看過三個傻瓜(3 Idiots)的朋友應該有注意到，裡面有一台不同傳統形式的直昇機，是利用四個同時旋轉的葉片來飛行。這種直昇機稱為quadrotor helicopter。相對於傳統的直昇機有不少優點，其中最重要的是把任何這台飛機該有的運動自由度都轉換成四個馬達的轉速，不需要額外的機械仰角控制，所以只要知道該怎麼控制這四個馬達就可以做出很多特殊的動作。
這樣飛機的設計上的重點就由機械設計變成了電腦控制系統為主，以目前的資訊技術跟過剩的運算能力而言，幾乎任何可以做的運動都應該可以經由計算來產生動作出來，實際上也就真的像電影上所看到的，一但控制系統做好，可以輕易作為無人的偵查監視飛機甚至搬運物品。所以很多以前想像中飛行機器人可以做的事情，利用這種設計都可能實現。
這影片是介紹利用程式控制一群這種飛行機器人來做建築的工作，把機械手跟直昇機結合，加上預先設計的結合材料(這裡可能用磁鐵作弊一下)，就可以讓一群飛行機器人在電腦的控制下自動蓋出結構。或許有一天可以利用這種方式在不同地方進行特殊的工程任務。
本文由 建研所 委託，泛科學企劃執行。
根據聯合國統計數據，全球每年 38% 的溫室氣體排放，並非來自道路上的交通工具，而是由「現代都市與建築」所造成的。
我們如今站在兩條路徑的十字路口。一條是依賴更多水泥建築與空調系統來抵禦夏季酷暑，然而這樣的選擇只會加劇室外大氣的惡化。另一條則是徹底改革建築、用電、設計與都市規劃，不僅尋求低碳排放的建築方式，還要找出節能降溫的解決方案，實現事半功倍的效果。
然而，我們是否真的能將建築業的碳排放歸零？
在建築物 60 年的生命週期中，建材的碳足跡其實只佔 9.8%，因為建築一旦完成後，材料不會頻繁更換。相反，日常生活中的用電才是主要的碳排來源，占了 83.4%，其中大部分來自冷氣、照明和各種電器。
當然，讓大家集體關燈停用電器「躺平」來拯救地球，顯然不切實際。既然完全不消耗能源是不可能的，我們應該尋找更現實的解決方案。
現在就來看看全球七棟零碳建築之一——成大的「綠色魔法學校」，臺灣首座淨零建築，如何運用建築技術，成為當代永續建築的典範。這些技巧中，有哪些能應用到你我家中呢？
都市裡，我們最大的挑戰之一就是夏天的高溫，水泥建築群在陽光的烘烤下，變成一個個巨大的窯爐。為了解決這個問題，綠色魔法學校在國際會議廳裝了一個煙囪，不過這不是為了讓窯爐更熱，而是用來降溫的。
煙囪為什麼都都要蓋的那麼高？原來煙囪越高，上下的溫差越大。熱空氣因為密度低而向上移動，產生熱對流。溫差越大，這個熱對流就越強烈，這就是所謂的「煙囪效應」。在要幫室內降溫的情況下，我們的目的是產生更強的煙囪效應，抽走熱空氣，讓室溫下降。但這棟建築裡沒有火爐，而溫差不夠大時，這效應會變得微弱，那該怎麼辦？
浮力通風效應。圖 / 泛科學自製動畫截圖
綠色魔法學校提出了一個大膽的解法：在煙囪南面下半部改裝透明玻璃窗，並將煙囪內部塗成黑色，還加裝了黑色烤漆鋁板，這樣可以最大限度地吸收太陽光。每當艷陽高照，這個不插電的的「自然通風系統」就能自動啟動，創造局部的熱對流，帶動整根煙囪的熱氣向上移動，為室內降溫，達到節能效果。以熱制熱，完全反常識。
