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2014全國中小學機器人大賽暨WRO國際奧林匹克機器人全國總決賽

馥林文化_96
・2014/11/25 ・7720字 ・閱讀時間約 16 分鐘 ・SR值 565 ・九年級
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採訪、攝影/劉珈均、郭有迪

WRO(World Robot Olympiad)國際奧林匹克機器人大賽舉辦邁入第十一年,今年臺灣總決賽於高雄義守大學舉行,經過9月14、15日兩天比試,共有14組競賽組隊伍、5組足球賽隊伍、6組創意賽隊伍取得晉級國際賽資格。今年的WRO世界賽由太空科技強國俄羅斯主辦,主題訂為「機器人與太空」。大專組機器人必須深諳如何為「火星礦物」分類,中小學競賽分組拼湊「火箭」、撤換「太陽能板」、清掃軌道上的「太空垃圾」;創意賽則讓選手們自由發想專題,讓機器人成為太空人好幫手,協助太空任務。

競賽組

國小組 火箭

人造衛星、太空梭、探測船等皆需火箭之力才能前往太空,火箭發明至今尚未滿一世紀,已幫助人類完成登月、探索太陽系行星等重大任務,大大拓展人類宇宙觀。

在火箭發射前,必須先將火箭從廠房運到發射區組裝、疏散人員,並將火箭升至近垂直角度──這正是國小組的機器人任務。機器人要出發蒐集做為火箭結構體的三塊積木,按照俄羅斯國旗顏色白、藍、紅順序組裝成一大塊,在發射臺區的斜坡升起積木火箭,並疏散四周人員,一同回到安全區。

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機器人按照俄羅斯國旗顏色白、藍、紅順序排放,將火箭推向發射架後立起。

大部分機器人是一次一塊,來回幾趟依序將三塊積木運到發射區前排列成直線,再一次推上發射臺、啟動機關讓火箭結構體升起。選手們的策略大致差不多,場上常見的問題是機器人構造撞到場地、碰歪積木,或程式出錯導致機器人抵著牆空轉。

冠軍隊伍「E顆火龍果」屬於少數採行不同策略的隊伍,機器人出發後在場上遊走,一次便夾帶了所有積木,蒐集於機器人身側再推到發射臺上,觸發棘輪讓發射臺升起。此方法能減少一些不必要路線,「E顆火龍果」最後以1分8秒的時間順暢完成任務。隊員吳柏陞、鄧皓銘、方宥鈞從6月開始便反覆不斷練習、集訓到晚上,隊員們年紀雖小,接觸機器人資歷最深的已有七年。

國際賽晉級名單

名次 學校 隊伍名稱 成員
1 高雄縣陽明國小/民權國小/岡山國小 E顆火龍果 吳柏陞、鄧皓銘、方宥鈞
2 新北市私立裕德雙語小學/古亭國小/重慶國小 火箭隊 張嘉翔、余品劭、辜冠霖
3 新北市莒光國小 對不 王慎禧、何宸瑋、范閎凱
佳作 臺南市信義國小 White tornado 吳佩穎、鍾佳晉、曾紹剛

 國中組 人造衛星

太空垃圾(Space Debris)是繞著地球軌道的無用人造物體,小至人造衛星的碎片、零件,大至發射後拋棄的火箭結構,目前已有超過五千噸的太空垃圾散落在兩千公里外的地球軌道上,這些高速運行的碎片可能會撞擊、損害正常衛星與國際太空站。國中組競賽的任務便是清除軌道上失靈的衛星,還給正常衛星一條乾淨的軌道。

競賽場地看起來就像原子模型,黑色與綠色的橢圓軌道交叉,圍繞位於中心的地球。做為「人造垃圾場衛星」的白色紙筒沿著黑色軌道移動運行,綠色軌道則散布著4顆紅球(損壞的人造衛星)、2顆藍球(正常衛星)、2塊積木(太空垃圾)。機器人從地球出發後,先到綠色軌道上蒐集紅球與積木,再切換軌道「倒垃圾」。

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機器人預備從地球出發,先到綠色軌道上蒐集紅球與積木,再切換軌道「倒垃圾」。

有時候機器人碰撞到球,球便會像撞球一樣將其他物件撞開,一起在太空漂流;白色紙筒則是在過程中持續移動。大部分機器人蒐集完紅球與積木後會跨越至黑軌道停下等待,等紙筒從後面追上再傾倒。有些機器人時間估算恰到好處,穿越軌道後便攔截到垃圾場,但不少機器人因過程不順而延誤時間,跨越軌道前一秒紙筒才剛經過,機器人便得等紙筒走完一圈才能繼續。

機器人多使用夾爪夾取物件,夾爪在前方的機器人,多須停頓感測球的顏色、後退、往前夾球再繼續行走;夾爪在後方的機器人則正好利用行進的時間讀取,決定是否夾起遇到的物件,省去感測與後退的重複,相對順暢許多。國中組冠軍「e臺LEXUS」便是採用後者構造。

