登上醫療雲的第一步，讓醫療器材無線同步不受拘束！

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

本篇文章由 聯發科技創意實驗室 （MediaTek Labs） 贊助，泛科學策畫執行。

2015年是無人機蓬勃發展的一年，同時也是各種無人機自殺攻擊事件頻傳的一年，如果有個恐怖組織名稱叫做「無人機」，ISIS大概可以收一收了，因為無人機的戰力實在太強大啦！這一年來無人機陸續攻擊了台北 101、美國白宮、日本首相官邸與世界文化遺產姬路城，並且差點擊中正在參加高山滑雪世界盃競賽的選手，這一連串的意外凸顯出無人機的安全問題，目前世界各國與企業都在從技術與法規面著手，確保未來世界可以享受無人機帶來的便利，又不會三不五時就被暴走的無人機攻擊。

在 2015年的世界通訊大賽物聯網及穿戴式組的冠軍，正是由來自南台灣的學生團隊所研發出的無人機飛行安全監控平台，這支名為 Sky Sentry的團隊，年紀雖然不輕，但是創意完全不輸年輕人，加上多年的實戰經驗，開發出來這套平台，獲得評審們的一致好評，而開發的靈感其實是來自於團員的切身之痛。

LinkitOne開發板威力無窮

目前就讀南台科技大學電子工程系博士班的蔡博智，最近幾年開始接觸無人機，但是已經走失了兩台；他的朋友更慘，買了一台 36,000元的無人機後，第一次升空拍了一張照片，就再也不見蹤影。

「問題出在連線的方式，無人機與控制器之間的連線就像紅外線或 Wi-Fi，以點對點的方式連接，一旦飛行超過連線距離，或是被建築物干擾訊號，無人機就會開始迷航。」蔡博智說，在都市裡面更容易因為玻璃帷幕的反射，造成訊號混亂而失控。

團隊想出來的解決方法就是，讓無人機擁有跟手機一樣的訊號，透過 GPRS或 3G連線接上 Internet，即使短暫失聯，只要附近有基地台就可以恢復連線，找到回家的路，從這個概念出發，他們開始著手設計這個飛行監控平台。

實際製作時，他們在硬體設計上，先比較了 Arduino和 LinktOne兩塊開發板。而 LinkitOne的強項在於內建了完整功能，不僅有 GPRS連線功能，還有 GPS、藍牙與 micro-SD卡，只要在無人機上加裝這塊板子，與飛行控制系統結合，就可以大幅強化無人機的通訊能力，如果失蹤墜落，還可以透過藍牙訊號搜救，micro-SD卡還能儲存飛行紀錄，就像是大型飛機的黑盒子一樣，可以判斷飛行過程中發生了什麼問題來進行調整。

「實際操作上，LinkitOne還有兩個巨大的優勢，便宜跟重量較輕。」蔡博智說，無人機體積小、重量輕，對於重量必須斤斤計較，要加裝在上面的開發板必須要夠輕巧；而 LinkitOne的價格也許比陽春版的 Arduino開發板貴，但是 Arduino要加裝各種元件才能達到 LinkitOne的功能，價格卻遠遠超過 LinkitOne，這樣一比 LinkitOne的 CP其實蠻高的。

飛行監控平台：後台雲端運算＋資料庫

帶領團隊的李志清老師任教於南台科大電子工程系，這次他將自己在航太技術及系統整合十多年的經驗，結合即時監控及無人機通訊與控制技術，與學生們合作開發，完成了這套國內首創的無人機飛行安全監控平台。

這一套飛行監控平台除了透過 LinkitOne來溝通、控制無人機之外，更關鍵的是後台的運算與資料庫系統。這套平台主要有三個重點功能，首先是透過系統設定座標，將某些區域設定為禁航區，無人機便不能在區域內起飛或飛進此區域，以此避免撞建築物或飛進人群密集處造成安全隱憂。台灣政府若採用這套系統來管控全台的無人機，只要將機場、軍事禁區、建物密集區等高敏感地帶設定為禁航區，內建在雲端資料庫裡，只要無人機連上這個資料庫便能辨識出禁航區的位置，就可以輕鬆減少誤闖禁區的意外。

