生物律動-住在身體裡的音樂家特展

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！

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）。

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？

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。

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。

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。

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）。

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！

• 文／林懷亞

音樂，是人類身體的本能。我們的談吐語調、呼吸、器官與細胞的週期以及心跳，都擁有自然和諧的韻律。這些原始的「生物律動」是人類創作、欣賞音樂的基底，當我們不僅僅以耳朵接收或創作音樂，而進一步以身體參與音樂的高低起伏、快慢跌宕，你也許會發現，音樂與我們的生命原來「聲聲相依」。

音樂結合生物體感、觸覺及心理的相關研究近年備受關注，許多跨界音樂創作者更以人類與音樂互動的關係為創作元素。音樂不僅僅是藝術領域的一環，也提供了身心調適與治療之用。本文將從人類的心跳講起，認識音樂與人體的種種美好連結。

人類的「節拍偏好」

2002 年比利時根特大學的 Dirk Moelants 的研究發現，人類的「節拍偏好」（Preferred Tempo）速度為 120 至 130bpm（BPM全稱為「beats per minute」，即每分鐘節拍速度） ¹，像是走路、鼓掌皆是這個速度。同時，Moelants 統計了「1960 至 1990 年中最流行的七萬四千首歌曲」，其中最多的速度也落在 120 bpm，兩者不謀而合。

在 Moelants 之後，2016 年音樂串流公司 Spotify 統計了美國該年五至九月一萬首熱門歌曲，發現多數歌曲速度落在 70 至 180bpm，與一般人的安靜心率 60 至 100bpm 範圍十分接近，更值得注意的是，這一萬首歌的拍速也以 120 至 130bpm 為大宗。²

跟著音樂動次動！音樂真的能幫助我們增加運動效率嗎？

音樂與運動的研究最早可以追溯到 1911 年，當時的科學家就已發現自行車騎士在聽音樂的情境下，踩踏板的速度比平時快。³  2012 年，英國雪菲爾哈倫大學實驗顯示，若自行車騎士與背景音樂的韻律同步，相較沒聽音樂或是沒與音樂同步的騎士，耗氧量少了 7% 之多。在這樣的情境下，音樂就像身體的節拍器，穩住節奏並減少耗損體力。⁴

以上的實驗結果，都是源於聽覺神經元與運動神經元的直接連結。當我們接收聲音時，兩種神經元會互相牽動，使我們自然而然想跟著音樂擺動身體，這在對音樂毫無認知的嬰幼兒身上就可以看到，並非後天習得。

近年有氧舞蹈課程、韻律課程越來越熱門多元，健身房裡不是大聲放著動感音樂，就是人人一副耳機栽在自己的世界裡，「運動音樂」隨著人們對音樂調適身體韻律的認知漸漸成為音樂產業大熱門。Spotify 的〈Groove in the Heart〉計畫，就集結該年前一萬名熱門曲目，依速度排列為極輕、輕、適中、強、極強五個級別，讓使用者根據自己的運動型態搭配音樂（例如適中級音樂適合有氧，強度音樂助於激烈的短程周期式運動等）。只要輸入自己在該運動狀態下的最大心率，便能從中找到適合歌曲，編輯個人專屬的運動歌單。

另外，運動品牌 Nike 也曾與美國獨立唱片公司 DFA Records 旗下樂團 LCD Soundsystem 合作，於 2006 年在 iTunes 推出為跑者量身打造的 Original Runs 系列音樂，譬如〈45:33〉這支 45 分鐘半的作品就是根據慢跑完整週期心率製作；從堆疊的暖身、穩定的高峰再到漸緩沉澱的音樂。⁵

聽莫札特不會變聰明，但聽音樂確實可以治療你我

我們身體對音樂本能性的連結與反應，使音樂成為了調適身心的利器，音樂治療的研究與應用越為普及，並常使用於心臟疾病治療。

例如美國醫療機構 Mayo Clinic 的團體 Healing Enhancement Program 與音樂家 Chip Davis 合作，鼓勵病患在手術過程與手術前後聆聽音樂。⁸柏克利音樂學院音樂治療系的 uzanne Hanser 及其團隊研究更證實音樂對於心臟疾病治療復原期間的身體與心理狀態有所幫助，可以穩定血壓、睡眠品質、舒緩壓力與焦慮。⁹

音樂不僅應用在病況控制，也可以協助病人親屬處理情緒。美國音樂治療師 Brian Schreck 曾與醫療中心暨小兒科醫院 Cincinnati Children’s 合作，替失去孩子的家人製作音樂，協助他們面對孩子離世的悲傷。Schreck 認為心跳聲是世上最美的聲音，而所有韻律都由此而生，因此他錄製病危孩童的心跳聲，根據心跳的節拍改編他們生前最喜歡的歌曲，讓親屬仍能感受、回憶與逝去親人的親密互動。