現場公布的臨時規則(Surprise Rule)是讓白色紙筒後方多拖曳一塊黑色方塊,若機器人推開了黑色積木就加分。不過,教練蔡德暐表示,基於策略考量,幾乎沒有隊伍執行。這是因為難以準確地推估行進中垃圾場位置,從後方追上的變數會較大。

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冠軍隊伍「e臺LEXUS」成員林珈禧、郭駿浩、洪為霖。

國際賽晉級名單

名次 學校 隊伍名稱 成員
1 高雄市瑞祥國中/左營國中/五甲國中 e臺LEXUS 林珈禧、郭駿浩、洪為霖
2 臺南市德光中學/永仁國中/建興國中 黑化肥發灰會揮發 張雅婷、姚昱志、吳長城
3 新北市恆毅中學 快樂馬 王昱淳、宋汶翰、陳威廷
佳作 臺中市崇倫國中 崇心啟動 溫梓傑、黃靖涵、賴俊霖

高中職組 太空站

國際太空站(International Space Station,ISS)是一個運行於近地軌道的設施,約兩個足球場大,太空人在這裡進行許多無重力研究實驗。自從2011年美國太空總署的亞特蘭提斯號(Atlantis)太空梭退休後,現今要前往ISS只能透過俄羅斯的聯盟號飛船。

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高中職組機器人的任務為檢修「太陽能板」,機器人從基地經通道到太空區域,檢查9組積木,將損壞的太陽能板(黑色積木)帶回出發區域,並以正常的彩色積木替換,閒置的太陽能板擺放方向反了180度,機器人也要調整其方向。以轉軸旋轉積木會受限於機器人下方空間,不能碰地,且夾取的點必須非常精準;因此多數機器人夾住積木後整體轉180度,這比用旋鈕機關轉動積木來得順暢、不易出錯。

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機器人正在180度調整「閒置太陽能板」至正確方向。

在競賽場上,臺中市西苑高中的「很盟對不隊」表現相當突出,以滿分拿下冠軍。隊員們都是「未來工程數位研究社」社團成員,這臺機器人是從4月起社團30幾人共同投入討論、參考他校機型,並持續設計改良的成果。成員周炫佐表示:機器人的重心構造與程式要同時設計,否則可能在執行動作時不穩或打滑。該隊的機器人有個像彈匣一樣的特別構造,可夾取正常積木,挪出別的空位存放黑積木。

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第一名隊伍「很盟對不隊」的機器人,中間藏著特別的「彈匣」構造。

相較於有的機器人「一次只解決一種問題」,路徑迂迴重複的方式,「很盟對不隊」尋求最短路徑以節省時間。進入通道前先攜帶正常積木,加上構造設計,在巡視場上9個擺放積木位置時,也能同時更換黑積木、修正閒置太陽能板,一趟就完成任務,帶著黑積木回到出發點。

「我們很期待去俄羅斯比國際賽!」社團創立才短短三年時間,已拿過好幾個科學競賽前三名獎項。社團指導老師賴怡旬說,接下來團隊會一邊募款,一邊努力準備站上俄羅斯國際賽舞臺。

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國際賽晉級名單

名次 學校 隊伍名稱 成員
1 臺中市西苑高中 很盟對不隊 王敬佑、周炫佐、陳仕林
2 基隆市基隆高中 飛帆艦隊 黃品傑、余俊德、劉昱岷
3 新北市私立淡江高中 淡江巴拉布 黃健碩、謝沛恆、洪佩君
佳作 新北市東海高中 南極圈KExE 謝佳霖、林子勛、蔡文傑

大專組

大專組比賽場地上,機器人忙碌的走來走去,3個小基地各有5~6顆紅球、藍球夾雜排列,機器人必須設法讓藍基地只剩下紅球、橘基地只有藍球、紫基地沒有球,而唯一的黃球則要特別挑出另外放置到場中,機器人完成分類後走到終點停下,才算是完成整個任務。

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大專組場地上,機器人忙碌穿梭各基地,將球分類、配送到指定位置。
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機器人正在篩選,設法讓藍基地只剩下紅球。

選手事前並不知道球的顏色分布,要如何制定路線與分類策略呢?面對未知的情況,中興大學隊伍「CTC」設想球的顏色排列組合有27種情況,有些排列順序不同但顏色分布相同的情形可視為同一種,進而簡化成約16種。八強賽前是積分賽,依任務完成情況與花費時間計算,機器人須在球的分類精準度與時間耗費之間拿捏,考量得分規則來擬定策略。嚴謹的策略分析讓「CTC」以859分名列第一進入八強賽,可惜後來因程式失誤而未晉級四強。

大專組前三名都由虎尾科技大學的隊伍囊括。第一名隊伍「A.V.R.」成員沈建均說,他們不考慮時間,因為測試後發現時間差距不會超過10秒,對得分影響有限。在晉級八強賽的得分排名中,虎尾科大的四支隊伍也分別以839、823、791、650的分數緊接中興大學之後。

不少機器人配備地磁感測器,不過「地磁太敏感了,每個小時測量值都不同,前兩天太陽風暴也會影響它。」團隊成員王若庭解釋,今年團隊改用兩顆光感測器感測地上的線。王若庭表示:季節、天氣都會影響地磁感測,一時電流不穩也有可能讓機器人暴衝。由於地磁感測的敏感度過高,因此多數機器人都像好奇號一樣有長長的「脖子」,將地磁感測器裝得高一點,以遠離馬達電池等裝置。