第二，設置電子圍籬，限定無人機只能在某一個範圍內飛行，一旦飛出這個範圍，就會強制返航，如此便能解決迷航亂飛的問題。電子圍籬非常適合新手們試飛，也很適合開發者實驗新機器，只要碰觸到電子圍籬的訊號範圍，無人機就會收到返航訊號，接著拉升高度後，返航並自動降落到指定的位置。

第三，萬一無人機迷航或墜落在視線外，也可以透過這個平台尋找，只要透過 LinkitOne上的 GPS、GPRS和藍芽訊號，就能夠幫助使用者找回無人機。LinkitOne內建的 GPRS可以直接連網回報位置，若是掉落在沒有基地台的地方，也可以透過藍牙訊號（除非像電影一樣，在墜落時就把所有通訊功能都摔壞）慢慢逼近位置，縮小搜索範圍。

雖然整個監控平台是基於 LinkitOne開發板的功能來設計，不過未來，即使無人機上沒有安裝 LinkiOne開發板，團隊也將 API完全開放，無人機使用者、開發商或玩家，都可以自行運用，讓自己的無人機（必須具備連接 internet功能）也能配合這個雲端判別系統與資料庫，來確保安全。團隊也有提供包套式的服務，協助安裝 LinkitOne開發板，讓幾乎所有的無人機都可以使用這套系統。

「我們準備好了！」

目前世界各國都在摸索一套無人機的監控方案，希望在開放與安全間取得平衡。美國 FAA去年中推出了一套法案，針對無人機的飛行高度、速度與重量都設定限制，操作者必須年滿 17歲，且只能在白天於可目視範圍內操作。台灣也正在修訂《民用航空法》，設下種種限制，包括：必須以目視方式操作且高度不得超過 400呎（約 40層樓高），須在白天操作，不得在禁航區、限航區及航空站與飛行場四周作業，且不得在露天集會遊行人群上空（商用無人機的專業空拍，可以提出申請即可在夜間、露天集會人群上空拍攝）。

然而這些規定如何落實執行？日本去年推出無人機獵捕系統，由一組攜帶網子的無人機，在空中搜捕違規飛行的無人機，這樣的作法顯然只能應急，而且聽起來非常不高科技。

從訊號端進行控制，讓無人機都能乖巧聽話才是真正治本之道。無人機大廠 DJI大疆已經陸續推出一系列的安全措施，來回應這些需求，不過台灣團隊的成果，顯然是最超值又能達成目標的極佳選擇。

「這套系統能得獎的一大原因是，我們已經完全 ready了。」蔡博智說，現在整套系統的功能已經完備，只差使用者介面與網頁的優化，只要未來無人機管制法案通過後，無人機將會需要登記註冊才能起飛，登記時，可能就必須要包含這套飛安平台的註冊證明，因此無人機的市場有多大，這套系統的商機就有多大。

文／亞坦尼斯

不管是去醫院看病檢查，或是在家裡的健康監測，我們都常常會運用到心跳、血壓、血糖等測量醫護器材。而隨著雲端產業和個人智慧型裝置的興起，這些醫護器材也開始建立起如藍芽等通訊技術，以可便利地和手機或平版通訊，也可連接上雲端系統，達到遠距照護的目的。

然而，過去遠距照護系統的開發，往往受限於量測自動化不足，需仰賴手動記錄與上傳資料等，除過程較繁瑣外，也容易有記陸缺失。此外，各種醫護器材和網路設備之間缺乏互通標準和連接方式不一致，因而提高各種生理指數的量測資訊整合難度。且部分醫療機構所使用的設備，也因價格偏高或設備體積過大而不利於攜帶運送或民眾居家使用。因此國際健康聯盟（Continua Health Alliance）提出了一套健康設備設計規範（Continua Guideline），符合本規範技術標準的醫護器材和網路閘道器皆可互相通訊，並利用閘道器將資訊上傳到雲端或醫療資訊中心。

目前工研院生醫所施明特助及其團隊，利用Continua Guideline的標準，將心跳、血壓、血糖計等醫護器材，連接至團隊所設計福和通訊標準的「轉換器」與「閘道器」。轉換器的目的是要連接與編碼現有醫護器材的量測資料。大致原理可分為三個層面，一是根據醫護器材的硬體裝置，設計可連接的通訊端（如：RS-232）；二是將通訊端所擷取的資料，依據Continua Guideline的規則翻譯成Health Device Profile (HDP)的格式；第三層則是利用現有的藍芽模組，將資訊對外傳送出去。而在接收端的部分，則可以利用電腦或智慧型手機，設計能讀取Continua Guideline規格的軟體，並客製化使用者介面。就可以在螢幕上，輕鬆讀去各種醫護器材的量測資訊了。

