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鳥事:大鳥小鳥,還有牠們的羽毛

Gilver
・2014/08/24 ・5137字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 492 ・五年級

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鳥的眼神百般神韻,純真如雀、尖銳如鷹;鳥的身形人心嚮往,流線型的身體輕盈優雅,強壯的翅膀騰空而飛;鳥的鳴唱,是迴盪密林的餘音繞樑,也可以是敲響農忙的晨鐘。鳥如此迷人,也難怪梁實秋在《鳥》一文直白地以「我愛鳥」開門見山,絲毫不掩飾他對這群靈巧生物的熱愛。

雖然多數人都會欣賞鳥的各種姿態,卻難有餘韻去仔細凝視牠們、觀察牠們的行為。因此,本期微型點子對撞機(M.I.C.)邀請到「台灣猛禽研究會」成立發起人之一的林文宏先生,以及中研院生物多樣性研究中心的黃貞祥研究員,分別從台灣都市與異國森林兩個完全不同的生態界域,為我們揭示那些鳥類令人驚豔的秘密和驚奇。

林文宏:漫談鳥類的生存之道


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林文宏先生參與過20個以上的鳥類調查研究計畫,鍾情於鷹類等猛禽,長年與同好一起關注猛禽的生態和保育,現任「台灣猛禽研究」會刊之主編。今天要來和大家分享他住在都市觀察到的「鳥」生百態,談談這些都市常見鳥類的生存之道。

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看似普通的鳥,其實也不普通!

鳥是很特別的生物,飛翔不但是牠們的拿手,還飛出各種獨門絕活。許多賞鳥人喜愛的游隼,牠的瞬間俯衝速度可達時速三百公里;飛行高度最高的鳥類,能夠拔升一萬公尺、飛越喜馬拉雅山度冬;體型嬌小、動作靈巧的蜂鳥,可以在訪花的時候「定格」在空中;有些鳥是獵魚高手,能夠俯衝至水中捕魚而不弄濕自己。然而,這些精采的鳥事對於台灣的觀眾來說,卻好像都是操著外語的科學頻道播送的畫面。台灣的鳥,尤其是都市裏面的鳥,好像就沒有那麼厲害。真的嗎? 林文宏認為,台灣的鳥看起來很普通,但若是仔細觀察下來,你會發現有些常見鳥的生存之道其實是很有趣的。在這次演講中,林文宏介紹了十二種在台北市都看得到的鳥類,且聽他娓娓道來。

要活得不起眼,也沒那麼容易

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若要列一張都市裡最常見的鳥類清單,麻雀必然是榜上有名。林文宏形容牠們是「不起眼的遜咖,才是超級A咖。」這話怎麼說呢? 麻雀雖然無法飛得快,也不太能瞬間起飛到幾層樓高,卻是都市裡唯一能在人類腳邊啄食的鳥類。牠們的嘴喙使得牠們易於取食穀類,在農業時代即與人類共存,也比較不怕人。不過,在取食的同時,牠們也持續警戒著周遭環境的危險,如果你靠得太近,牠們就會靈巧的拔地而起,飛向四面八方─反正只要比你的頭頂高個兩公尺,你就抓不到啦!

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另一個和麻雀體型相仿的小型鳥類是綠繡眼,林文宏形容牠是「站在尖端的小精靈」。牠只吃小的東西,卻吃個不停。牠的嘴喙細小,只能取食一些比較小的食物,例如花蜜、花粉、小型昆蟲、小蜘蛛等,而環顧整個花園庭院,這些小食物通常都位在最尖端。正因為綠繡眼的輕巧,牠才能活躍於枝梢尖端,取食那些位在其他競爭者不敢踏足之地的小食物。另外,綠繡眼的巢也小小的織在樹枝之間,常在四、五月可以在枝頭末端或人類的陽台上看到。

目中無人的中型鳥類

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俗稱大卷尾的烏秋,體型不大不小,卻連貓狗、甚至天上飛的老鷹都敢修理,有時意外的會成為其他小鳥的守護者。牠的嘴和爪都十分銳利,主要取食昆蟲,也會吃老鼠或其他小鳥。烏秋喜歡把巢築在一些採光良好、視野開闊、沒什麼遮擋的地方,例如電纜或電線桿上明顯的位置。牠不怕迎面而來的挑戰書,反倒比較擔心其他生物的偷襲,例如巢可能會被蛇趁虛而入。