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虎尾科大的實驗室此次的四款機器人各有不同策略、路徑與程式。其中「A.V.R.」著重於球的分類精準度,沈建均說「A.V.R.」只考慮兩種情況:「要這顆球或不要。」機器人有個十字結構,視感測結果讓球滾回基地或保留在機器人身上。「A.V.R.」的路線也讓機器人節約路徑,節省重複奔波的時間。

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第一名隊伍「A.V.R.」,由左至右為沈建均、王若庭、黃健祐。

國際賽晉級名單

名次 學校 隊伍名稱 成員
1 雲林縣虎尾科技大學 A.V.R. 王若庭、沈建均、黃健祐
2 雲林縣虎尾科技大學 N.M.C. 盧毅民、張絲語、林煒祥

足球賽

足球賽中,每隊都會各準備一臺攻擊機器人與防守機器人,場上會有一顆特製的紅外線足球,場地也有特別的分隔顏色,可以清楚地看出禁區與出界範圍。比賽分為分為上下兩場單淘汰賽,在比賽前有5分鐘的調整時間,可以在比賽桌上進行場地設定與練習。比賽途中機器人若需要離場進行設定調整或是維護的話,必須滿1分鐘後才可入場,這項規定對整場比賽的風向影響很大。

比賽一開始是由兩隊選手進行手動啟動,之後就完全交給攻擊機器人自主進行找球、持球、進攻、閃避和射門等動作。若是雙方機器人僵持不下而導致機器人卡住時,裁判會把兩方機器人分開一段距離。當球滾到界外時,裁判會把球放置到離場中最近的直線距離內,這時候會看到雙方的攻擊機器人以非常快的速度去搶到球的控制權,現場氣氛緊張刺激。防守機器人會一直盯著球不放,其負責的任務就是防止對方射門,也需要特別防止「烏龍球」(不小心踢進己方球門)的發生。在最後計分時如果是平手,「烏龍球」就會是改變勝負的一大關鍵。

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魔法隊獨特的背後開球。

本次四強賽中,有遠從花蓮縣來參賽的「我愛黃海龜」,和臺南市的「我愛第一」,另外兩個隊伍則是同樣都來自臺中的「魔法隊」和「Legend隊」,每個隊伍都有自己一套獨特的進攻方法與戰略。冠亞軍賽為臺中市的同鄉大對決,最後「Legend」使用了特別修改後的程式與穩扎穩打的戰略擊敗了「魔法隊」,奪得冠軍寶座。

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「魔法隊」雖然屈居第二,但他們的作戰策略非常令人耳目一新。他們以獨特的背後開球讓人留下強烈印象,賽後詢問了解後,原來這是前幾屆WRO 的規定,負責攻擊機器人的選手為了程式邏輯上的習慣,決定承襲之前的開場方式。攻擊手的進球方式也非常特殊,在八強與四強賽中,他們採用持球到球門正前方再把球射入的方式來作戰。不過在四強賽中曾發生攻擊手不小心被關機的突發狀況,導致攻擊手必須離場重新啟動。

冠軍和亞軍都使用到NXT和新的EV3主控制器,為了因應各種突發狀態,機構都有方便現場臨時更改的設計;電池的部分也都會準備兩顆電池,防止沒電。「Legend」的成員賽前都在學校練習到晚上,也常和各校舉辦友誼賽累積經驗。雖然他們已經連續比賽兩天,忍不住透露出疲勞的神情,但還是非常熱情地分享奪冠的方式,與自己對足球機器人的獨特見解。他們也表示:平常練習機器人足球時最主要是以交朋友的心情進行友誼賽,互相交流增進雙方的實力,撰寫程式時也可以增加自己的邏輯思考能力。他們也期待在國際賽中,臺灣機器人可以打進全世界前五名。

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雙方攻擊機器人在球門前對峙,氣氛緊張。

國際賽晉級名單

名次 學校 隊伍名稱 成員
1 臺中市立中平國中 Legend 廖偉勝、林弘軒
2 臺中市臺中高工/崇倫國中 魔法隊 陳旻暄、莊勝傑、林承謙
3 花蓮縣國風國中/慈濟附中國中部 我愛黃海龜 陳子濬、鍾安、葉品豐

 

佳作 臺南市大灣高中國中部/崇明國中 我愛第一 葉貴煌、蔣沅均、朱芳霆
佳作 苗栗縣苗栗農工/竹南國中 我不是光頭 張景程、廖家問、韓志昀

創意賽

今年的大賽主題為「機器人與太空」,留給各個參賽隊伍非常廣闊的想像空間,參賽者必須發揮想像力與創造力,思考機器人要如何幫助人類征服充滿未知的外太空。

創意賽採取評審計分制,評分項目有:研究計劃、程式、機器人設計、報告呈現、團隊表現等項目。各個隊伍都分配到一個攤位,並將攤位設計得別出心裁。有隊伍把攤位製作成火星地表;有隊伍把攤位的上空遮蓋住,模擬在太空的情景;也有隊伍使用投影機表現出星空的感覺,創意無限。有些隊伍就連服裝都經過精心設計與製作,正是為了想讓來參觀的民眾與評審能夠更加融入情景。以下將介紹在創意賽國中組中,令筆者印象深刻的幾個參賽隊伍。

