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怪怪可愛生物:小鎧鼴

ntucase_96
・2014/05/15 ・1120字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 446 ・四年級

犰狳科之下包含了9屬21種,其中有1屬1種已滅絕。樣子長得很像烏龜,是唯一有殼的哺乳類動物,大多生活在中、南美洲和美國南部地區。常聽到的種類包含鎧鼴、裸尾犰狳、南美小犰狳、毛犰狳等,今天我們要介紹的是稀有的小鎧鼴。

編譯|廖容英

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小鎧鼴大約手掌大小,非常容易緊張,除非你是科學家,否則請不要輕易嘗試把牠們放在手上。 圖片來源|Superina/Paul Vogt

一般對於犰狳的印象可能是其貌不揚、愛破壞草皮,不過生長在阿根廷沙漠的傳奇生物小鎧鼴可愛多了。小鎧鼴(Chlamyphorus truncatus)身長大約 5 英寸 (約 12.7 公分),重約 0.25 磅 (約 113 公克),鱗甲是淺粉紅色,底下長著白色的細毛。牠的體型在犰狳中最小,終其一生都在挖地道,以無脊椎動物與植物為食。

我們對小鎧鼴所知非常少,根據阿根廷國家科技研究會保育生物學家瑪麗耶拉.蘇博瑞那 (Mariella Superina) 的說法,她在小鎧鼴的棲息地研究了 13 年,從來沒有在野外看到牠,當地人也不知道該怎麼找,她能看到的只有受傷被送來、或是從豢養飼主手中救出來的個體。

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大爪子可以讓牠們在挖掘的時候很有利。但也因為太大了,反而讓牠們在堅硬的地面上窒礙難行。圖片來源|Mariella Superina

小鎧鼴鱗甲的粉紅色其實是底下血管的顏色,牠的鱗甲跟其他犰狳不同:其他犰狳的很厚實,與身體相連,小鎧鼴的比較薄,與脊椎之間隔著一層膜。薄薄的鱗甲能幫助體內熱循環,在不同的溫度有不同色調,顯示血流量增加或減少。

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或許你會覺得奇怪:粉紅色是適合沙漠的保護色嗎?小鎧鼴其實很少出現在地面上,牠們已經非常適應地底的環境,前肢特化專門用於挖掘,在平面上行走都有困難。牠的尾巴則扮演「第五隻腳」的功能,末端是平的,能夠平衡身體,也能撥開挖出的土堆,騰出空間。

但即便是這麼高明的小小挖土機,也有「挖」到鐵板的時候。橫越馬路的小鎧鼴可能當場死亡或是被人類撿起來;如果遇到暴雨,地道會被雨水淹沒,濕掉的細毛也會阻礙熱循環,牠們就會逃到陸地上。幸運一點的會被送到蘇博瑞那這裡來,如果被當成寵物飼養,牠們會非常焦慮,而且無法適應非自然的食物。根據估計,95% 的小鎧鼴豢養八天內就會死亡。

結論是我們似乎只能繼續期待小鎧鼴罕見的蹤跡,牠們實在太罕見,即使是蘇博瑞那與其他科學家也無法斷定牠們有沒有絕種危機。牠們可能因為人類擴張、威脅棲地而瀕臨絕種,也可能正在地底下快樂地生活著,瓜瓞綿綿。

https://www.youtube.com/watch?v=SLq9yF66BBk
研究出處:Absurd Creature of the Week: Pink Fairy Armadillo Crawls Out of the Desert and Into Your Heart
譯者:廖容英 科教中心特約寫手,從事科普文章編譯。
責任編輯:Kerina Huang

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原刊載於台大科教中心 CASE press

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ntucase_96
30 篇文章 ・ 1488 位粉絲
CASE的全名是 Center for the Advancement of Science Education,也就是台灣大學科學教育發展中心。創立於2008年10月,成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源,奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。

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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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案情並不單純!甲龍化石為何總是呈現四腳朝天的離奇死狀?
江松樺
・2019/02/01 ・2078字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 588 ・九年級

白堊紀的重戰車

全身覆滿厚重裝甲般的甲龍類 (Ankylosauria) 是白堊紀非常具代表性的一群植食性恐龍,牠們最早的化石紀錄出現在侏羅紀早期,並且生存到白堊紀的最末期。雖然大多數甲龍類化石是在亞洲和北美洲發現的,但其足跡遍及全球,就連南極大陸都有牠們的蹤跡。

電影:侏儸紀世界。圖/IMDb

除了身上厚重的骨板作為防禦之外,一些甲龍類更演化出棒狀的尾槌以擊退可能來犯的掠食者。由於背上的骨板相當厚實,甲龍類同時也具有寬闊的骨盆結構以支撐額外的重量;低矮而厚實的四肢顯示牠們很可能以靠近地面的植物作為主食。除了柔軟的腹部之外,這些恐龍幾乎無堅不摧。連電影《侏羅紀世界 Jurassic World 》中虛構的帝王暴龍都需要奮力將牠們翻覆,讓牠們四腳朝天露出腹部,才能有效攻擊牠們的要害。

像電影演的一樣是被翻過來的?並不是!

