人人都能即時轉播－智慧型行動視訊監控技術

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

（模擬場景）

「噹～現在空氣品質不佳，請注意氣喘」，我朝手上的 Apple Watch看了一眼，身旁的阿嬤拿著iPad，慌張地點完iPad上的紅點，Siri的聲音響起：「您的分數是37分，接下來請書寫『帕金森氏症』五字…」。前排一臉疲憊的少年手上的 iPhone 顯示昨晚的睡眠時間僅有2小時…

今年，蘋果宣布要用iPhone跨入臨床實驗的那一刻起，「An “Apple” a Day Keeps the Doctor Away」 的意思，再也不一樣了

用facebook和twitter掌握最即時的國際疫情

從來沒有想到，手機也能辦到這種事。

2009年，神秘的流感在墨西哥爆發，捷運上乘客劇烈的咳嗽，痛苦地彎下腰來，車上的屏幕顯示了醫師束手無策的困境；2014年的西非，死神般的伊波拉病毒遊走於村落之間，七孔流血的軀體就躺在村子口，慌張的村民倉皇而逃。如果你就在當地，要怎麼知道你現在，此時、此刻、安全嗎？

滑手機，就對了

就像太陽花學運時，手機成了攝影機，人人都是在地記者，每則推文都是第一手報導，在疫區當地也是如此。行動科技讓流行病學的報告隨時地更新在Facebook裡；Instagram上就能找到最新的疫情照片；醫生能在wiki裡查到最新的醫學知識。行動科技加入了醫學領域，開啟了醫學版的大數據時代 [1]。

用iPhone加入全球的臨床醫學計畫！

「An “Apple” a Day Keeps the Doctor Away」 這句話在開始有了完全不同的意義！今年的春天，Apple公司發表了一套開放軟體－”Research Kit” [2]，與各大醫學院合作，設計了針對五種疾病的App，分別是氣喘；帕金森氏症；糖尿病；乳癌和心血管疾病，讓iPhone的使用者，能夠很輕易加入這項疾病的醫學研究，替未來的醫藥開發貢獻個人的心力 [2]！

而這些醫學App也完美地利用了智慧型手機的優勢，以美國羅徹斯特大學（University of Rochester and Sage Bionetworks）所開發的「mPower」App，就設計了用手指敲擊螢幕的遊戲，以玩樂的方式了解帕金森氏症患者的病情進展 [3]。而美國西奈山伊坎醫學院 (Mount Sinai, Weill Cornell Medical College)為了幫助氣喘患者所設計的「Asthma Health」，不僅能記錄發作時的資訊（比方說每回接了丈母娘的電話，氣喘就必定會發作），更能提醒使用者在地的空氣品質，讓使用者能夠事先就避開會引發氣喘的環境 [4, 5]。

在正式發表之前，醫學院的研究群和Apple的開發者們心中都充滿了擔憂，如果都沒有人想加入醫學計畫，要怎麼辦？宣布Research Kit正式上線後的隔天，答案揭曉了！僅僅24小時，簽署加入帕金森氏症研究的民眾居然已經超過一萬人 [6]！這麼驚喜的民眾參與程度，再加之全球使用iPhone的使用者多達數億人，可以想像的是，利用iPhone所收集的資訊的研究成果，絕對是非常令人值得期待的！

除了看起來很炫，還有什麼獨樹一格的優點呢？

想像以下的場景：一位靦腆的大學宅男，尷尬地看著問卷上的問題…「3) 請問您一天運動多長的時間？4) 請問您一週的性行為有幾次？…」他看了看面前那位甜美的護士小姐，終於填下了正確的為了表達男子氣概的誇大錯誤答案。真實性、即時性、便利性！正是利用智慧型手機取得數據的最大優勢，而且由於智慧型手機能夠顯示使用者的生活模式，更提供了前所未有的獨特資訊比對性 (例如每次用手機瀏覽PanSci的網頁後，血壓就會急遽的升高！) [5]，這些看似神乎其技的資訊連結，都是傳統的臨床試驗所無法收集到的資訊！