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創意賽著重展示與發表,參賽者無一不精心布置攤位,並附上詳盡說明。

來自高雄市的「英明龍華聯合隊」是場中罕見地採用3D 角度在地球上模擬太空環境的隊伍之一,他們的維修機器人可以在白色圓桶(太空站)上移動,卻不會因為地心引力而墜落。其中的原因是他們採用了磁鐵,讓機器人可以吸附在鐵桶上而抵抗地心引力。在照片中,鐵桶上的機器人可以靈活的向任何方向移動,上面還裝置了電動起子,模擬在太空中修理的過程,臨場感十足;下方的機器人雖然只能進行圓形運動,但是其手臂卻可以延伸出去,模擬太空站和太空梭接合,讓參觀民眾嘖嘖稱奇,也順利取得晉級資格。

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「英明龍華聯合隊」的機器人藉由磁鐵的吸力,自由地在白色圓桶上移動。

來自桃園的「旅行者0 號」隊把機器人製作成穿戴式裝置,讓機器人與人類結合。其作用並不是增加力量,而是用來訓練人類的肌力,防止人類在無重力空間停留太久,導致降落在地球時發生肌力不足、無力行走等情形。這臺機器人的使用方式是安裝在身上幫助人類運動,讓人類可以在太空站內部藉由裝置訓練肌力。主講者自己親身示範的樣子十分醒目,讓參觀者都特別駐足聆聽。

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「旅行者0 號」製作出與人類結合的穿戴式機器人。

來自高雄市的「CS 特勤隊」,主題大綱是防護地球的安全。他們不只使用製作好的模組,也把物理課上所學到的知識加入到專題中,成功地靈活運用所學,自行組裝出電磁炮與雷射。雷射的功率可以把氣球射破,因此使用氣球來模擬隕石,電磁炮則模擬太空中負責銷毀垃圾的發射器,把垃圾從地球向外太空射出,讓垃圾自行燒毀。其中電磁炮的電源供應使用了大量的電容與電池,看起來十分有震撼力。

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「CS 特勤隊」的電磁砲主機。

來自新竹縣的「S.K.C」在攤位上建構了一個黑盒子,還有一個充滿程式碼的螢幕,非常有科技感。團隊成員表示螢幕中的程式是自行撰寫的,將樂高與電腦軟體結合,目的是想要模擬飛行背包的飛行。在地球上因為有地心引力,要靈活地飛行並不簡單;為了解決這個問題,他們建構了一個可以靈活運動的機構,並且在盒子中架設攝影機,用場外的螢幕將相機所照射到的景象播放出來。在移動機構方面則採用了齒輪組,降低移動的速度,模擬在太空中獨自飛行所感受的緩慢景象感變。這並不是要製作出一個可以符合現實環境時速的機構,而是從參觀者的角度去設計這個模擬器,可說是匠心獨具。最後他們也因為這個細膩的巧思而如願拿下冠軍。

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「S.K.C」的模擬飛行背包從參觀者的角度出發,模擬太空飛行的感受。

國際賽晉級名單

名次 學校 隊伍名稱 成員
1 新竹市光武國中/虎林國中 S.K.C 陳懷平、蘇柏瑄、郭宥成
2 高雄市英明國中/龍華國中 英明龍華聯合隊 涂光毅、紀聖堯

除了上述的國中組外,創意賽國小組由桃園成功國小「奇幻隊」與來自花蓮的「隨星所欲」隊取得國際賽資格。成功國小一直以來都是WRO競賽的常勝軍,過去已代表臺灣參加過多次WRO國際賽事,本次則以「探測小行星——挖礦尋資源」為主題奪冠,創下六連霸的紀錄。

國際賽晉級名單

名次 學校 隊伍名稱 成員
1 桃園成功國小 奇幻隊 黃渝桓、朱彥亭、黃信融
2 花蓮東華實小/慈濟附中小學部 隨星所欲 顧懷允、顧崇懷、王子承

創意賽高中組脫穎而出的是來自新北市的「馬首是瞻」隊與臺中市的「G1」隊。「G1」以「太空拓荒計劃」為主題,製作出可在火星上放下植栽室的植栽車。其概念是利用植物的生長來改善火星上的氣體,並提供充足的食物供未來移民使用。車子的前方裝上了影像鏡頭,可透過電腦螢幕看到行駛畫面;另外,也裝上了土壤濕度感測器與溫度感測器,用來尋找適合植物生長的環境。植栽室的部分設計成可自行運作的狀態,安裝了太陽能板與光源感測器,光值偏低時可切換為使用蓄電池供電的模式,並利用土壤濕度感測器感測是否需要澆水。面面俱到的想法使他們從眾多選手中獲得評審青睞,順利得到冠軍。

