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你們怎麼確定那些實驗安全呢?《街頭科學實驗室》主持人提姆蕭表示…

羅紹桀
・2014/08/11 ・2974字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 466 ・五年級

把整隻結凍的火雞一口氣丟到熱油裡會怎麼樣?把家裡的熱水瓶鎖死並不斷加熱會怎麼樣?把各種髮膠、定型液、香水點燃會怎麼樣?這些你可能老早就想在家裡試試看卻不敢做的瘋狂實驗,全都能在國家地理頻道《街頭科學實驗室》裡看個過癮!

主持人提姆蕭(Tim Shaw)善於引爆各種生活中常見的易燃物,並把各種意想不到的東西放進微波爐、急速冷凍、加熱、壓縮、從高處拋下,讓人看了膽戰心驚,卻有一種從小到大的心靈渴望獲得滿足的感覺,究竟這些神奇又瘋狂的實驗是如何被設計,又怎麼確保安全與實際操作呢?帥氣高大的Tim到底是怎麼樣的人呢?

台灣最大科學社群-泛科學很榮幸可以和專訪到提姆蕭,就讓從小就有從高樓拋摔物品、引爆火藥嗜好的J編(好孩子不要學)替各位揭露Tim Shaw的瘋狂實驗秘辛吧-(請自行切換雙語頻道)

J:在《街頭科學實驗室》裡的大型科學實驗中包含了不同領域的科學原理,請問製作團隊是怎麼設計那些大型科學實驗的呢?

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提姆:我們節目團隊共四個人,我們設計了超多大型科學實驗。事實上,很多實驗是利用類似的科學原理,用各種不同的方式來包裝這些科學讓民眾易於理解。

(舉滅火器冰淇淋的例子)我們一直都知道你可以把CO2收集在袋子裡,滅火器噴射之後你就會得到乾冰。好的,現在有了乾冰,我就會想:我們該怎麼利用這個乾冰來設計一個可以讓民眾印象深刻的科學表演?然後我們就想到大家都愛冰淇淋!太好了,我們來個乾冰冰淇淋!所以我們就從滅火器裡取得的乾冰做出冰淇淋,就出現了這個令人印象深刻的表演。

提姆蕭(Tim Shaw)為了宣傳國家地理頻道《街頭科學實驗室》九號來台表演大型科學實驗,其中一項就是滅火器冰淇淋
提姆蕭九號來台表演大型科學實驗,其中一項就是用滅火器做冰淇淋

J:所以你們怎麼確定那些實驗的安全性呢?

提姆:喔!我們不確定啊!

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(J編大驚)

提姆:工作團隊中有些經驗比較豐富的人,會在正式開拍前測試,但即使如此還是無法預測在開拍當下會發生什麼事,而且大型實驗的成本很高,不可能測試太多次。所以正式來的時候你必須躲得遠遠地-安全距離的兩倍遠,特別是會爆炸的實驗!有時候你甚至覺得自己退太遠了,但這是必要的,因為我們節目中還包含了路過來觀賞實驗的民眾,他們可能不知道那些滾燙的水或冷凍的氣體有多危險!

我們很擔心一件事,就是觀眾看完之後想自己在家裡面嘗試這些實驗。一些實驗我們在節目中不去公開做法就是這個原因,科學非常有趣,但你必須謹慎行事。

有時候我們也會出錯,(這時提姆喊了一下坐在隔壁桌的技術顧問吉米,問他搞錯的機率大概多少),大概兩成或一成的機率會猜錯實驗結果,有些表演在實行前我們也不完全知道會發生什麼事。你知道的,我們沒有那麼多錢去做同一個實驗三次(動輒燒掉一台車子)然後再實際拍攝,所以有些實驗我們只試驗一次,看會發生甚麼事,然後就在錄影的時候向觀眾解釋其中的科學原理,這就是我主要的工作。

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這節目本質上是個秀,我們會在街上邀請路人來參與,也會有人看到就主動過來參與;我現在就可以在餐廳裡(提姆指向對面桌陌生的用餐民眾)找幾個人對他們說:「嘿!快來看我在做什麼!你們看這裡有滅火器,我要用滅火器做冰淇淋喔!蹦!」

 J:請問你在和其他領域的科學家合作時有沒有遇到什麼困難呢?

