我們來自同一個星球－《從世界變得寂靜開始》

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

市場的公開資訊，真的能幫助消費者做出好決定嗎？

經濟學通常假設消費者主權可以使個人福利最大化：消費者會權衡各種機會，並選擇能夠最大化自己效用的選項。

但市場提供的資訊，是否足夠讓消費者最大化自己的福祉？消費者是否會臨時改變心意，喜歡上別的商品？消費者是否渴望擁有一些與當前選項不同的商品？餐點標示熱量有助減肥？

許多經濟學家覺得，企業藉由巧妙的廣告誘使消費者做出不明智的選擇；還有些經濟學家認為，消費者的確做出不明智的選擇，但過失應該算在他們自己頭上。本章稍後將討論這些行為經濟學家的論述。

多數經濟學家猛然意識到，現行市場其實並不缺乏資訊，公開且良好的資訊量非常大。許多製造商努力宣傳自家商品，甚至提供與其他廠牌的優劣比較及相對的價格訊息；聲譽良好的廠牌和在乎名聲的百貨業者，也間接提供優良品質商品的相關線索。這些都是市場行之有年的公開資訊。

數位革命使資訊量瞬間膨脹數倍。有了網路搜尋功能之後，人們不用走進商店就可以獲得充足的商品訊息。譬如我最近在尋找合適的行李箱，幾個購物網站提供了關於尺寸與重量的資訊、羅列產品的優缺點，還有先前買家對特定型號箱子的評論。

如果在Google搜尋中輸入「行李箱評價」，一下子就會跳出《消費者報告》（Consumer Reports）、《漫旅》（Travel + Leisure）、《好管家》（Good Housekeeping）、《今日美國》（USA Today）、《商業內幕》（Business Insider）、家電網（Wirecutter）、集點網（Upgraded Points）等提供的資訊。

資訊越多越詳細，真的越好嗎？

儘管可靠的資訊來源比比皆是，消費者仍舊無法窮盡所有資訊。經濟學家認為消費者的確「不應該追求完全的知情」，因為搜尋資訊與消費資訊都需要投入時間和金錢。

因此，對擁有部分資訊的消費者而言，只有未知資訊的預期價值超過獲取資訊的成本時，才值得追求更多資訊。另一方面，即使市場的競爭壓力迫使廠商提供大量的商品資訊，還是依然沒有揭露許多重要、與安全相關的訊息。

舉例來說，曾有廣告商建議布朗威廉森菸草公司（Brown and Williamson Tobacco Corporation）在宣傳旗下新商品時，強調新配方能降低引發心臟疾病的有害氣體，然而這項建議並未被接納。

一份內部文件顯示，該公司高層認為：「在特定有害氣體對心臟疾病的影響獲得政府證實且廣為人知之前，貿然在廣告中提及這種氣體並不具有策略性價值。」

由於廣告商極其堅持，該建議最終遭到菸草公司斷然拒絕。該公司認為，提及這些氣體只會適得其反，因為這麼做，反倒公開揭露吸菸對心血管的不良影響。

當市場競爭機制無法為消費者提供重要的資訊時，政府的干預才具有價值。政府公開揭露與吸菸相關的資訊，確實能降低一部分的吸菸率，也會促使廠商降低香菸中的焦油和尼古丁含量。企業有時也沒有測試自家產品的動機，因為他們發現：消費者不認為廠商的內部測試具有公信力。

——本文摘自《經濟學家眼中的世界 (40周年好評增修版)：一本讀懂經濟學的優劣與局限，剖析政府、市場和公共政策，探索人類的幸福》，2023 年 5 月，今周刊出版，未經同意請勿轉載。

奇怪的仙女圈

如果你漫步在澳洲西部的旱地上，你可能會看到（圖 一）中的奇怪景象。

原本長滿鬟刺屬（spinifex）植物的土地上赫然出現一圈圈的紅土區域，上面沒有長任何植物，這種奇怪景象被稱為「仙女圈（fairy circles）」。

和神秘的麥田圈不同，他不是一夕之間所形成的，更沒有麥田圈一般詭異難解，事實上，自上世紀 70 年代科學家首度在南非發現這種特殊的現象後，就一直有許多科學研究嘗試以各種證據和理論解開仙女圈背後成因，時至今日，仙女圈的成因仍備受爭議。