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「G1」隊向評審介紹他們所構思的「太空拓荒計劃」。

國際賽晉級名單

名次 學校 隊伍名稱 成員
1 臺中市臺中高工/馬禮遜美國學校 G1 林庭宇、林祐正、李泓寬
2 新北市恆毅中學 馬首是瞻 羅冠博、顏緯婷、吳柏毅

總結

在本次的WRO全國總決賽中,不但看見許多別具巧思的作品,也讓我們進一步探索了太空科技的可能性。雖然有些專題乍看之下可能會覺得「這有可能實現嗎?是不是有點太理想化了?」但在科學技術突飛猛進的現代,任何創新的想法都有可能成為前進的助力。而在臺灣,實際上也有許多人正在為發展本國的太空科技而努力著(如前面專訪中所提到的ARRC火箭隊),希望每次的比賽都能播下一顆顆會在未來發芽的種子,推動臺灣的科學產業;同時,也期望臺灣代表隊能在俄羅斯國際大賽中取得佳績,讓世界看見我們的機器人實力。

比賽成績公布

http://www.era.org.tw/main/news/

 

文章原文刊載於《ROBOCON》國際中文版2014/11月號

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文章難易度
馥林文化_96
54 篇文章 ・ 5 位粉絲
馥林文化是由泰電電業股份有限公司於2002年成立的出版部門,有鑒於21世紀將是數位、科技、人文融合互動的世代,馥林亦出版科技機械類雜誌及相關書籍。馥林文化出版書籍http://www.fullon.com.tw/

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LDL-C 正常仍中風?揭開心血管疾病的隱形殺手 L5
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/06/20 ・3659字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文與 美商德州博藝社科技 HEART 合作,泛科學企劃執行。

提到台灣令人焦慮的交通,多數人會想到都市裡的壅塞車潮,但真正致命的「塞車」,其實正悄悄發生在我們體內的動脈之中。

這場無聲的危機,主角是被稱為「壞膽固醇」的低密度脂蛋白( Low-Density Lipoprotein,簡稱 LDL )。它原本是血液中運送膽固醇的貨車角色,但當 LDL 顆粒數量失控,卻會開始在血管壁上「違規堆積」,讓「生命幹道」的血管日益狹窄,進而引發心肌梗塞或腦中風等嚴重後果。

科學家們還發現一個令人困惑的現象:即使 LDL 數值「看起來很漂亮」,心血管疾病卻依然找上門來!這究竟是怎麼一回事?沿用數十年的健康標準是否早已不敷使用?

膽固醇的「好壞」之分:一場體內的攻防戰

膽固醇是否越少越好?答案是否定的。事實上,我們體內攜帶膽固醇的脂蛋白主要分為兩種:高密度脂蛋白(High-Density Lipoprotein,簡稱 HDL)和低密度脂蛋白( LDL )。

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想像一下您的血管是一條高速公路。HDL 就像是「清潔車隊」,負責將壞膽固醇( LDL )運來的多餘油脂垃圾清走。而 LDL 則像是在血管裡亂丟垃圾的「破壞者」。如果您的 HDL 清潔車隊數量太少,清不過來,垃圾便會堆積如山,最終導致血管堵塞,甚至引發心臟病或中風。

我們體內攜帶膽固醇的脂蛋白主要分為兩種:高密度脂蛋白(HDL)和低密度脂蛋白(LDL)/ 圖片來源:shutterstock

因此,過去數十年來,醫生建議男性 HDL 數值至少應達到 40 mg/dL,女性則需更高,達到 50 mg/dL( mg/dL 是健檢報告上的標準單位,代表每 100 毫升血液中膽固醇的毫克數)。女性的標準較嚴格,是因為更年期後]pacg心血管保護力會大幅下降,需要更多的「清道夫」來維持血管健康。

相對地,LDL 則建議控制在 130 mg/dL 以下,以減緩垃圾堆積的速度。總膽固醇的理想數值則應控制在 200 mg/dL 以內。這些看似枯燥的數字,實則反映了體內一場血管清潔隊與垃圾山之間的攻防戰。

那麼,為何同為脂蛋白,HDL 被稱為「好」的,而 LDL 卻是「壞」的呢?這並非簡單的貼標籤。我們吃下肚或肝臟製造的脂肪,會透過血液運送到全身,這些在血液中流動的脂肪即為「血脂」,主要成分包含三酸甘油酯和膽固醇。三酸甘油酯是身體儲存能量的重要形式,而膽固醇更是細胞膜、荷爾蒙、維生素D和膽汁不可或缺的原料。

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這些血脂對身體運作至關重要,本身並非有害物質。然而,由於脂質是油溶性的,無法直接在血液裡自由流動。因此,在血管或淋巴管裡,脂質需要跟「載脂蛋白」這種特殊的蛋白質結合,變成可以親近水的「脂蛋白」,才能順利在全身循環運輸。

肝臟是生產這些「運輸用蛋白質」的主要工廠,製造出多種蛋白質來運載脂肪。其中,低密度脂蛋白載運大量膽固醇,將其精準送往各組織器官。這也是為什麼低密度脂蛋白膽固醇的縮寫是 LDL-C (全稱是 Low-Density Lipoprotein Cholesterol )。