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在都市的河濱常見的鳥類中,喜鵲是體型較大的鳥類,牠沒什麼天敵,喜歡在河濱活動。牠是都市鳥界的豪宅主人,林文宏就曾在內湖拍攝到一個高達1公尺的誇張大巢,好像在宣示地盤一樣。另一種鳥類黑領椋鳥則像是蓋違章建築的怪客,由於都市裡的河濱地區適合築巢的樹較少,競爭激烈,因此牠的築巢地點較為隨便、巢形較為凌亂,甚至曾把巢築在工程車臂上。

時代變了,習慣改了,競爭來了

在農田裡,常見的鳥類之一是牛背鷺。過去農民仍用水牛犁田時,牠們喜歡停在牛背上,吃那些從被牛踩踏的植物間隙遁逃出來的昆蟲。如今進入農機時代,牠們轉而逐「鐵牛」覓食,林文宏說,反正牠們「有牛就是娘」。另一群水鳥像是小白鷺夜鷺等,也隨著都市開發和人為活動改變捕魚的方式,過去牠們都是在水邊和魚塭自己捕魚,但最近牠們開始會尾隨釣客,現場撿食釣客不要的魚,比如朱文錦或吳郭魚之類的。 在台北的河口地區散步,常可以見到在爛泥上優雅漫步的埃及聖鹮。牠們在古埃及文明中是神聖的鳥,被認為可以驅魔;然而在二十幾年前開始出現於台灣各地河口地區,疑似是從動物園裡脫逃,並在野外繁殖、成為外來種。牠們在深深的爛泥地上適應得很好,和本土的河口鳥種(例如白鷺鷥) 競爭棲位和資源。

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同樣類似外來種競爭在地種在都市的案例,便是本土八哥鳥 vs. 外來的三種八哥。本土八哥需要天然的洞穴來繁殖,但外來種喙利用的洞卻很都市化、多樣化,像是紅綠燈上的支撐管中,這種高強的適應能力使得本土的八哥反而敗下陣來,在都市中不易見到。這些外來種八哥包括家八哥爪哇八哥輝椋鳥

城市裡的遠眺者

在人造城市裡,聳立的水泥建築製造了許多制高點,有些猛禽因此遷入都市,成為君臨水泥叢林的城市之鷹。蛇鵰充分利用人造建築的制高優勢,拓寬了牠的獵場;鳳頭蒼鷹獵鳥功夫十分了得,原本住在樹林裡的牠,現在常以公園裡的鴿子、老鼠和松鼠為食。而全世界打獵飛行最快的鳥游隼,是懸崖上的閃電殺手,喜歡以摩天大樓的縫隙作為根據地,並俯衝出去獵食鴿子。 無論是兇猛如鷹、或是平凡如麻雀,其實光是在都市裡找到自己適合的位置、發揮適合自己的生存策略,就是件不容易的事了。林文宏以這句話作結:「對自然界的萬物而言,只要能活著,就是人生勝利組。」

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黃貞祥:鳥羽之美


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黃貞祥研究員(Gene Ng)目前任職於中研院生物多樣性研究中心,長期經營公眾科學議題部落格 The Sky of Gene,也是泛科學的專欄作者之一 ( 發表文章請按此 )。他在中研院李文雄院士的實驗中研究鳥羽多樣性的遺傳基礎,今天帶來的講題則是「鳥羽之美」。

所謂鳥樣,該是什麼樣?

