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在非洲某處-《從世界變得寂靜開始》

PanSci_96
・2014/12/17 ・1912字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 477 ・五年級
相關標籤: 黑喉嚮蜜鴷 (1)

FS0038非洲有一個傳說故事,描述尋找路途的人類與指引方向的動物。這則故事流傳於尚比亞的東加族、肯亞的波讓族、剛果的姆布蒂族、安哥拉的盧瓦勒族、南非的班圖族,以及故事中主角會出現的所有地方,描述的是一種聰敏的小型鳥類 ─ 黑喉嚮蜜鴷,牠具有和最危險或最令人擔心的幫凶一起共事的本領。這種鳥味覺相當敏銳,而且是珍饈美饌專家,喜愛蜂蠟。十六世紀時,非洲東部的葡萄牙傳教士觀察到小鳥如何入侵他們的教堂,以及如何急切地啃啄教堂裡的蠟燭。神父用棍棒驅趕這些不敬畏上帝的喧嘩者,把虐待蠟燭的小鳥們趕出聖殿,並且將所發生的事情記錄下來,以警示後人。對黑喉嚮蜜鴷來說,沒有任何其他東西像蜂蠟一樣好吃。

不能偷竊,那又該從何處取得蜂蠟?鳥類有天生厚實的皮膚,也許可以用鳥喙和爪子覓食,但是如果可以讓別人來做,為什麼要自己去啄蜂巢、被蜜蜂叮呢?再者,小鳥無法接近許多岩石深縫和窄小樹洞中的蜂巢。牠需要既強壯又尖銳的爪子和牙齒,以及有修長手指的同夥一起行竊。牠在鼬科猛獸的家族派系中,找到了其中一個夥伴。「開普敦地區的蜂蜜嗜食者」,又被稱為「蜜獾」,恰如其名,除了蜂蜜沒有其他東西是牠更渴望得到的。牠是製造麻煩榜上的第一名。根據報導,當牠進攻蜂巢時,會先噴射肛腺的分泌物,味道臭到讓蜜蜂停止呼吸、失去攻擊能力。在蜜蜂從昏迷中甦醒之前,蜜獾有足夠的時間掠奪蜂巢,拖走蜂蠟巢室,狼吞虎嚥地享用裡面的蜂蜜。等臭味散開時,蜜獾早已享用完畢,消失在臭氣中。留在巢室的蜂蠟對蜜獾來說是廚餘,卻是黑喉嚮蜜鴷的饗宴。蜜獾能夠用臭彈使蜜蜂昏迷,找到大蜂蜂蜜,這對黑喉嚮蜜鴷來說非常重要,因此牠的任務是告知小偷偷竊的地點。內行的黑喉嚮蜜鴷幾乎還沒看見蜜獾,就開始嘶聲尖叫、拍翅指引蜜獾,並且飛在前頭引導蜜獾前往下一個蜂群。

然而,不只蜜獾有愛吃甜食的嘴。人類自古以來就喜歡吃甜食。除此之外,因為人類在非洲居住最久,和動物適應彼此的時間也最長。人類什麼時候是個威脅?什麼時候只不過是有點煩人?什麼時候也許有用處?數百萬年來,這些訊息都已經深植非洲動物的基因當中。早在我們遠祖的時代,人類就開始奪取非洲蜂群的寶藏,也沒忘記與在一旁發聲警惕的小鳥共同合作。如果蜜獾一直被關在籠子裡不能出來,這些積極的小鳥就會和這個屬於靈長類、極度渴望蜂蜜的共犯合作。自從第一個歐洲人在非洲沙漠進行研究,他們就聽到了許多有關人、動物和幽靈世界的故事。來自葡萄牙的神父將他們的經歷記載下來,歐洲編年史中因此出現了有關黑喉嚮蜜鴷的摘要。根據記載指出,牠發出尖叫聲,振翅作響,以吸引人類的注意力。對於牠們來說,看到人類等同於「午餐」的出現,或者至少有機會用尖叫聲讓人類「簽下合約」,甘願攬下竊取蜂巢的危險,留下蜂蠟作為小鳥的報酬。

尚比亞的東加族、肯亞的波讓族、剛果的姆布蒂族、安哥拉的盧瓦勒族,以及其他有人類、蜜蜂和喜歡蜜蜂的鳥類的地方流傳著這些故事。在非洲傳說、童話、歌謠中,黑喉嚮蜜鴷被訴說、被詠唱、被拿來跳舞。幾世紀以來,到非洲旅行的人都有個疑問,例如美國探險家歐莎.強森(Osa Johnson)說:「以前我非常懷疑這個傳說,我確定這些年輕人一定又是在和開我玩笑。」直到有一隻灰色小鳥,一邊發出尖叫,一邊振翅作響,吸引別人的注意。「小鳥不斷地飛翔、發出尖銳的叫聲,在樹枝上等我們追上牠,然後又再度起飛。我不帶期望地將整件事情記錄下來。突然,其中一個年輕人大叫說他發現了蜂蜜。接著,他就帶領著我們到一棵滿是野生蜂群的樹前。」一直有許多來自非洲的報告證實這種「嚮導鳥」的行為,「嚮導鳥」是瑞士記者漢斯.羅恩貝格在他的非洲遊記中所使用的名稱。此外,科學家也不懷疑黑喉嚮蜜鴷故事的真實性。「我自己也曾經被黑喉嚮蜜鴷帶路過很多次。」一名在非洲追蹤鳥類多年的鳥類學家向我如此保證。這種鳥類行為,以及人與動物之間的共生行為,在過去幾十年的科學研究中也不斷地被印證。例如五○年代加州鳥類學家赫曼.費里德曼(Hermann Friedmann)在一篇專題論文中,為當時有關黑喉嚮蜜鴷的資訊做了總結。

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還有一位名叫賀賽恩.亞當(Hussein Adan)的鳥類學家,他近期的一份研究報告引起了更多的關注。一九八七年他在公牛淺灘之市攻讀博士,他來自非洲,屬於肯亞北部的波讓族,並且研究黑喉嚮蜜鴷。他的研究結果發表於《科學》雜誌,並且吸引了全球報刊注意這種來自非洲的鳥。《芝加哥論壇報》(Chicago Tribune)的標題是〈鳥類帶人類找蜂蜜〉,《舊金山紀事報》(San Francisco Chronicle)報導:「帶領人類尋找蜂蜜的鳥類傳說,已經獲得證實。」

本文摘自泛科學2014十二月選書《從世界變得寂靜開始:生物多樣性的衰減如何導致文化貧乏》  ,臉譜出版。

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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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