當血液中 LDL-C 過高時,部分 LDL 可能會被「氧化」變質。這些變質或過量的 LDL 容易在血管壁上引發一連串發炎反應,最終形成粥狀硬化斑塊,導致血管阻塞。因此,LDL-C 被冠上「壞膽固醇」的稱號,因為它與心腦血管疾病的風險密切相關。

高密度脂蛋白(HDL) 則恰好相反。其組成近半為蛋白質,膽固醇比例較少,因此有許多「空位」可供載運。HDL-C 就像血管裡的「清道夫」,負責清除血管壁上多餘的膽固醇,並將其運回肝臟代謝處理。正因為如此,HDL-C 被視為「好膽固醇」。

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為何同為脂蛋白,HDL 被稱為「好」的,而 LDL 卻是「壞」的呢?這並非簡單的貼標籤。/ 圖片來源:shutterstock

過去數十年來,醫學界主流觀點認為 LDL-C 越低越好。許多降血脂藥物,如史他汀類(Statins)以及近年發展的 PCSK9 抑制劑,其主要目標皆是降低血液中的 LDL-C 濃度。

然而,科學家們在臨床上發現,儘管許多人的 LDL-C 數值控制得很好,甚至很低,卻仍舊發生中風或心肌梗塞!難道我們對膽固醇的認知,一開始就抓錯了重點?

傳統判讀失準?LDL-C 達標仍難逃心血管危機

早在 2009 年,美國心臟協會與加州大學洛杉磯分校(UCLA)進行了一項大型的回溯性研究。研究團隊分析了 2000 年至 2006 年間,全美超過 13 萬名心臟病住院患者的數據,並記錄了他們入院時的血脂數值。

結果發現,在那些沒有心血管疾病或糖尿病史的患者中,竟有高達 72.1% 的人,其入院時的 LDL-C 數值低於當時建議的 130 mg/dL「安全標準」!即使對於已有心臟病史的患者,也有半數人的 LDL-C 數值低於 100 mg/dL。

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這項研究明確指出,依照當時的指引標準,絕大多數首次心臟病發作的患者,其 LDL-C 數值其實都在「可接受範圍」內。這意味著,單純依賴 LDL-C 數值,並無法有效預防心臟病發作。

科學家們為此感到相當棘手。傳統僅檢測 LDL-C 總量的方式,可能就像只計算路上有多少貨車,卻沒有注意到有些貨車的「駕駛行為」其實非常危險一樣,沒辦法完全揪出真正的問題根源!因此,科學家們決定進一步深入檢視這些「駕駛」,找出誰才是真正的麻煩製造者。

LDL 家族的「頭號戰犯」:L5 型低密度脂蛋白

為了精準揪出 LDL 裡,誰才是最危險的分子,科學家們投入大量心力。他們發現,LDL 這個「壞膽固醇」家族並非均質,其成員有大小、密度之分,甚至帶有不同的電荷,如同各式型號的貨車與脾性各異的「駕駛」。

為了精準揪出 LDL 裡,誰才是最危險的分子,科學家們投入大量心力。發現 LDL 這個「壞膽固醇」家族並非均質,其成員有大小、密度之分,甚至帶有不同的電荷。/ 圖片來源:shutterstock

早在 1979 年,已有科學家提出某些帶有較強「負電性」的 LDL 分子可能與動脈粥狀硬化有關。這些帶負電的 LDL 就像特別容易「黏」在血管壁上的頑固污漬。

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台灣留美科學家陳珠璜教授、楊朝諭教授及其團隊在這方面取得突破性的貢獻。他們利用一種叫做「陰離子交換層析法」的精密技術,像是用一個特殊的「電荷篩子」,依照 LDL 粒子所帶負電荷的多寡,成功將 LDL 分離成 L1 到 L5 五個主要的亞群。其中 L1 帶負電荷最少,相對溫和;而 L5 則帶有最多負電荷,電負性最強,最容易在血管中暴衝的「路怒症駕駛」。

2003 年,陳教授團隊首次從心肌梗塞患者血液中,分離並確認了 L5 的存在。他們後續多年的研究進一步證實,在急性心肌梗塞或糖尿病等高風險族群的血液中,L5 的濃度會顯著升高。

L5 的蛋白質結構很不一樣,不僅天生帶有超強負電性,還可能與其他不同的蛋白質結合,或經過「醣基化」修飾,就像在自己外面額外裝上了一些醣類分子。這些特殊的結構和性質,使 L5 成為血管中的「頭號戰犯」。

當 L5 出現時,它並非僅僅路過,而是會直接「搞破壞」:首先,L5 會直接損傷內皮細胞,讓細胞凋亡,甚至讓血管壁的通透性增加,如同在血管壁上鑿洞。接著,L5 會刺激血管壁產生發炎反應。血管壁受傷、發炎後,血液中的免疫細胞便會前來「救災」。