鳥,就長得一臉鳥樣,但鳥該是個什麼樣呢?牠們披羽,有翅膀,有喙、沒有牙齒。在生物學上最嚴謹的定義上,鳥屬於爬蟲類。牠們最近的近親是鱷魚,和其他現生爬蟲類有共同的祖先。

鳥的祖先可能就是披有羽毛的恐龍,像是電影《侏儸紀公園》裡大名鼎鼎的迅猛龍,若和化石證據比對,會發現牠們其實是披著羽毛的。因此,羽毛其實不是鳥類獨有的特徵。

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現今,沒有任何一隻鳥長得像迅猛龍或鱷魚。鳥的祖先經歷了幾場驚奇大演化,讓牠們出現許多有趣的特徵。有些讓牠們變得漂亮,有些讓牠們找到新的生存之道。牠們是地球上分布最廣的脊椎動物,從熱帶雨林到酷寒的南極,都可以是「鳥地方」。 黃貞祥說,公鳥的羽毛通常比母鳥的漂亮。面對登門造訪的眾多求愛者,母鳥的審美標準很高,不需要教育部來教她們何謂美感 (笑)。鳥類多樣性所造就的羽毛能有多華麗?除了我們能想像得到的各種華美斑紋,甚至還能出現3D立體感的驚奇圖案。就算不談及不同種鳥類的鳥羽多樣性,光是同一隻鳥身上羽種之多就夠叫人嘖嘖稱奇,且各具有不同的功能。 黃貞祥說:鳥是藝術家。接下來,他就要帶領聽眾看看幾種鳥類,牠們的羽毛和行為保證讓你瞠目結舌。

華麗至極的鳥羽絕活,都是為了求偶

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馬來西亞、婆羅洲一帶的冠青鸞 (Great argus),在亞洲地區有人叫牠鳳凰。公鳥在求偶時,會把所有華麗的飛羽張開。飛羽上,密布著大大小小如珠的斑紋,更誇張的是它們竟然還有立體感,在光線透射下簡直具有3D效果!但畫面上這隻母鳥似乎有點無動於衷 (笑)。

新幾內亞有42種的天堂鳥,又稱為極樂鳥,牠會以「變身」來博得異性的芳心。新幾內亞的食物豐富,使得雄鳥們有餘韻去布置一個華麗的巢,把心思都花在求偶上。在站上舞台之前,還得先把雜亂的樹枝和碎屑清掉,才能開始展示牠的行為藝術。有的雄鳥比較聰明,會先鳴叫吸引母鳥的注意再開始跳舞,像是影片中這隻華美極樂鳥(Lophorina superba),牠用尾巴開出一個屏幕,好像變形金剛一樣。 華美極樂鳥是新幾內亞所有天堂鳥裡競爭最激烈的,研究發現一隻母鳥必須要從15-20隻公鳥的舞蹈中挑選牠的最佳伴侶。

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另外,有些求偶色,其實存在人眼所能看見的範圍之外。鳥的視覺感官比人類厲害太多,能看見的波長範圍極廣,其中就包括UV光 (紫外線)。Arnold等人於2002年發表的研究中指出,若是在鸚鵡的羽毛上塗上抗紫外光的防曬乳,母鳥的興致就會大為降低,影響交配的機率!

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以羽為弦的鳴響

棲息於南美洲的梅花翅嬌鶲(club-winged manakin)求偶的招數是音樂表演。牠的移動速度非常快,需要用高速攝影機捕捉其身影,要快到1秒500幅攝影才抓得到。康乃爾大學的研究團隊發現,牠所發出的求偶之歌,竟然是來自於飛行羽,震驚了整個學界!梅花翅嬌鶲的聲音是從第五根翅羽撥動第六根,其振動頻率高達每秒100次,類似於小提琴發出弦音的原理。另外,還有一種求偶行為非常酷炫的紅頂嬌鶲(red-capped manakin),甚至還會表演月球漫步

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除了嬌鶲,利用聲音來吸引母鳥青睞的還有蜂鳥。美聲女神蜂鳥(calliope hummingbird)是北美洲體型最小的蜂鳥,身長只有11cm、體重僅有23公克。牠振翅時會發出聲響,在高速攝影機的捕捉下,能夠看到牠每拍幾次翅膀會暫停一次。值得注目的是,牠會飛高20-30公尺,並高速俯衝向下,一面張開尾羽展示,發出特別的聲音吸引母鳥的青睞。在北美洲,蜂鳥的尾羽演化得很快,出現各種特別的尾之鳴唱。不同的蜂鳥尾羽形狀不一,透過風洞實驗和高速攝影機,科學家發現蜂鳥尾羽的振動方式、羽毛構型、頻率、承風角度、羽毛數目都會影響發出的聲響。