當心跳與音樂相遇：既能翻轉音樂又能科普！

除了研究既有音樂與生物律動的關係，也有許多人結合兩者創作多媒體藝術，打破藝術與科學的藩籬，為彼此增色。最後，我們來認識兩個讓你意想不到的跨界作品！

「聽你」創作的歌：音樂的樣貌由你的心跳決定！

儘管我們每個感官接收到的訊息都由大腦的不同部位分別處理，但我們聽音樂當下接收到的視覺、觸覺甚至嗅覺，卻可以影響我們對音樂的感受。Luciano Bernardi 與他的團隊在 2011 年研究發現，不僅音樂引起的情緒會造成心血管運動的改變，音樂對心血管的生理影響也會改變我們的情緒。⁶因此不僅文化、時空背景會影響人對音樂的感受，人的身心狀態也會。同一首曲子，不只一百個人聆聽會有一百種感受，一個人聽一百次也可能次次感受不同。⁷

紐約音樂家 J. Views 就以音樂和生理、心理的連結，創造了音樂實驗計畫〈The DNA Project〉，解構組成音樂的元素之一——節奏，反轉聽者只能「聆聽」的立場，讓他們成為創作的一分子。 2016 年以實驗成果集結發行的專輯《401 Days》，歌曲〈#Almostforgot〉，便使用聽者心跳為節拍，創造出各種版本。聽者只要將指頭置於手機鏡頭，讓它偵測隨心跳細微改變的指頭顏色，就能以心跳作為歌曲的 BPM，改變歌曲的節奏。偵測心跳後，螢幕也會出現搭配的動畫，並隨著聽者的心跳決定播放節奏。⁸這支作品不僅強調了聽者為音樂不可或缺的角色（若沒有「聽者」，仍會有音樂嗎？），也具體呈現了每個人對音樂的不同感受。

音樂沒有絕對，心跳也是：音樂與醫療聯手讓心律不整不再難以理解

穩定的節奏使我們得以跟上音樂的韻律，但有時來點不規律，也充滿驚喜。2017 年英國倫敦大學瑪麗王后學院教授 Elaine Chew 與她的團隊進行了一項計畫〈Arrhythmia Suite〉，收錄了不同心律不整的心電圖數據做為節拍依據，再尋找有相似節奏的音樂，並將音樂調整成與對應心跳節拍完全相同的歌曲。¹¹最後這個計畫集結成一系列的鋼琴曲目，例如 Larsen〈Penta Metrius〉便被改編成〈Mixed Meters〉；Piazzolla〈The Grand Tango〉也變成了〈III Tango〉。其實 Chew 自己也有心律不整，她與心臟專科醫生希望藉此計畫認識更多心律不整的情狀，並透過曲子改編的對比，幫助病患及家屬認識這個疾病，進而有益於醫生判定病情的不同階段，制定療程。

出生之前，我們從心跳開始認知世界；出生之後，我們從心跳開始認知音樂，甚至創作音樂。原始的「生物律動」使我們天生就能與音樂連結。因此，我們除了能利用音樂調適身心，也能透過音樂更深刻地傳遞彼此的話語、情感、記憶，與人同理、共感。

注解

1. Rob, M. (2016, November 01). Groove is in the Heart: Matching Beats Per Minute to Heart Rate.

2. Moelants, D. (2002). Referred Temo Reconsidered. Proceedings of the 7th International Conference on Music Perception and Cognition.
3. Ayres, L. P. (1911). The Influence of Music on Speed in the Six Day Bicycle Race. American Physical Education Review, 16(5), 321-324.

4. Bacon, C. J., Myers, T. R., & Karageorphis, C. I. (2012). Effect of music-movement synchrony on exercise oxygen consumption [Abstract]. The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness, 52(4), 359-365.
5. Leone, D. (2006, October 20). LCD Soundsystem: 45:33.
6. Bernardi, L., Porta, C., Casucci, G., Balsamo, R., Bernardi, N. F., Fogari, R., & Sleight, P. (2009). Dynamic Interactions Between Musical, Cardiovascular, and Cerebral Rhythms in Humans. Circulation, 119 (25), 3171-3180.
7. Szendy, P., & Nancy, J. (2011). Listen: A history of our ears. Preceded by Ascoltando / by Jean-Luc Nancy. New York, NY: Fordham Univ. Press.
8. Blake, E. (2016, April 07). See the first-ever music video controlled by your heartbeat.
9. Hanser, S. B., & Mandel, S. E. (2005). The Effects of Music Therapy in Cardiac Healthcare. Complementary and Integrative Therapies for Cardiovascular Disease, 320-330.
10. Mayo Clinic. (2007, November 05). Complementary Therapies Help Patients Recover After Heart Surgery.
11. Chow, E. (2018, October 24). The Music of Arrhythmia.