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然而,這些免疫細胞在吞噬過多包括 L5 在內的壞東西後,會堆積在血管壁上,逐漸形成硬化斑塊,使血管日益狹窄,這便是我們常聽到的「動脈粥狀硬化」。若這些不穩定的斑塊破裂,可能引發急性血栓,直接堵死血管!若發生在供應心臟血液的冠狀動脈,就會造成心肌梗塞;若發生在腦部血管,則會導致腦中風。

L5:心血管風險評估新指標

現在,我們已明確指出 L5 才是 LDL 家族中真正的「破壞之王」。因此,是時候調整我們對膽固醇數值的看法了。現在,除了關注 LDL-C 的「總量」,我們更應該留意血液中 L5 佔所有 LDL 的「百分比」,即 L5%。

陳珠璜教授也將這項 L5 檢測觀念,從世界知名的德州心臟中心帶回台灣,並創辦了美商德州博藝社科技(HEART)。HEART 在台灣研發出嶄新科技,並在美國、歐盟、英國、加拿大、台灣取得專利許可,日本也正在申請中,希望能讓更多台灣民眾受惠於這項更精準的檢測服務。

一般來說,如果您的 L5% 數值小於 2%,通常代表心血管風險較低。但若 L5% 大於 5%,您就屬於高風險族群,建議進一步進行影像學檢查。特別是當 L5% 大於 8% 時,務必提高警覺,這可能預示著心血管疾病即將發作,或已在悄悄進展中。

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對於已有心肌梗塞或中風病史的患者,定期監測 L5% 更是評估疾病復發風險的重要指標。此外,糖尿病、高血壓、高血脂、代謝症候群,以及長期吸菸者,L5% 檢測也能提供額外且有價值的風險評估參考。

隨著醫療科技逐步邁向「精準醫療」的時代,無論是癌症還是心血管疾病的防治,都不再只是單純依賴傳統的身高、體重等指標,而是進一步透過更精密的生物標記,例如特定的蛋白質或代謝物,來更準確地捕捉疾病發生前的徵兆。

您是否曾檢測過 L5% 數值,或是對這項新興的健康指標感到好奇呢?

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【成語科學】「權衡輕重」:原來與桿秤有關?從市場到公園都能看到的科學
張之傑_96
・2025/06/21 ・1318字 ・閱讀時間約 2 分鐘

現今攤販賣東西,大多使用彈簧秤或電子秤。彈簧秤有個托盤,將要秤的東西放在托盤上,儀表就可顯示出所秤東西有多少斤,或多少公克;電子秤就更方便了,只要鍵入每斤的價格,連所秤東西的錢數都能顯示出來。

章老師年輕時,攤販們普遍使用桿秤。一根桿秤,由秤桿、秤錘(砣)、秤紐、秤鉤等部件構成。秤桿是根細長的木桿,上頭有刻度,稱為秤星。稱東西時,在秤鉤上掛上物品,在另一端掛上秤錘,提起作為支點的秤紐,前後移動秤錘在秤桿上的位置,直到秤桿平衡,這時讀取秤錘所在位置上的秤星,就知道是幾斤幾兩了。

台北大稻埕的大華行鴨母秤,也屬於桿秤的一種。圖 / wikimedia

章老師為什麼要不厭其煩地介紹現已少見的桿秤?原來古時將秤錘稱作「權」,將秤桿稱作「衡」。秤東西時,將秤錘(權)在秤桿(衡)上前後移動,藉以得知重量,這個日常生活中常見的動作,就衍變為成語「權衡輕重」。

因此,權衡輕重,是指秤量物品的輕或重,比喻估量事物的輕重緩急,或利害得失。談到這裡,該造兩個句了。看了造句,小朋友就知道怎麼使用這個成語。

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凡事先要權衡輕重,然後付諸行動,這樣才不會後悔。

這件事關係重大,必須詳加權衡輕重,才能做出決定。

那麼桿秤可有什麼科學意義?當然有了。槓桿有三類,桿秤屬於第一類槓桿,即施力點、抗力點在支點的兩邊。就桿秤來說,秤紐就是支點,施力點就是秤鉤上掛的東西,抗力點就是秤錘,移動秤錘,就可使秤桿取得平衡。

小朋友玩的翹翹板,也屬於第一類槓桿。想想看,當兩邊人數不一樣時,或一個胖子一個瘦子時,要怎樣才能使翹翹板平衡呢?

公園常見的翹翹板,也屬於第一類槓桿。圖 / unsplash

話題再回到桿秤。我們常聽說「度量衡」一詞,分別指長度、容量和重量,量取的工具,分別是尺、升和秤。因此,秤是一種「衡器」。在人類發明的衡器中,約西元前 2600 年的埃及紙草畫中,就出現了天平。天平也屬於第一類槓桿。中國人何時發明桿秤已不可考,估計至少已有三千年之久。桿秤製作簡單,攜帶方便,最適合小商販使用。

寫到這裡,附帶介紹和桿秤有關的一個俗語和一個歇後語:

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俗語「秤不離砣」,是說兩樣事物,或兩個人經常一起出現。

歇後語「吃了秤砣鐵了心」,比喻心意已決,不會改變。

這兩個詞語,作文也用得上喔。

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張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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為什麼沒症狀也要做胃鏡?醫師揭胃癌早期的沉默風險
careonline_96
・2025/06/20 ・2154字 ・閱讀時間約 4 分鐘