貓頭鷹的無聲飛行

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有時候,飛行時會發出聲音是很糟糕的事情,例如說貓頭鷹捕食動物。貓頭鷹的飛羽在迎風面長得像梳子,使得通過飛行羽亂流極小化,頻率低到嚙齒類聽不見。而翅膀較內側部分的羽毛是很蓬鬆的,當作吸音板的功用。以「梳形」降低亂流,以「蓬鬆」吸收噪音,就是貓頭鷹無聲飛行的成功關鍵。 最後,黃貞祥也推薦商周出版的《鳥羽》給大家,在這本書中你將能看到如何見微知著,從鳥羽窺見鳥的生命。

Q&A (節錄)

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Q:都市中是不是能有能讓鳥類棲息的結構? 林文宏:都市鳥類多以椋鳥科為主,例如八哥。除了演講中提到的紅綠燈,所有沒接好的結構都會變成他們的築巢洞。另外,我們偶爾會見到鐵絲、塑膠等材質變成鳥類築巢的素材。Q:鮮明的色彩和形狀會不會讓他增加被捕食的機率? 黃貞祥:「感官偏好」可能使得鳥的求偶色變得多樣化。至於被捕食的機率和求偶色鮮明之間的關係,可以從「好基因理論」(Good genes hypothesis)「不利條件原理」(handicap principle) 去做討論。

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Created with flickr slideshow.

 

【關於 M. I. C.】 M. I. C.(Micro Idea Collider,M. I. C.)微型點子對撞機是 PanSci 定期舉辦的小規模科學聚會,約一個月一場,為便於交流討論,人數設定於三十人上下,活動的主要形式是找兩位來自不同領域的講者,針對同一主題,各自在 14 分鐘內與大家分享相關科學知識或有趣的想法,並讓所有人都能參與討論,加速對撞激盪出好點子。請務必認知:參加者被(推入火坑)邀請成為之後場次講者的機率非常的高!

本場演講由科技部「科普資源整合運用推廣計畫」支持,PanSci泛科學與國家高速網路與計算中心共同舉辦。歡迎大家到科技大觀園閱讀更多科學內容。

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Gilver
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畢業於人人唱衰的生科系,但堅信生命會自己找出路,走過的路都是養份,重要的是過程。

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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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貓咪也會學鳥叫?揭秘貓貓發出「喀喀聲」背後的可能原因
F 編_96
・2024/12/24 ・2480字 ・閱讀時間約 5 分鐘

F 編按:本文編譯自 Live Science

貓是一種神秘而又引人注目的動物,牠們看似深居簡出,但擁有多元的聲音表達:從吸引人類注意的「喵喵叫」,到面對威脅時的「嘶嘶聲」與低沉的「咆哮」。

延伸閱讀:貓咪為什麼總愛對人喵喵叫?看貓如何用聲音征服人類的心

然而,細心的貓奴們可能會注意到,貓有時會對著窗外的鳥兒或屋內小動物玩具,發出一種獨特的「卡卡聲」或「咯咯聲」。這種聲音既像牙齒打顫,又好似一陣陣輕微的顫鳴,卻很難歸類到常見的喵叫或咆哮裡。這種名為「chatter」的行為,究竟在貓的生活中扮演什麼角色?目前科學界尚未對此有定論,但有幾種廣為討論的假說,或許能為我們提供一些思考方向。

卡卡叫:情緒的釋放或表達?

有些貓行為專家推測,貓咪在看到獵物(如窗外的鳥、老鼠)卻無法接近時,會因「欲捕無法」的挫折感或興奮感,發出這種「卡卡聲」。就像人類遇到障礙時,可能會發出抱怨的咕噥聲或乾著急的嘆息聲一樣,貓咪的「喀喀聲」也可能只是把當下的情緒外顯,並非有特別針對人或其他動物的溝通目的。

  • 情緒假說
    • 挫折:當貓看見鳥兒在窗外飛舞卻無法撲殺,內心焦躁,遂用聲音抒發。
    • 興奮:或許貓在準備捕獵時也感到高度亢奮,因此嘴部不自覺抖動並出聲。
貓咪的「喀喀聲」可能源於挫折或興奮情緒,表達捕獵受阻的內在反應。圖/envato