古生物學家在研究甲龍時,就發現他們的化石幾乎都以四腳朝天的方式埋藏。圖/Royal Tyrrell Museum

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現實有時與虛構同樣神奇。長久以來在野地工作的古生物學家很早就注意到一個離奇的現象,那就是這些甲龍類被挖掘出土時,幾乎總是以四腳朝天的姿勢埋藏在地層中!這些遺骸是因為像霸王龍 (Tyrannosaurus rex這樣的大型掠食動物如同電影中將甲龍翻過來所造成的現象嗎?

早在近百年前諾普查男爵 (Franz Nopcsa) 研究東歐出土的甲龍類化石時,便提出了這樣的想法。也許一些大型的掠食者確實有能耐將其中一些體型較小的個體弄翻,但在面對體型較大的成年個體時似乎有些難度;同時這些出土的甲龍類並未留下被肉食動物啃咬過後的齒痕,因此這樣的想法顯然並不成立。

由於這個神祕的現象一直以來從未被科學界正式研究和解釋,於是兩位好奇的加拿大古生物學家便找來了瓦多斯塔州立大學 (Valdosta State University) 的犰狳專家,試圖解開這個上古謎團。

身為哺乳動物的犰狳,雖然不是甲龍類的近親,但體態與甲龍有些相似。圖/pixabay

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身為哺乳動物的犰狳,雖然稱不上是甲龍類的近親,不過同樣身披鱗甲的犰狳,體態與甲龍仍然有些相似。犰狳的鱗甲與甲龍一樣是由骨化的鱗片所構成,而不像穿山甲是由皮膚角質形成的;同時,犰狳也和甲龍一樣,腹部僅有皮毛覆蓋而缺乏額外的防護。所以研究人員假設外型與甲龍相當類似的犰狳死後,腹腔內的氣體發酵後會撐開較柔軟的腹部,導致犰狳死後翻覆也呈現四腳朝天的樣貌。

那麼從那些因路殺而死亡的犰狳身上或許能找出我們尋求的解答吧?然而根據研究團隊在三個月內蒐集到的訊息,這些犰狳並未如同沉積在岩層中的甲龍一般,經常出現四腳朝天的模樣。如果連觀察犰狳死亡的姿態都無法解釋甲龍的情況,那又該如何解釋這樣的現象呢?

死後水中翻覆,一個可能的解釋

於是研究團隊只好從其他線索試圖解釋這些甲龍滑稽的「死樣子」。既然陸生的犰狳在地面上無法重現翻覆的死狀,是否可以假設事發現場並非在陸地上呢?根據過去史登伯格 (Charles Mortram Sternberg) 的假說,這些甲龍類死後可能被洪水沖刷帶到河道底層或海床中沉積。理論上,背部由骨質鱗甲組成的骨板密度較大,所以在被水流帶著走的情況下,確實可能比較容易產生腹部朝上的模樣。如果屍體是在水下呈現腫脹,那麼這樣的假說是不是有可能成立呢?

以模型數據計算甲龍翻覆的可能性。圖/Mallon, J. C. et al

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事實上,古生物學家確實從一些海相沉積地層中找到保存良好的甲龍類標本。其中千禧礦場 (Millennium Mine) 清水組 (Clearwater Formation) 令人驚豔的恐龍木乃伊-北盾龍 (Borealopelta即為這種典型的案例。研究團隊以真板頭龍 (Euoplocephalus和蜥結龍 (Sauropelta分別做為甲龍科 (Ankylosauridae) 與結節龍科 (Nodosauridae) 兩種甲龍類的典型,導入牠們身體結構各項的密度與估算其體腔內部容積等參數後發現:真板頭龍等甲龍科的物種在水流中只要腫脹到一定的程度就會翻覆;而屬於結節龍科的蜥節龍不論屍體腫脹與否,只要稍稍傾斜就會整個翻覆!

 

真板頭龍。圖/wikimedia

真板頭龍。圖/wikimedia

蜥結龍。圖/wikimedia

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蜥結龍。圖/wikimedia

雖然這解釋並不能套用到所有狀況,但這個在水中漂浮腫脹的假說的確提供一個可能的答案,同時更有助於我們推估古地層中生物沉積或還原古代環境可能的樣貌。甲龍翻覆的上古謎團恐怕還有更多細節有待眾人抽絲剝繭。

  1. Sternberg, C. M. (1970). Comments on dinosaurian preservation in the Cretaceous of Alberta and Wyoming. Ottawa: National Museums of Canada.
  2. Arbour, V. M., Zanno, L. E., & Gates, T. (2016). Ankylosaurian dinosaur palaeoenvironmental associations were influenced by extirpation, sea-level fluctuation, and geodispersal. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 449, 289-299.
  3. Mallon, J. C., Henderson, D. M., McDonough, C. M., & Loughry, W. J. (2018). A ‘bloat-and-float’ taphonomic model best explains the upside-down preservation of ankylosaurs. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 497, 117-127.
  • 文字編輯/蔡雨辰
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