0

0
0

文字

分享

0
0
0

以「人」為本的科技-智慧車載聯網系統

創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
・2015/03/28 ・2182字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 537 ・八年級
相關標籤: 運輸系統 (1)

文\王昱夫

下班時刻,結束一天疲倦、剛走出公司的我,拖著步伐緩緩走向公車站牌,五分鐘,五分鐘,再五分鐘,今天好像等了特別久,我的焦躁和怒氣隨著等待逐漸升溫(雖然今天的天氣頗冷),為什麼這些大眾交通工具的排班不能夠再更人性化一點呢?總是照著僵化的時刻表,遇上交通打結時刻卻又無法變通?常常,一部公車不是擠滿了人,就是空空如也,無視人的需求,固執地執行著任務。

過去100多年來,汽車產業發展,由強調動力,到電子制控,都是從「車」的觀點在面對消費者,卻時常忽略了「人」才是使用者的重要事實。資策會智通所開發的「智慧車載聯網系統」便因應此問題而生,以「需求反應式運輸系統」及「行車診斷」兩大功能,將車輛建構成智慧型的互動場域,試圖從使用者的角度出發,使車輛去幫助「人」解決問題!

資策會何副執行長與我們介紹智慧車載系統的理念和技術。
資策會何副執行長與我們介紹智慧車載系統的理念和技術。

資策會的智慧車載聯網系統主要分為兩部分:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  1. 需求反應式運輸系統:

搭乘公車或是客運之類大眾交通工具最常遇到的問題,就是班次不彈性,無法在第一時間因應某地搭車人數調整班次時間,這種情形在一些比較偏鄉地區或者大型工業區內部的接駁車更是常見。需求反應式運輸系統便是針對這樣的問題提出的解決之道,這套系統可以收集並依據乘車人員的動態需求,經由電腦優化計算後進行自動化派車服務。

乘客可以事先下載app或透過網路平台預約車輛,該需求資訊會被上傳至雲端主機,運用多參數優化演算法進行排程(優化的參數包含「等車時間」、「乘車人數」、「地點」、「循環路徑」⋯⋯等等,其目標可以由派車公司配合其策略進行設定),依據排程結果電腦便可自動化派車,達到優化目標。舉例來說:我今天在下班前先用app預約乘車,我的預約、地點、時間即上傳至電腦與其他人的乘車資訊一起計算,系統若是以優化等待時間為最大目標,便會統整各預約資訊,找出最恰當的派車路線和派車時間,將結果發送給派車業者進行派車,達到讓每個等車人的等待時間最小化目標。

這項技術目前已經被運用到台中市工業區的「藍光一號」公車,在工業區內的接駁車以「總等車時間」為優化目標,提供區內乘客最有效率的運輸服務。另外,新北市的復康巴士,也應用此技術成為全國第一個使用e化智慧排班系統的城市,在成果上,需求反應式運輸系統讓整體復康巴士的「共乘率」優化了近50%,有效提高了復康巴士的使用效率,增加新北市共10萬名以上身障業者搭乘復康巴士的機會。

從使用者的角度出發,需求反應式運輸系統提供了更即時、更因應「人」需求的服務;從業者的角度來看,這項技術也讓派車變得更有效率,節省了不必要的成本、能源浪費(若是一班車的共乘率低,自然提高成本),對雙方都是極有利的!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  1. 行車診斷應用:

與需求反應式運輸系統相比,行車診斷是從另一種角度去試圖滿足駕駛人的需求。當我們在開車時,車體本身的各類資訊,如引擎轉速、引擎溫度、胎壓⋯⋯等等,除了少數會顯示於儀表板上外,有很多細節其實是被隱藏起來的(其實過多資訊對一般駕駛人而言也無法分析,不如藏起來不要干擾駕駛)。

行車診斷系統不只診斷車況,還可以偵測路況,並利用雲端通知其他車輛。
行車診斷系統不只診斷車況,還可以偵測路況,並利用雲端通知其他車輛。

行車診斷應用技術建立了一套雲端車況的大數據資料庫,在車輛發動期間,系統會自動上傳車體資料給雲端,並且比對資料庫中的故障訊息(內建超過3000種以上情形),進行車況診斷(對不同廠牌不同年份的車款都有建檔進行分析),如此一來,便可透過顯示器告訴駕駛人,車子哪裡目前可能出現了故障,即使在沒有故障的時候,也可以由電腦針對駕駛人習慣提出建議,改善車體不良的運轉狀況。

行車診斷系統不只診斷車況,還可以偵測路況,並利用雲端通知其他車輛。
行車診斷系統不只診斷車況,還可以偵測路況,並利用雲端通知其他車輛。

想像一下,今天可能開車開到一半突然拋錨了,行車診斷系統就會根據剛剛上傳的車體資料進行分析,再回饋給駕駛人,告訴我們是哪部分出了問題,以及該如何修理,若無法直些修理,系統也會自動化通知車廠,方便進行維修事前準備;或者另一種情況,駕駛者太常急踩油門又急煞車,導致耗油量異常快速,行車診斷應用系統也會在過程中提醒駕駛人,避免對車體造成更大的負擔。

另外,除了分析車況,整個監控系統還包括了對路況的偵測與警告,當前方有異常路況發生,系統便會將警告資訊上傳雲端,同步通知該路線上的後方車輛,對預防車禍發生將是很大的幫助。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
智慧車載系統研發團隊。
智慧車載系統研發團隊。

「我們就是希望車輛的設計可以更與ICT產業做結合,提高對『人』的需求的重視啊!」開發團隊告訴我們。工業革命、資訊革命兩者的結合,或許正是落實在智慧車載聯網系統之上,在未來,我們與車將擁有更加密切的關係,如同夥伴,與我們一起成長,適應環境,並不是人去配合車子,而是車子來體現人的需求,一切回歸至人的需求面上,讓開車這件事,變得智慧變得不一樣。

導航影音資訊可同步至手機。
導航影音資訊可同步至手機。

更多資訊請參考解密科技寶藏

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
81 篇文章 ・ 3 位粉絲
由 19 個國家級產業科技研發機構,聯手發表「創新科技專案」超過 80 項研發成果。手法結合狂想與探索,包括高度感官互動的主題式「奇想樂園」區,以及分享科技新知與願景的「解密寶藏」區。驚奇、專業與創新,激發您對未來的想像與憧憬!

0

0
0

文字

分享

0
0
0
不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

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)」:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  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。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
251 篇文章 ・ 321 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia
繁 简