目前研發團隊已經針對心跳計、血壓計與血糖計開發出能用手機讀取資料的完整系統。每次資料在量測完後會自動傳輸並儲存至手機中，縮短了原本的量測流程，也減少了人為紀錄疏失的機會。除了設計系統外，研發團隊也會輔導協助廠商通過Continua Guideline的產品認證。利用電子產業的通訊技術，將常見的醫護器材，推上即將來臨的醫療雲端。

只要觀察現在全世界最值錢的企業——Apple、Google、Facebook、阿里巴巴等，就可以發現這企業有個重要的共通點，就是網路。無論提供的服務是Ｏ2Ｏ、M2M、行動電商還是雲端，所仰賴的基礎建設都是「物聯網（Internet of Thing, IoT）」，有了物聯網的平台，企業才能收集、處理資料並且形成獨特的商業模式。另一個有趣的例子是異軍突起的Netflix，「Netflix取代了百視達，但不只讓大家在網路上租影片看，它真正開風氣之先且因此賺錢的，是做出『看這部影片的人也看這些影片』這項服務。現在看主動推薦相關產品的功能已經司空見慣，但當初Netflix實現這個想法時發現，他們有75%的生意是來自這個新功能！」李世光老師覺得厲害。

新能源加通訊，尬出工業革命

「大家都在找新的應用和商業模式，像是小米跟江蕙演唱會成功的飢餓行銷，IoT就是其中重要的平台。」物聯網不僅是人類所使用工具的進步，《物聯網革命》這本書甚至大膽預測，物聯網將會造成下一次的工業革命，因為我們回頭分析人類歷史，可以發現每一次工業革命都是能源與通訊科技創新的結果，而物聯網也有這樣的特性。

第一次工業革命是因為瓦特（James Watt）改良了蒸汽機，由煤炭為動力所驅動的現代蒸汽機取代了水力/風力，大大提升了棉花等產業的生產力，蒸汽印刷機和蒸汽火車增加資訊產生的速度和傳播的距離，也成為一個全新的通訊/能源組合，由於業務高度倚重印刷跟鐵道，所以當時新的商業模式一定出現在運輸、資訊、能源的中心地段，「其實鐵道就是平台，報紙加速生產就像是網路頻寬增加，這個角度的想法還真有意思！」

從19世紀末期開始，電話和石油驅動的能源成為全新的通訊/能源組合，提供第二次工業革命的通用巨型平台。電話讓通訊更加便利，家家戶戶裝有電話後，通訊的節點從火車站變成家庭；石油與電這兩種能源的生產需要很耗費高昂成本，此時的新興交通工具——汽車及相關的公路建設也需要巨大的資源，這樣的特性都進一步造就更強大的中央集權化經營模式。

過去數十年間，網際網路迅速改變了資訊產生與流通的方法，科學家也積極地開發新型能源和再生能源，由於社群網路的成型、雲端運算的快速發展、數位技術的演進（如3D列印）以及對巨量資料的重視與需求增加，因而興起了最新的通訊/能源組合式基礎架構（如物聯網），在這個架構下，資訊及能源不再以中央集權的方式生產，反而將以「智慧」為概念，經由共享、橫向網路整合推動新的經濟體系。

台灣湖泊中的物聯網，超科學的～

台灣是座科技島，也是擁有高度生物多樣性的美麗島，雖然有豐富的生態卻缺乏天然能源，偏重軟體的物聯網等科技產業最適合台灣發展。但是今天我們不談物聯網相關產業如何在台灣起飛，而是回顧物聯網以前如何幫助科學家發現台灣高山湖泊新陳代謝的秘密！湖泊代謝，也就是湖泊中光合作用和呼吸作用過程中物質、能量、養分間的動態平衡關係，會受到「翻騰作用」的影響，李老師強調：「如果這樣的結構不夠完整，美麗的湖泊就會變成臭水溝。」