希望看展覽也能像看戲劇一樣，同時進行視覺與聽覺體驗，最好還能動手實作？現在國立台灣科學教育館展出的「設計我們的世界-科技性別化創新」展覽（以下簡稱「設計我們的世界」展）就能滿足你的需求！

細膩布置，帶你看見蒙塵微光

策展人暨科教館「跨領域策展小組」組長林怡萱表示，團隊花了一年的時間收集資料、規劃主軸、設計教具、動畫與歌曲，打造亞洲還很少見，同時結合科學工程領域女性議題、性別化創新觀念與實作體驗坊的展覽。

「設計我們的世界」展除了能讓未來想投入 STEM 領域（科學、科技、工程與數學）的女孩認識科學歷史上的女性典範，也適合自認不擅長數理或不具備創新能力的大朋友與小朋友，通過展覽發現新的學習方法與自己的創新潛能。

第一大展區「關鍵少數」除了精細的布置與真跡複本，策展團隊更用心安排燈光、音樂、動畫與多媒體互動等豐富元素，讓參觀者更容易融入時代氛圍。透過劇場式的體驗帶你走進雅典時代、文藝復興、啟蒙運動、十九世紀至二十一世紀等不同的時空，認識當時的女性典範與她們面臨的困境。

科學是眾人之事，並非只靠單一明星

提到對科學領域有重要貢獻的人，一般人都能隨口舉出好幾個科學家的名字，但其實科學知識能順利進展與傳播，並非只是靠科學家的努力，還需要協助研究的研究助理、製作儀器的工程師、紀錄動植物圖像的科學插畫家，製作解剖模型的工藝家，科普工作者等人的付出，才能讓科學社群蓬勃發展。

在「設計我們的世界」展，你將看到這些鮮少出現在科學主流的女性研究者身影。例如生活於十七世紀的瑪麗亞．西碧拉．梅里安 (Maria Sibylla Merian)，因為對昆蟲感興趣，開始系統性觀察、紀錄昆蟲並畫下牠們不同生命階段的樣子。梅里安曾花兩年的時間，帶著女兒前往荷蘭殖民地蘇利南 (Suriname) 進行生態觀察之旅，完成記錄當地動、植物的重要《蘇利南昆蟲變態圖譜》。

而啟蒙運動時期的夏特萊侯爵夫人 (Émilie de Châtelet) 作為熱愛科學與哲學知識的沙龍女主人，曾於 1740 年出版一本介紹牛頓等當代知名科學、哲學理論的科普教科書《基礎物理》 (Institutions de Physique)。

為什麼科技需要性別化創新？

被譽為現代解剖學之父的維賽留斯 (Andreas Vesalius) 曾因為當時社會分工影響，缺乏臨床經驗，簡化了對男女生理器官差異的認知而提出「除了生殖器官以外，男性與女性的器官並無差異」的誤解。而這類未察覺的性別偏誤，仍存在於現代科學工程研究與生活環境中，讓我們產生錯誤判斷或忽略可能的創新機會。

在「見維知著」展區，策展團隊結合史丹佛大學的「性別化創新」(Gendered Innovations, GI) 專案研究與國內外實際案例，從科學、健康醫學、工程或環境四大角度，帶參觀者了解「性別刻板印象」、「忽視性別差異」與「僅專注於性別」等習慣所可能產生的問題。

此外，這裡也介紹了許多納入不同性別與不同年齡層使用者需求的創新案例。例如維也納政府在設計無障礙道路設計時，如何從性別的角度切入，讓無障礙道路同時提供行動不便者、提著購物袋、推娃娃車或照顧其他家庭成員的人更安全且舒適的行走空間。

數理真的很難，還是我們把它教得太難？

奧瑞岡科學與工業博物館的 Design Our World (DOW) 教案發現，如果想要吸引女孩投入工程與科技領域，在教案設計上需要注意幾個要點：提供女性榜樣、生活化、說故事、吸引感官、凸顯利他主義、個人化，使用包容性的語言，以及設計開放式與沒有標準答案的活動；這樣的教案設計同時適合不擅長通過傳統考試與競爭來學習的兒童。

策展團隊以 DOW 教案的精神打造出「匠心獨運」展區，規劃「與樹共生」、「手術解決方案」、「地震緊急救援」等遊戲，讓大小朋友直接根據任務目標，運用現場的材料，發想創意並動手打造原型 (prototype)，體驗科學家與工程師創新的過程。例如在手術關卡，你將拿著細小的工具，嘗試在有限的範圍內取出物件，感受在人體內開刀的困難以及好用的醫療器材對外科手術有多重要！

如果參展者看完展覽有任何的感想想交流，可在最後的「集思廣益」區聽演講、玩桌遊、留下意見回饋，激盪出更多的思緒與創意火花。

保持對世界的好奇，找到自己的專長

對於想要投入 STEM 領域，但擔心自己數理不好、無法成為科學家的年輕女性，林怡萱分享道：

除了知識和理論外，實作能力、同理心、好奇心以及企圖心，都是科學家不可或缺的精神。

如果現在覺得不擅長某些科目，可能是沒找到適合的學習方法，她建議大家先設定想解決的問題，再收集需要的相關知識，讓學習並非單純為了考試與成績。此外，如同展覽要傳達的，現代科學工程領域包含了各式各樣的工作，也許你擅長的專業就是團隊需要的人才也不一定呢！

《設計我們的世界-科技性別化創新》展期 2019.02.26-11.24，在國立台灣科學教育館七、八樓東側展廳。

本文感謝林怡萱小姐、鄭鴻旗先生