要在科學上驗證「情緒假說」並不容易,因為需要同時測量貓咪行為和生理指標。例如,研究人員可能需要測量貓咪在卡卡叫時的壓力荷爾蒙變化,才能確認牠們究竟是帶著正面興奮,或是負面挫折的情緒。不過,由於貓的獨立特質,實驗設計往往困難重重,樣本量要足夠也不容易,所以至今沒有定論。

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增強嗅覺?貓咪的「第二鼻子」

另一種說法則認為,貓咪發出「卡卡聲」時,可能同時開啟了其位於口腔上顎的「犁鼻器」(vomeronasal organ),也稱作「賈氏器官(Jacobson’s organ)」。這個感知器官能捕捉一般鼻腔聞不到的化學分子,如費洛蒙或特定氣味分子,因此對貓的求偶、社交和獵捕行為都非常重要。

  • 嗅覺假說
    • 張口呼吸:如果貓咪一邊「咯咯咯」地開合上下顎,可能在嘗試讓空氣(及其中所含的氣味分子)進入犁鼻器。
    • 蒐集更多環境資訊:在確定下手前,更完整的嗅覺分析或能提高牠們獵捕成功率,或是幫助判斷環境中是否有其他潛在威脅或機會。

然而,要科學驗證「增強嗅覺假說」同樣不簡單。研究人員不僅要觀察貓咪在卡卡叫時的行為,也需要測量牠們是否真的打開了更大的氣道,並在那個同時有效使用犁鼻器。這些行為與生理測量都必須在相對可控卻又不影響貓自由行動的實驗環境中進行,實務上難度頗高。

聲音模仿:貓咪的「偽鳥叫」?

貓咪的「卡卡聲」或許是為了模仿獵物的聲音,讓獵物降低警戒。圖/envato

第三種最有趣也最具「野性色彩」的假說,是「模仿獵物聲音」。在野外,一些中南美洲的小型貓科動物(例如:長尾虎貓,又稱美洲豹貓或瑪家貓,Margay)曾被觀察到,在捕獵小猴群時,發出類似猴子叫聲的音調;有些當地原住民族群也傳說,叢林裡的某些捕食者會模仿目標獵物的聲音來誘捕。由此推測,家貓看到鳥兒時發出的「卡卡聲」,可能包含些微模仿鳥兒啁啾的元素,試圖降低獵物警戒或甚至吸引獵物靠近。

  • 模仿假說
    • 案例參考:野生貓科動物曾出現學習或偽裝聲音的紀錄。
    • 家貓可能繼承的行為:家貓的祖先——北非野貓(African wildcat)及其他小型貓科物種,是否具備聲音模仿能力?這在生物演化研究上仍是未解之謎。
    • 缺乏大規模觀察:由於小型野生貓科動物研究資料有限,且家貓實驗更不易做大樣本長期追蹤,最終導致此理論尚未獲得廣泛實證。

貓咪行為研究的挑戰:野性祖先的重要性

探討貓咪行為,常常需要回溯至野生祖先的棲地環境。家貓(Felis catus)普遍被認為源自北非野貓(Felis lybica),然而,野貓習性的研究本就不多,尤其是關於聲音與捕獵策略更是資料有限。我們想知道「為什麼家貓會卡卡叫」,首先要確定:「牠們的野性祖先或其他小型貓科,也有同樣的行為嗎?」若有,家貓則可能繼承自古老基因;若無,則可能是家貓在與人類共處的環境中演化出的新行為。

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如果要探查家貓「卡卡叫」的原因,還需要了解其祖先或其他小型貓科是否具有類似行為。圖/envato

再者,貓在實驗室中的「不可控」因素相當多。貓不像狗般樂於服從人類指令,常有自己的規律與個性。要在實驗情境下穩定地誘發貓的「卡卡叫」行為、同時檢測牠們的生理和心理反應,並確保每隻貓的個體差異都被考慮到,這些都對研究團隊是極大考驗。