典型溫帶湖泊發生的翻騰效應主要受到季節影響，春季時湖泊在湖面風的吹拂下，上層含氧高的水會往下流，底層富含營養物的水也會翻到上層。但到了夏天，上層的水受到太陽加熱升溫而滯留在表層，整個湖水因溫度和密度而分層無法垂直流動；秋天氣溫下降後，上層水升溫而下沉，形成垂直的水流而產生秋季翻騰作用；冬季時湖面結冰，冰層抵禦了風的作用，湖水是一片平靜。湖泊翻騰時補充了底層水的含氧量，同時也為上層水注入新的營養鹽，因此通常湖泊在翻騰後會有較高的初級生產力。位於熱帶的高海拔湖泊有劇烈的日夜溫差，每天至少可以加熱、分層一次，例如東非的坦噶尼喀湖（Lake Tanganyika），在如此頻繁的翻騰作用下成為非常豐富的漁場。

那麼台灣的湖泊呢？「台灣有很大的海拔範圍，我們不完全處於熱帶，但我們的漂亮程度跟多元程度卻跟熱帶有得比，為什麼呢？這個不正常～」李老師笑著說。為了瞭解台灣高山湖泊的生態系代謝過程及影響機制，林業試驗所的前所長金恆鑣博士與研究團隊以保存良好的鴛鴦湖為研究對象。在國科會（現在的科技部）的支持下，他們將裝有感應子的浮筒放在湖面上，每十分鐘測量並記錄湖面上風速、風向、水中溶氧量及不同深度水溫等數據隨著日夜和氣候變換的改變，李老師說：

「這些就是IoT的原型，所有的數據都是持續的測量並且以無線傳輸到計算中心，因為他們不可能在湖邊以人力24小時監測。」

經過一年多的研究，結果顯示鴛鴦湖的淨生產力在初夏及仲秋最高，在颱風季節則有顯著下降，因為颱風豪雨會對湖泊造成強烈的沖洗作用，湖泊中的菌相和營養鹽更新而暫時降低淨生產力，但是颱風的降雨同時也擾動了原本分層無法翻騰的夏季湖水，反而使生態系接著活潑了起來。

「他們的結論是：颱風是台灣中小湖泊生態系重要的動力來源。」

溫帶湖泊有季節性的變化，熱帶湖泊因每日翻騰作用有很高的生產力，「而研究發現鴛鴦湖的動力來源除了這兩項以外，還有『颱風』這個額外的因子。這個重要的生態研究，是在台灣早期IoT輔助下才能做到的。」李老師說。

如果我們為地球穿上各種感應子……

台灣科學家在鴛鴦湖的研究中說明了物聯網對地球的重要性，在另一個悲傷的事件中，科學家則是期望物聯網能避免遺憾發生。2009年莫拉克颱風在台灣南部造成極大的災情，其中最嚴重的災情在高雄市山區的小林村，小林村東北角的獻肚山因颱風帶來的大量降雨而崩塌，滾滾黃沙瞬間淹沒小林村，造成數百人死亡。

「其實過去的研究認為小林村西北角的山頭是比較危險，所以大型的通訊設備恐怕因此建設在東北角，」但八八風災時東北角的獻肚山反而是災難的中心。如果能在環境中安裝各種感應子，以物聯網長期佈局監控降水量、河流流速、雨水滲進地層的情況、山的深層結構等等，或許可以協助科學家計算土石流發生的機率，藉由種種徵兆預測事件的發展，避免憾事重演。「當我們加入物聯網、智慧化的思維，就會看到各式各樣、全面性的樣貌，這是跟以前完全不一樣的事情。」李老師說。

人手一顆感應子總共消耗幾座核電廠的能量？

早在1980年代，柏克萊大學提出「Sanddust（砂粒）」的概念，以微機電作出小型感應子，這麼一來可以降低感應子的價錢，就能在地球上廣布感應子，得到過去無法獲取的知識。IBM也曾經提出過「智慧地球」這個類似的計畫。但若想在地球各個角落裝上感應子，必須先克服能量的問題。

「假設我們要丟出一百億個感應子，而一個感應子耗電率為1毫瓦（mW），全部加起來就要0.1吉瓦（GW），核四電廠一個反應爐的發電功率是1.35吉瓦，光是一百億顆的耗電就要十分之一個核電反應爐，一百億個感應子很多嗎？每個人身上裝一個就超過這數量的一半了。」