提姆:常常會遇到困難,但我非常享受找尋答案的過程,我並不會(因為自己是工程學出生)對其他科學感到害怕,我也不害怕向別人坦承「我不知道」;承認自己「並不知道」是一件很酷的事情。我知道自己的知識事實上很有限,如果你問我太過深入的物理原理,我大概完全沒有頭緒,但我會去閱讀,然後我就能理解它。

我知道我的長處在哪裡,我善於解決問題、有縝密的邏輯、有自己的創意。我和其他工程師的思考方式不太一樣,有時候我跟他們溝通也有一些問題,你知道有些工程師的腦袋常是這個樣子(敲桌子),他們常常沉浸在自己的領域裡面,在既有的框架裡思考。但我不喜歡被既有的知識限制,我喜歡跳脫既有框架思考,但有些工程師太不懂變通了,他們常常只專注於前人的發現和理論,但我認為有些事情就是要多去玩、多去試,然後你才知道會發生什麼事。

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J:你曾經在玩實驗時出過錯嗎?

提姆:當然,我年輕時做的實驗不勝枚舉,而且常常發生意外。

J:談談最糟的一次經驗吧!

提姆:呃……(提姆停頓了兩秒,似乎因為太多事例不知道該講哪一個)…實在太多了,我曾經想要試驗不同的化學反應;以前上學的時候可以在學校取得鉀、鎂……各種你想要的化學物品,學校感覺就一副「來拿吧!拿去吧!」完全都不擔心會發生恐怖行動。我的科學老師幾乎什麼都給我,隨我們高興地實驗,所以我常常燒掉自己的眉毛。還有一次我想在我房間裡用釘子做實彈射擊,然後他就穿透了我房間的磚牆,我就眼睜睜看著它穿透牆壁,傻在那裡。

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J:你有什麼實驗計畫是你一直想做但還沒有真的試過的嗎?

提姆:有一個我很想做做看的計畫,我稱它為「飛天掛勾」(skyhook),我甚至已經把草圖畫好了,你可以抓著它飛在天空上就這樣(提姆伸直左手做出超人飛翔的姿勢)。它最酷的地方是你可以像超人一樣憑空固定在一個沒有任何接著點的掛鈎,要做這個實驗我們需要超導體;當你用液態氮把它的溫度降低到一定的溫度的時候它就會產生磁性,所以我們就像做漢堡一樣,把超大磁鐵放在超導體上,然後降低超導體的溫度,磁鐵就會飛起來,然後我們再讓一個人抓住浮起來的磁鐵,他就會飛在半空中,挂在一個完全懸空的物體上。

但這個實驗非常危險,要是溫度沒有控制好,大磁鐵就會掉下來,然後你就會在大磁鐵和超導體間被夾成肉餅,所以我們到現在都還沒有做這個實驗,但我真的超想做的!

你能想像自己懸掛在巨型磁鐵與超導體之間嗎? photo by ttfnrob
你能想像自己懸掛在巨型磁鐵與超導體之間嗎?photo by ttfnrob

J:假如我下星期要去參加一場派對,我超想讓所有人對我印象深刻,有沒有甚麼可以現學現賣的速成科學表演呢?

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提姆:喔!我要講其中一個我最喜歡的實驗,但它有點危險,你先拿一支點燃的火柴,把它放進微波爐裡再倒扣杯子蓋住,然後啟動微波爐,它開始加熱時候你就會看到火焰飛升到杯子頂端。

J:我看過那一集耶!

