematical elegance is not a dispensable luxury, but a matter of life and death.）。」

從這句話讓人充分感受到讓人充分感受到，「他不只是程式設計專家，也是一位數學家」

在數學系教書的 11 年裡，戴克斯特拉致力於融合程式編寫與數學研究，將數學分析帶進程式編寫的環節中，讓數學與程式設計不再只是兩個獨立的學科，而是關係緊密的孿生領域。

戴克斯特拉在 1984 年，58 歲時離開荷蘭，越洋來到美國，在陌生環境重回熟悉的領域，擔任德州大學奧斯汀分校資工系教授。如果你以為他只是重新回到電腦前面研究程式碼的話，那就錯了！他開始與其他學者共同撰寫謂詞演算^註1的書，倡導透過方程式真假值的計算來證明定理，用數學運算來推理程式語言。同時，他把研究觸角伸到更多的數學領域，如座標幾何、線性代數、圖論等。

不論在數學系或資工系教書，戴克斯特拉都緊緊將兩個領域交織在一起。

在研究手稿中窺見作育英才的熱情

作為一位教授，戴克斯特拉最為人所知的是他相當喜歡以手寫文書當作記錄，甚至是學術界公認文筆好，用字遣詞簡潔又清楚的「作家」。他親筆記下多數的研究成果，幫自己的研究手稿逐一編號。他喜歡手寫的程度，讓他連課程大綱也手寫。

為了讓更多人可以接觸到戴克斯特拉的研究，德州大學建立一個網站^註2，裡面整理了他的手稿，除了課程大綱之外，還有不少手稿是論文的前身。這個網站就像是一座倉庫的大門，打開這扇門就可以看到知識被整齊地堆疊在裡頭。

以 1995 年他開設的微積分課程為例（手稿編號：EWD1213），細讀這篇課程簡介，你可以完全感受到戴克斯特拉不只是數學家、計算機科學家，還是一位充滿人文氣質的教育家。

他告訴他的學生，上課不是為了「傳授知識」，因為如果僅僅是那樣，學生很快就會忘記了。他希望能給學生帶來可觀的、不可逆的改變。他要讓學生感受到數學的效益，讓他們知道優美的證明不是靠反覆嘗試錯誤，而是奠基在精巧的應用經過設計的數學準則。他想提升每一位學生對自己的標準。

他這麼說：「我的意思是：如果從現在起的 10 年內，當你貪圖快速、想方便行事的時候，你會忽然彷彿看見我在替你擔憂，你會提醒自己『戴克斯特拉不會喜歡我這樣做。』如果真的能這樣，那對我來說一切都值得了。」

投身教育超過 25 年，戴克斯特拉教學生如何腳踏實地追求知識。計算機科學界也好，數學界也好，不管從什麼角度來看，戴克斯特拉都是那個時代不可抹去的光輝。

註釋

1. 謂詞演算（或稱述詞演算）：以邏輯述句進行表示及推理的基本記法。把命題看作整體，分析命題的各部結構，使成主詞與述詞的邏輯形式。
2. the manuscripts of Edsger W. Dijkstra 1930–2002

參考資料

1. In Memoriam Edsger Wybe Dijkstra (1930–2002)
2. A.M. TURING AWARD
3. EDSGER W. DIJKSTRA: BRILLIANT, COLOURFUL, AND OPINIONATED
4. Edsger Wybe Dijstra (1930–2002): a portrait of a genius