李老師概估感應子的能源消耗，奠基今日雲端思潮的資料中心（Data Center）所需要使用的能源，就已消耗全球6%的能源，而物聯網更加蓬勃的時代勢必會產生極大量的資訊，未來雲端儲存空間還會消耗更多能源。降低能源消耗是物聯網發展的重要環節，因為要在資訊跟能源這兩個工業革命的對應元素同時進步之下，才能催化成物聯網革命。

美軍很久以前就開始設法解決行動裝置的能源問題。通訊科技在軍事的重要性可想而知，戰士們身上大概要準備6~8顆鋰電池，才能確保衛星電話、紅外線夜視鏡、通訊、防護等等配備在沙場上能隨時使用。為了維持這種行動裝置的能量來源，許多科學家探討各種人體動能擷取技術（human motion energy harvesting technology），將發電器放在耳朵、膝蓋、腳底，將溫度、震動、壓力、化學能等等轉換成電能，甚至還曾經考慮利用身體裡的血糖產生電能。

「energy harvesting （能量擷取）是個很大的領域，可以讓感應子不需要一直換電池，像是鴛鴦湖中的感應子就很需要這樣的研究，它不管是閒置、感測、傳輸，都需要用電，在野外不可能以人力更換電池或充電，所以很多人研究從風力、震動等等來源取得能量。」李老師說。

應用科學是基礎科學的聚焦

物聯網對產業、商業和科學研究帶來的好處已經有目共睹，在物聯網持續改變我們生活的未來，能量擷取是其中很大的結構，需要科學家持續研究，才能不斷的突破科技極限，「那麼，到底應用研究重要還是基礎研究重要？」李老師提出一個大哉問。其實應用或基礎導向的科學研究不應該有價值高低之分，「比較好的說法應該是中經院的陳信宏所長所說：應用研究是大平台，讓各種創新知識彙整、聚焦在這個平台上，而在這個過程中，跨領域的結構也更容易出現。」

以物聯網為例，作為一個科技的應用平台，它需要各種技術聚焦於此，像是感應子開發、高效的能源擷取、訊號傳輸、智慧的節能城市發展、通訊協定的需求……等，其中能源擷取也是一個各種科技的大聚焦平台，從震動擷取能量需要機械和機電子專業的聚焦，利用太陽能發電需要電子、光電專業的聚焦，用無線傳輸取電則需要傳輸技術和電力系統人才聚焦，這些都是基礎研究一路聚焦到產業端的例子，越接近產業端就收縮成更專注的主題。

物聯網現在已經對產業、科學研究帶來許多好處，未來的應用更無可限量，科學家一步步突破技術上的障礙，讓感應子如沙粒般撒在地球各個角落，我們就可以得到更多知識、更了解這顆星球，進一步理出人類、所有物種與地球間，更適合的共存共榮之道。

【下回預告】素番茄的科普難題

利用物聯網研究台灣湖泊生態系的利用物聯網研究台灣湖泊生態系的金恆鑣博士，他的哥哥，作家金恆煒，曾在一篇探討基改食品的文章中寫道：「老闆，來杯『素』的純番茄汁！」，雖然這是文章中虛構的素食者點餐台詞，但還是相當令人好奇：番茄難道不是素的嗎？1990年代曾有生技公司嘗試在番茄中加入魚的抗凍基因來研發耐寒番茄品系，「這個番茄是葷的還是素的呢？大部份人會覺得：『有動物基因，嗯，是葷的。』但對我們學科學的人來說，番茄當然還是素的，因為基因並沒有動植物的差別。」李老師說，「差別在科普。我常以這個例子來說明，看似複雜而令人害怕的東西，其實只要從原理來看就能理解。」

轉入動物源基因的植物究竟素不素？每個人有著不同科學知識含量及對問題的認知，因而會有不同的解讀和答案，若補充大家的背景知識是否就能消弭認知差異？科學普及能如何改變人們思考和判斷呢？關於李世光老師這幾十年來推廣科學教育的精采故事，都在下一回的「極光片語」！

【極光片語】專欄收錄李世光老師的訪談，每一段小故事、小物件的背後，都有饒富趣味的科學道理。吉光片羽比喻殘存的珍貴文物，象徵李世光老師在科學研發的高昂志氣和人生智慧；傳說見到極光會帶給人一輩子的好運，期待讀者在本專欄得到的啟發，都能像看見極光般感動。