圖 / 照護線上

「有位 60 多歲的男士,因為持續嘔吐、胃酸逆流來就醫。」義大癌治療醫院內科副院長饒坤銘醫師表示,「檢查發現胃部有個很大的腫瘤,而且已經造成阻塞,食物幾乎完全無法通過,附近的淋巴結也都有轉移,確定診斷為晚期胃癌。」

經過討論後,患者決定接受免疫合併化學治療。饒坤銘醫師說,完成一個療程後,胃部腫瘤明顯縮小,患者也可恢復進食。再繼續治療一段時間後,電腦斷層檢查顯示腫瘤近乎消失,原本因胃部腫瘤成膽道阻塞而導致的黃疸也消退了。從發現晚期胃癌至今大約兩年,患者持續在門診追蹤治療。

近年來臺灣的胃癌發生率逐漸下降,但是由於許多病人在確診時已是晚期,而且患者多為高齡族群,導致死亡率仍相對較高。

早期胃癌沒有明顯症狀,隨著病情進展,患者可能會出現上腹疼痛、腸阻塞、出血、黑便或貧血等症狀。由於早期症狀不明顯,讓許多病人延遲就醫,直到病情嚴重才尋求醫療協助,使得治療成效較差。

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胃癌患者多數為高齡族群,這些患者往往伴隨其他慢性病如高血壓、心臟病等,讓治療的複雜性大幅增加。

年紀越大,罹患胃癌的風險越高,其他的危險因子包括幽門螺旋桿菌、抽菸、醃漬類食物、家族病史等。

「定期接受胃鏡檢查,有助於提早發現胃癌,早期接受治療能夠達到較好的預後。」饒坤銘醫師說,「沒有症狀的民眾大概在 50 歲以後至少先做一次胃鏡,後續可以每兩、三年追蹤一次胃鏡,如果有潰瘍、息肉、或胃酸逆流等狀況,追蹤胃鏡的頻率就會增加。」

早期胃癌的治療以手術為主,有機會達到治癒。接受手術治療後,醫師會根據病理報告來決定是否追加輔助治療。饒坤銘醫師說,如果是難以切除或已經擴散的晚期胃癌,便需要仰賴化學治療、免疫治療、標靶治療等全身性治療。

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近年來,免疫治療的角色越來越受到重視,免疫治療可以搭配化學治療、搭配標靶治療以提升治療成效。饒坤銘醫師說,如果在接受免疫治療後腫瘤縮小,患者也有機會再次評估接受手術治療的可能性。

免疫治療的機轉是利用免疫檢查點抑制劑去阻止癌細胞與免疫細胞的免疫檢查點接合。在正常狀況下,我們體內的免疫細胞具有辨識並毒殺癌細胞的能力,但是癌細胞若與免疫細胞的免疫檢查點接合,就會抑制免疫細胞的功能,而躲過免疫細胞的攻擊。免疫治療的藥物能夠阻止癌細胞與免疫細胞的免疫檢查點接合,讓免疫細胞恢復正常功能,便能夠辨識並毒殺癌細胞。

圖 / 照護線上

臨床試驗結果顯示,晚期胃癌患者接受免疫合併化學治療的總存活率優於單化學治療。饒坤銘醫師說,病患一年存活率提升至約 50-60%,兩年存活率則提升至約 30%。

晚期胃癌使用免疫合併化學治療已納入健保給付,只要符合健保給付條件,便可以申請使用,幫助提升晚期胃癌治療成效並減輕患者的經濟負擔。

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接受免疫合併化學治療時,可能出現免疫治療與化學治療的副作用,包括噁心、嘔吐、倦怠、皮疹、腸胃不適等,患者需要有足夠的體力才有辦法接受治療。饒坤銘醫師說,請患者務必定期追蹤檢查,有任何不適都要向醫師反應。

筆記重點整理

  • 早期胃癌沒有明顯症狀,隨著病情進展,患者可能會出現上腹疼痛、腸阻塞、出血、黑便或貧血等症狀。定期接受胃鏡檢查,有助於提早發現胃癌,早期接受治療能夠達到較好的預後。
  • 早期胃癌的治療以手術為主,有機會達到治癒。接受手術治療後,醫師會根據病理報告來決定是否追加輔助治療。如果是難以切除或已經擴散的晚期胃癌,便需要仰賴化學治療、免疫治療、標靶治療等全身性治療。
  • 免疫治療的角色越來越受到重視,免疫治療可以搭配化學治療、搭配標靶治療以提升治療成效。
  • 臨床試驗結果顯示,晚期胃癌患者接受免疫合併化學治療的總存活率優於單化學治療。病患一年存活率提升至約 55%,兩年存活率則提升至 28%。
  • 如果在接受免疫治療後腫瘤縮小,患者也有機會再次評估接受手術治療的可能性。
  • 晚期胃癌使用免疫合併化學治療已納入健保給付,只要符合健保給付條件,便可以申請使用,幫助提升晚期胃癌治療成效並減輕患者的經濟負擔。
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