既然不知道，何不問問「在地人」？

今年 4 月發表在 nature ecology & evolution 的論文＂First Peoples’ knowledge leads scientists to reveal ’fairy circles’ and termite linyji are linked in Australia＂嘗試從一個特別的角度來解決這個問題，那就是「馬爾圖族（Martu）的傳統知識」。

既然說是「特別的角度」，肯定代表這篇研究與其他有所不同。一般進行生態學研究時，很少會考慮當地原住民族對於生態系統的認識和見解，然而，原住民族通常已經在某一個生態系裡面生存非常久的時間，因此通常會累積大量的傳統生態學知識（traditional ecological knowledge），這通常牽涉到長期的觀察驗證，並不是現代科學方法短時間內可以做到的。

因此，科學家在探討仙女圈的形成原因時，決定先來「問」看看生活在澳洲這塊土地超過 65000 年的澳洲原住民族。

結果顯示，仙女圈這種特殊的構造確實烙印在馬爾圖族的文化裡，他們認為仙女圈的形成和白蟻之間有很大的關係，這樣的生態學知識不只出現在口耳相傳的文化中，也出現在古老的圖騰裡，例如（圖二）就顯示了澳洲馬爾圖族的祖先很直接地把仙女圈的出現以及白蟻（termite）連結在一起（圖二 b 中有些圈圈裏面像等號的白色圖騰就是白蟻，而圖二 d 中那些紅色的像熱狗的圖騰也是白蟻（沒錯，因為這些圖片給的授權只有 CC BY-NC-ND，所以我不能在上面加註釋））。

根據馬爾圖族的生態知識，仙女圈是白蟻的「家」，而仙女圈外的區域則是白蟻的「通道」。除此之外，馬爾圖族還發現仙女圈的土表具有堅硬的特性，仙女圈的土表堅硬到可以用工具敲擊地面以使幫助穀物褪去外皮。

「在地人」說的到底是不是對的？

然而，前人研究的研究基本上已經抦棄了仙女圈的形成和白蟻有關這種想法，因為他們並沒有在仙女圈中發現很多白蟻。這代表原先的科學觀察結果和馬爾圖族的傳統知識有所出入，究竟誰更正確呢？

研究結果顯示，馬爾圖族的生態知識很可能是對的。

研究團隊實際挖開仙女圈以後發現仙女圈中真的有不少白蟻，挖的洞裏面有 41% 挖到白蟻。此外，在仙女圈中挖的洞中高機率含有所謂的「巢腔（chamber）」，巢腔的功用是育幼、休息以及儲藏食物排泄物等等，通常會集中在某一個特定區域形成「巢（nest）」。仙女圈外的區域則鮮少出現巢腔這種構造，但是仙女圈外的區域卻很容易挖到覓食用的通道（圖三）。

綜合馬爾圖族的傳統知識以及科學研究的結果，澳洲仙女圈的形成確實可能和白蟻的建築構造有關，因為仙女圈內外的白蟻建築構造有明顯的差異。

雖然本研究作者最後並沒有對於仙女圈形成的確切原因給出特定理論，但筆者推測，可能正是因為白蟻巢室堅硬的構造造成仙女圈堅硬的土表，沒有良好的土壤結構而植物自然無法在仙女圈上生長。

傳統生態知識和西方科學知識擦撞出意外的火花

原住民族的傳統生態知識確實可以在科學進展上扮演重要角色，這篇研究就是一個很有趣的例子。

一般而言，科學研究所涉及的方法幾乎全都是所謂的「量化研究（quantitative research）」，然而，這篇研究卻先使用質性研究（qualitative research）的方法調查馬爾圖族的傳統知識（順帶一提，這篇研究的作者多達 39 位，其中有 23 位是澳洲馬爾圖族的專家和耆老），再以此為靈感進行科學調查，可以說是相當有趣的做法。

馬爾圖族對於仙女圈的傳統知識遠遠不僅止於此，仙女圈中間堅硬不透水的特性使其成為大雨後馬爾圖族的臨時蓄水池，這個蓄水池在人類文明和生態上扮演甚麼作用？馬爾圖族和仙女圈的故事還會繼續寫下去。

1. Walsh, F., Bidu, G. K., Bidu, N. K., Evans, T. A., Judson, T. M., Kendrick, P., … & Williams, C. M. (2023). First Peoples’ knowledge leads scientists to reveal ‘fairy circles’ and termite linyji are linked in Australia. Nature Ecology & Evolution, 7(4), 610–622.