實際上，不是人人家裡都有煙囪。但如果建築的高處沒有任何窗戶或通風設備，熱空氣就是會從屋頂一路往下蓄積在室內。因此，你也一定在許多工廠或民宅的屋頂看過一個不斷旋轉的小風扇，它們也是有異曲同工的效用。雖然不是高聳的煙囪，但特殊的渦輪構造，風吹過就會開始轉動，並連帶空氣排出室外。是個不用插電的通風球。
綠色魔法學校的煙囪就是個效能更強的換氣機，足以讓 300 人大型會議廳的換氣次數，高達每小時 5 到 8 次，甚至能在室內颳起風速每秒 0.5 公尺的微風，是最舒適的環境。這些利用熱氣密度的差異來改善室內溫度的方法，又稱為「浮力通風」。
為了把通風貫徹到底，綠色魔法學校在建築的兩面裝設大量窗戶以及吊扇，來讓水平也能通風。這些我們習以為常的裝置，其實才是關鍵。靠吊扇的一點點電力讓自然風可以自由進出，耗費的能源，遠比冷氣還要少得多。
實際上魔法學校內還是找的到空調設備，並不是完全拔除不用。除了選用最高效率的主機，以及把室內循環做到最好以外，降低周遭環境溫度才能減低冷氣的負擔。要降低水泥叢林的熱島效應，需要植被與水體來做溫度調適。
在太陽照射下，水泥屋頂表面最高可以達到攝氏 70 度，如果屋頂有種植植栽，室內頂層樓板的表面溫度就可以維持在攝氏32 度以下。不用開電就先幫室內降溫。
水也是關鍵的一環。一是水的比熱高，想打破水分子之間的氫鍵，需要大量的熱量，要讓一千克水的溫度升高一攝氏度，需要 4,200 焦耳的熱量，這可以避免溫度因為烈陽就快速上升。二是當溫度真的過高，水也會透過蒸發帶走熱量，讓溫度不至於向上飆。
魔法學校的屋頂花園使用水庫淤泥，研磨後燒製成的再生陶粒，裡頭混合了稻穀，結構極細，不會像有機土一樣分解消失，可以涵養水源，還不用動不動補土壤，不只降低屋頂植被的澆水次數，還能達到降溫效果。地面也採用透水鋪面，讓每一滴水都不浪費。
2013 年被英國知名出版社羅德里其評為「世界最綠的建築」，並獲選為聯合國全球七棟零碳建築之一。
除了表彰之外，在認證上也確實取得了臺灣最高等級的「鑽石級綠建築」認證，以及美國最高級的「白金級綠建築」兩個綠建築認證。
為了讓相同的成效可以陸續在全臺的所有建築上實現，臺灣在既有的綠建築標章體系上，擬定出了「建築能效評估系統 BERS」，針對關鍵的空調、照明、插座電器的用電狀況訂出明確的耗電密度指標得分。簡單來說，就是每平方公尺的面積上，每年平均的用電量。
要打造一棟淨零建築，需要設計與材料硬體的相互配合。在日常用電這最大耗能項目上，能透過前面的淨零設計與智慧能源管理來減低能耗。而我們還沒提到的最後一塊拼圖，則是回到建築的建材本身。這部分減碳的方法有很多種，例如將傳統施作工法改為在工廠就完成模組化建材製造的「預鑄工法」，減少現場搭建鷹架、施工的步驟，達成減碳。又或是將部分建材更換為木、竹等負碳建材，甚至使用零廢棄物、能「循環使用」的建材。例如 2018 年亮相的臺中花博荷蘭館、或是 2021 年台糖在沙崙啟用的循環聚落。
沒錯，連全球最綠的建築——綠色魔法學校，也無法做到完全不使用電力。正如前面提到的，建築的最大能源消耗來自日常使用，而這所「魔法學校」的成就，是成功將日常能源消耗降低，讓溫室氣體排放減少超過 50%。
這就是關鍵，減少一半後，剩下的部分就靠周邊的造林、太陽能和風能等綠色能源來補足。
2022 年 3 月，國發會公佈了 2050 淨零排放的路徑圖，參考美國、日本、歐盟等國，制定了 2050 年達成淨零建築的目標。