對於許多貓奴來說,貓咪坐在窗邊,一邊盯著外頭的鳥兒或松鼠,一邊發出獨特的「卡卡聲」,是一幕既可愛又神祕的風景。究竟牠們是在抒發情緒、強化嗅覺、抑或真的在「假扮鳥叫」以誘捕獵物?目前沒有確切的答案。然而,也正因為這層未知,貓貓才更顯得迷人。

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F 編_96
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一個不小心闖入霍格華茲(科普)的麻瓜(文組).原泛科學編輯.現任家庭小精靈,至今仍潛伏在魔法世界中💃

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誠實面對人類參與的「自然」——太田欽也專訪
顯微觀點_96
・2024/07/11 ・3235字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文轉載自顯微觀點

斑馬魚是最知名的模式生物之一,其基因、型態與發育深受了解,並用於探討深度同源等重要演化生物學問題。但也有科學家提出,演化生物學該持續隨環境演進,並嘗試以新的實驗物種——金魚——探討人類世(Anthropocene)環境下的生物演化。

育種歷史與基因巧合 奠定金魚的演化生物學價值

例如有千年馴化歷史、型態千變萬化的金魚,就相當適合探討人類因素與生物型態演化的關聯。

中研院細生所派駐臨海研究站的演化與發育生物學家太田欽也指出,斑馬魚與金魚兩者的胚胎都可以透過顯微鏡仔細觀察,相對於受精一年後才成熟的金魚,斑馬魚有成熟較快,基因組較為單純等優點,也具備許多現成基因研究工具。

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但斑馬品系間仍以其生理機能與基因為主要差別,對型態差異的演化並未那麼明顯。因為,科學家為了操作基因與細胞特徵而培育斑馬魚,使不同品系的差異大多來自目標明確的基因工程。

金魚型態演化圖。Courtesy of Kinya Ota and Gembu Abe

而金魚的型態變異,則完全來自飼養者對型態的偏好和育種,蘊藏更多元的型態變化與發育差異。其悠長的馴養歷史以及更古老的基因重複(Gene Duplication)機遇,使其值得成為演化發育生物學的新模式生物。研究器材和方法上的調整,則是生物學家展現才智的機會。

太田欽也舉例,「一般的解剖顯微鏡工作距離適合觀察和操作斑馬魚,但是經過我們自己的創意,也改裝出可以對金魚進行顯微手術的器具和適合拍攝的大型解剖顯微鏡。設備上的差異並不難克服。」

金魚胚胎的發育生物學優勢

太田欽也說,現代生物學家以果蠅和微生物育種進行遺傳與演化實驗,擴大時間維度來看,千年來金魚愛好者挑選、強化金魚外觀特徵的過程,可以比擬長時間的人擇實驗。

金魚不僅適合用來觀察人擇壓力如何影響成年生物的型態。太田欽也更想進一步探索,從胚胎階段的差異進行選擇,是否可能改變生物的型態。

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太田欽也提到,人工育種對發育與型態的影響力也展現在其他物種上,例如家犬與鴿子也被培育出許多特殊表型。但是哺乳動物和鳥類的胚胎觀察不易,需要相當高的技術與成本。

相對於動物子宮與鳥類蛋殼內的胚胎,在透明卵囊中發育的半透明金魚胚胎,就是非常容易觀察的研究對象。只要有恰當的複式顯微鏡、解剖顯微鏡和顯微手術能力,金魚的胚胎從受精到孵化都可以全程順利紀錄,而且每次繁殖可以蒐集到上百筆資料。

現代顯微攝影技術搭配容易觀察的金魚胚胎,讓太田欽也可以拍攝清晰影片,在網路上生動地分享發育生物學知識。攝影:楊雅棠

自製影片 盼演化生物學跨過學院圍牆

除了將金魚研究成果發表在 Nature 等科學期刊,太田欽也同時努力當起「Youtuber」。他希望能將演化發育生物學、金魚飼育經驗、臨海研究站的學術特色,甚至是宜蘭的風光,透過網路傳達給大眾。

武漢肺炎導致的漫長隔離,是他學習影音製作的契機。最初他在百無聊賴之下看了大量影片,後來逐漸萌發「我也要拍自己的題材!」的企圖心。開始搜尋拍攝、後製、配樂等網路教學,在隔離的單人房中逐漸進步。

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太田欽也說,拍攝影片最重要的動機是「分享」。他解釋,「科學的頻道不管累積再多追蹤者,例如數十萬人追蹤的 Nature, Science, 觀眾也以科學領域工作者為主。現代知識逐漸朝向『專家』與『外人』的兩極化狀態發展,我不喜歡這樣的社會。」

如同他推進學術研究的方法,他也透過自學、自己組裝基礎設備如空拍機、手機等,在節省開支的情況下拍出了中研院同僚為之驚艷的影片。

太田欽也為臨海研究站拍攝的簡介影片,基本款空拍機呈現了頭城的舒暢美景。

在早已開始的人類世 何謂自然?