隱私！隱私！隱私！

個人隱私永遠是各種資料庫最重要的考量，而且利用iPhone收集醫學資訊的作法是前所未有的，也因此所遇到的問題也是前所未見，例如在台灣，如果iPhone的使用者未滿20歲，能參與醫學研究計畫嗎？跨國的醫學研究要如何規範呢？科技發展得太快速，各國的法規是否能迎頭趕上反倒成了最大的問題 [7]。

在中文的市場上，尚未出現類似「Asthma Health」或「mPower」的App，這是一種契機，特別是在台灣有著豐富的醫學專業人才（連首都市長也是～）及資訊軟體的實力，就讓我們期待，不久的將來，會有人應用 Research Kit 開發出中文市場的應用來改變這個世界吧！

本文感謝PAFERS Tech, Ernest Chiang以及國立中山大學, Lin Szu-Yin協助

本文轉載於作者部落格 <Wei-Lun的日常科學分享> 和FB粉絲團  <Wei-Lun的日常科學分享>

參考文獻

1. “Grand Challenges in Digital Health” Front Public Health, 2015, 3, 134
2. Apple官方網頁，Research Kit介紹
3. Apple官方網頁，mPower介紹
4. Apple官方網頁，Asthma Health介紹
5. “Apple’s Research Kit Development Framework for Iphone Apps Enables
6. Innovative Approaches to Medical Research Data Collection” Journal of Clinical Trials, 2015, 5
7. “The big medical data miss: challenges in establishing an open medical resource” Nature Reviews, 2015, 16, 253
8. “An Apple a day keeps the research ethics committee away?” Research Ethics, 2015, 11, 2

台灣曾為了反媒體壟斷鬧得沸沸揚揚，或許有些信奉資本主義相信有錢的大爺只要付得起價格，啥都能買的人，可能還不明白《美麗新世界》（Brave New World）作者赫胥黎（Aldous Leonard Huxley ，1894－1963）的這句名言：「 大規模生產……如果用來生產物資，這種方法很了不起；如果用來複製思想，那就不太妙了。」

還好，這本在2010年榮獲《財富》（Fortune）編輯最愛商業書籍、《紐約客》（The New Yorker）書評最愛書籍、Amazon.com年度商業與投資類十大好書、《華盛頓郵報》（The Washington Post）年度五大好書、《出版者周刊》（Publishers Weekly）年度十大好書的《誰控制了總開關？》（The Master Switch: The Rise and Fall of Information Empires）能夠告訴你，為什麼反媒體壟斷對全民利益非常重要！

《誰控制了總開關？》作者吳修銘（Tim Wu）是台裔美人，畢業於哈佛法學院，現任哥倫比亞大學法學教授、美國聯邦貿易委員會顧問，2002年吳修銘因反對過濾及篩選網路資訊的技術，提出「網路中立性」 （Net Neutrality）理論而聲名大噪。2006年獲選《科學人》（Scientific American）雜誌 50 名具影響力的科學家，2007 年獲選為「哈佛大學最有影響力的100名畢業生」。他的父親生長於台南市，而他曾在台灣南部住過一段時間，非常喜歡台南小吃，尤其是鱔魚麵。

吳修銘在《誰控制了總開關？》仔細研究了整個媒體發展史，從電話、無線電、廣播、電視、第四台、電影、網際網路到智慧手機。吳修銘用深入淺出且流暢生動的文筆，帶我們進入媒體發展的世 界。這些科技帶給我們很多便利，每當我們進入一個媒體科技的新世界，就很難想像沒有這些便利的世界長什麼樣子了，我們的日常生活、社會結構也產生了極大的改變。有些爸媽沒了iPad就不曉得該如何應付吵鬧的小孩。雖然主要是談媒體創新與壟斷的政治、社會、經濟議題，但《誰控制了總開關？》對資訊科技的介紹，也足以把它視作科普書。

吳修銘經過多年研究，發現一種「壟斷－創新」的循環不斷出現：先是新創科技出現，各種可能性應運而生，逐漸地先見之明之士應用這個科技建立了一個媒體帝國，開始壟斷通訊，切除雜音，要求人們以符合帝國利益的方式使用媒體。《誰控制了總開關？》帶我們進入了風起雲湧的媒體帝國，儘管這些媒體帝國暗潮洶湧，可是一般人民和消費者卻可能看到風平浪靜的表面，對許多改變不僅後知後覺，常常也不知不覺。

閱讀全文：

到底是誰控制了總開關？