這條路徑包含兩個核心目標：第一，所有建築物要在建築能效評估系統（BERS）中達到 1 級節能，甚至進一步達到「1+ 級」近零碳建築的標準，減少至少 50% 的能源消耗。第二，同步發展再生能源，讓這些近零碳建築朝淨零邁進。
這個目標比你想像的要容易實現。比如，2023 年 12 月，台達電的瑞光大樓 II 就成功取得了「1+ 級」近零碳建築認證，並符合 0 級淨零建築規範。而在 2024 年 7 月，國泰人壽在臺中烏日的商辦大樓經過改造後，也達到 0 級淨零建築標準。這些案例證明了綠色魔法學校的成功經驗可以複製，不論是新建築還是舊建築，都能達成甚至超越淨零目標。
如果我們不想讓「每個夏天都是未來最涼的一年」這樣的預言成真，碳排歸零是必須要實現的目標。現在你知道，這個任務的關鍵就掌握在你我手中。就像選擇能源標章電器一樣，只要選擇符合 BERS 能效標準的建築，我們不僅能降低冷氣的依賴，也能節省電費，讓地球和你的荷包都雙贏。
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近來寫程式成了一門顯學，歐巴馬在2014年12月8日還現學現寫，用Javascript在螢幕上畫了一個方形色塊，成為第一位寫程式的美國總統。那麼史上第一位程式設計師是誰呢？答案出乎絕大部份人的意料之外：是一位出生於兩百年前的女性──艾妲．勒芙雷斯。
等等，電腦發明尚未超過百年，這怎麼可能呢？這就得從英國發明家查爾斯．巴貝奇（Charles Babbage）說起了。他在1822年設計出一部由齒輪帶動的差分機，可以反覆計算多項式的差值，而反推出函數的近似值，若能用機器取代人力計算，不但能縮短時間還能避免出錯。然而這部機器要用到兩萬多個零件，而且零件須有相當高的精密度，結果耗時十年，只做出完成度只有七分之一的半成品，原本資助此計畫的英國政府終於失去耐心，不願再挹注資金。但巴貝奇的夢想並未因此中止，因為他遇見了艾妲。
艾妲原來的姓氏是拜倫，是的，她就是詩人拜倫的女兒，卻從未見過父親。因為她的母親在她出生沒多久就受不了拜倫的喜怒無常與不負責任，而帶著她離開拜倫了。或許是遺傳到母親的數學天賦，艾妲自小就嶄露數學天份。十七歲時，她在巴貝奇處看到差分機的半成品，當場就被它吸引。她與巴貝奇兩人持續密集地書信往返討論差分機的未來，巴貝奇從中獲得靈感，決定設計更強大的「分析機」。
巴貝奇構想的分析機用蒸氣驅動，可以用打孔紙帶輸入不同程式，還有貯存資料的暫存器，可說是具備了現代電腦的雛型。為了尋求資助，巴貝奇也到歐陸演講宣傳。一位義大利數學家特地寫了篇科學報告，向歐陸的科學家介紹巴貝奇的構想。這份以法文寫成的報告約八千字，艾妲將它翻譯成英文並加上自己的註解，結果成了兩萬字的小書。
就是在這份譯稿中，艾妲為了舉例如何讓分析機解出代表白努利數的無限數列，而一個步驟一個步驟的寫出形成遞迴計算的指令，這些步驟其實就相當於現在的電腦程式。雖然巴貝奇的分析機終因過於龐大複雜而從未製造出來，但艾妲毫無疑義地被公認為寫出第一支電腦程式的先驅。
在那女性不能進大學的時代，艾妲以家庭主婦的身分竟能有此成就，實在難能可貴！只可惜她37歲時就因醫生用放血療法醫治她的子宮頸癌而失血過多死亡。
本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。