提姆:好,那我再教你另一招,你可以把燈泡放到微波爐裡,然後點亮燈泡。

喔,對了!還有一招,你需要一杯威士忌,還有一杯水,還有一個紙杯墊(或者名片)–最好使用shot glass效果比較好。把水倒扣在杯墊上,然後在疊在威士忌的杯子上,小心抽掉杯墊之後你就會看到兩種液體在互換。這只是運用非常簡單的科學原理,但看起來超酷!

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經過了這次的採訪,我們發現原來《街頭科學實驗室》並沒有太過艱深的科學原理,有許多甚至可以應用在在家裡自己試試看,設計實驗的重點其實還是要跳脫思考框架,也可以用相同的科學原理嘗試多種變化,接觸不同領域的知識,並且不斷去試、去玩,或許你也可以設計出令人印象深刻的科學表演喔!(但天馬行空的同時也要注意安全,謹慎地看待科學實驗)

最後想請大家分享一下,無論是在生活中、實驗室或是舞台表演,有看過哪些精彩的科學實驗表演呢?那些表演是不是都偷偷用了相同的科學原理呢?

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羅紹桀
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目前在美國一家數位行銷公司當SEO分析師,特別愛Google的What People Also Ask功能所以還特地開了一個Youtube頻道專門分享各種關鍵字會觸發什麼PAA。 影片皆有中文字幕歡迎訂閱:https://www.youtube.com/channel/UClgRDretD9XNp3ydod8TIlA/videos

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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

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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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《國家地理雜誌》中文版回來了!
PanSci_96
・2013/07/26 ・959字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 503 ・六年級

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文 / PanSci z編

透過頂尖攝影師的鏡頭,《國家地理雜誌》將我們的視野擴展到世界的每個角落,再搭配上精緻的資訊圖表(infographic),讓讀者可以清楚了解這自然世界或者人類科技是如何運作的。去年中文版停刊,不少追求新知的讀者感到可惜,沒想到不到一年,它就回來啦!而且還有符合新時代閱讀習慣的數位版雜誌。

國家地理學會在1888年成立之後,不久就發行了《國家地理雜誌》月刊,2001年在台灣也發行了中文版,可惜在2012年中文版停刊。今年中文版復刊,由大石國際文化出版,正逢國家地理學會成立125週年,除了呈現新風貌(增加電子版雜誌)之外,也會將過去125年累積的影像檔案,精選與台灣歷史及國家地理學會會史有關的影像,舉辦「國家地理125年經典影像大展」

電子版《國家地理雜誌》不受紙本印刷的限制,增加了內文語音功能、影音多媒體、還有可以互動的圖表,使讀者能更了解圖表呈現的資訊。另外,因為沒有版面限制,所以收錄的影像比紙本還多,而且尺寸更大,更能呈現頂尖攝影師鏡頭捕捉的精采瞬間。電子版還有中英對照的功能,很適合想參考原文的讀者使用。iPad版電子雜誌在APP Store 現正免費中,快去下載來體驗看看!

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http://www.youtube.com/watch?v=MU187HvQbtg

創會125年的國家地理協會也累積了不少珍貴影像記錄。大石國際文化的母公司-美國國際數據集團(International Data Group, IDG)的創始合夥人熊曉鴿先生提到,他參觀過國家地理協會的資料庫,裡頭99.9%的資料都未曾公開,還包括很多自1920年代之後,國家地理對台灣社會的影像記錄,連1993年兄弟象總冠軍時彩帶灑下的畫面也收錄在其中,見證了台灣職棒輝煌史。

http://www.youtube.com/watch?v=3bKulc0xrOg

將近一世紀的台灣影像,還有國家地理協會探索世界125年的紀錄,將從9/18起,到11/24,在華山1914文創園區推出「探索無限 – 國家地理125年經典影像大展」,除了展示「阿富汗的綠眼少女」、「勘鐵達尼號海底照」等知名作品之外,還有歷史資料、舊雜誌、動物攝影機等難得一見的展品。

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Z和P搶當封面人物(左)。《國家地理雜誌》中文版復刊創刊號(右)。

硬是要用奇怪的姿勢給中間的黃框女孩露出尷尬的笑容

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