太田欽也熱衷以空拍影片介紹宜蘭的郊野與人文,但他對主流輿論的「自然環境」內涵存疑,他認為「自然」早已被人類行為大幅改變。自從農業擴張、工業革命發生,人類對環境與生物的改變程度早已無法恢復「自然原貌」。

他以金魚的馴化過程為例,從宋朝開始的愛好者,透過育種極力凸顯特殊形態,從沒有背鰭的「蛋種」,到眼周水泡足以遮蔽視線的「水泡眼」。都不是基於適應「自然」而進行的育種。

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太田欽也強調,「如果是宋朝或明朝人有今天的生物學工具,以他們的追求珍奇的育種態度,一定會用 CRISPR 編輯金魚基因,製造出更奇特的變異型態。」

他說,這樣的行為會在現代科學圈與社會輿論上遭到反對,「認為動物被修改基因、型態變異很可憐」,但人類採用動物進行藥物實驗或經濟用途時,也並未優先考慮「自然原則」。

太田欽也反問,「若是透過基因編輯技術將金魚修改回類似野生鯽魚的型態,更適應野外環境,這樣算是自然或不自然呢?」

建立科技倫理 而非堅守「自然」想像

他指出,金魚的馴化與育種反映著東亞社會的自然觀念,不同於西方基督教倫理的「人統御、保護自然」意識形態。可以促進人們反思,人類也身在其中的「自然」的標準是什麼?而非執著於保護想像中的自然「原狀」。

太田欽也強調,「本質化『自然』、建構一個保守不變的形象,不會幫助人們了解生物學。」

他認為,宋朝人、明朝人的自然觀念與今日不同;甚至現代人常引用的「道法自然」倡議者老子,他所提倡的自然,與現代許多人想像、意圖恢復的也是不同的自然。

背鰭退化、尾鰭倍增的蛋種雙尾金魚,是古代貴族最青眼有加的奇特型態之一。作者:清 馬文麟 來源:國立故宮博物院

太田欽也建言,科學地面對人類因素影響世界各地生態的現實、建立基因科技的社會倫理與規範,都是比恢復建構出的「自然」意象更重要的生物學議題。

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來自日本和歌山縣鄉間的太田欽也說,長期駐守宜蘭頭城的臨海研究站不僅是因為設施與職位,也是因為此處環境與故鄉有幾分神似。

「但我不會說這兩個地方都很『自然』,在人們對我說『這裡很自然!』的時候。」太田欽也無奈地笑說,「想到周遭可以釣起吳郭魚的溪流、被整治疏濬成田園的原洪氾濕地,反而會讓我很疑惑彼此對『自然』的共識。」

1995 年諾貝爾化學獎得主克魯岑(Paul Crutzen)指出,現代已是由人類行為影響地質特性的人類世。此概念引起地質科學界激烈討論,從新石器時代、工業革命到核彈試爆頻繁的 1960 年代都有學者認為是人類世的開端。

最後由國際地層委員會的人類世工作小組投票決定,視第二次世界大戰後、人口與人類活動高速成長的20世紀中葉為人類世起點。

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參考資料

  1. Li IJ, Lee SH, Abe G, Ota KG. Embryonic and postembryonic development of the ornamental twin-tail goldfish. Dev Dyn. 2019 Apr;248(4):251-283.
  2. Abe G, Lee SH, Chang M, Liu SC, Tsai HY, Ota KG. The origin of the bifurcated axial skeletal system in the twin-tail goldfish. Nat Commun. 2014 Feb 25;5:3360.
  3. 太田欽也實驗室
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