你累了嗎？NPNS可隔空偵測

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

文／劉珈均

紓壓音樂、駕駛狀態偵測、紓壓椅、運動計步器等等看似不相關的發明，都與「心跳」相關聯，而背後核心感測技術一開始是偵測地雷用的，這是怎麼回事呢？量測技術發展中心十幾年來研究非接觸式的生理感測技術，藉UWB與NPNS感測、解析生理訊號，研發一系列有趣而實用應用服務，已獲得67件專利。

「UWB（Ultra Wideband，超寬頻雷達感測技術）」與藍芽、Wi-Fi一樣，都用於無線短程訊號傳輸，而UWB其原理是低功率雷達，當受測目標產生脈動，發射與返回的脈衝信號時間間距也跟著變動，在適當距離內（約1公尺），UWB可透過微小變動偵測呼吸心跳等生理訊號，便成為非接觸式的感測器，不須緊貼皮膚，可隔著衣料感測，不受配戴形式或雜訊影響，特別適合需要密切監控生理訊號的對象如嬰幼兒、疾病患者。

團隊研究UWB已15年，工研院一開始與俄國航太大學合作研究，UWB早期作為軍事用途，如地毯式搜查地面下是否埋有地雷。「從出生到老，人對醫療的需求不減。」量測中心前瞻微型感測實驗室主任林宏墩說，因此團隊研究如何將UWB短程通訊轉而應用在醫療與民生用途，開發各式各樣的應用。

林宏墩說，「心跳」透漏著許多訊息，首先就是生命跡象；另外，一般多用腦波分析評估睡眠狀態，但受試者須配戴一些配件，此舉就可能影響睡眠，若以心跳分析便無此顧慮。心跳資訊可對應於人的睡眠狀態，繼而判斷人的疲勞程度，甚至也可偵測呼吸中止；現代人的保健意識漸漸崛起，注重健康與運動，透過心跳也可評估人們的運動是否有效，結合動作感測器，幫助人們記錄運動狀態的計步器便由此而生；心跳變異也與交感、副交感神經的狀態相應，而交感與副交感神經的活躍程度正是與情緒相扣連，解析心跳便也能初步推導情緒狀態。

林宏墩說，感測人們睡眠時的心跳呼吸也能據此分析睡眠情況，但單單知道呼吸、心跳數值的意義還不大，「我自己也知道我睡眠不好，更重要的是知道以後，要如何解決它。」團隊靠演算法將心跳數值轉為有意義的資訊，再將資訊轉化為後續應用服務。

把UWB嵌入床墊裡便成了智慧床墊，有些人有呼吸中止症，而床墊持續感測心率與呼吸，一發現有狀況發生，便自動微調頭部與頸部傾斜角度，在不打斷睡眠的情況下就能幫助使用者恢復正常呼吸；他們也曾與風潮音樂合作，探討特定旋律舒緩情緒的效果，發行紓壓音樂輯；團隊也研發了一款紓壓椅，椅子埋有UWB生理訊號感測器，即時偵測人的心跳，推導當下情緒壓力指標，並推薦適合舒緩心情的音樂。

文創也是個應用面向，團隊曾在花博館設計一項作品，觀眾站在特定位置，眼前屏幕長了幾棵樹苗，感測到觀眾的心律而生長，蝴蝶也因此從蛹脫出、翩翩飛舞，彷彿觀眾將生命能量傳送給它；書法講究「氣」的流轉，表現在呼吸上就是運息，團隊曾與故宮合作「行氣」，感測器埋於椅子下，人坐上椅子，控制呼吸，面前的投影布幕會自動寫下書法字，字體隨椅上觀眾的呼吸呈現或濃或淡的墨色，觀眾「用呼吸寫書法」，名副其實的具現「行氣」。

回憶印象較深刻的研究過程，林宏墩說，有段時期團隊埋首研究騎腳踏車時的動作感測，成員賣力輪流騎腳踏車，先是在實驗室內騎健身腳踏車，再到路面試試顛簸環境下運作如何，「有成員騎到膝蓋都受傷了！」而研發困難點在於，實際應用場域不若實驗室單純，有許多雜亂的訊息干擾，必須不斷調整。

未來，團隊計畫研究非接觸式的血糖感測，並繼續開發更多應用服務。

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文／劉珈均

紓壓音樂、駕駛狀態偵測、紓壓椅、運動計步器等等看似不相關的發明，都與「心跳」相關聯，而背後核心感測技術一開始是偵測地雷用的，這是怎麼回事呢？量測技術發展中心十幾年來研究非接觸式的生理感測技術，藉UWB與NPNS感測、解析心率與呼吸，研發一系列有趣而實用應用服務，已獲得67件專利。

團隊研究UWB已15年，將UWB從軍事用途轉而用在民生與醫療應用，「NPNS（Nanosecond Pulse Near-field Sensing，奈秒脈衝近場感測技術）」是團隊的另一項著力研究，兩者皆為低功率雷達，運作原理差不多，當受測目標產生脈動，發射與返回的脈衝信號時間間距也跟著變動，透過微小變動偵測呼吸心跳等生理訊號，便成為非接觸式的感測器。但NPNS頻率未落在UWB的定義範圍，便為它另起一個名字。

林宏墩說，「心跳」透露許多訊息，首先就是生命跡象；另外，一般多用腦波分析評估睡眠狀態，但受試者須配戴一些配件，此舉就可能影響睡眠，若以心跳分析便無此顧慮。心跳資訊可對應於人的睡眠狀態，繼而判斷人的疲勞程度，甚至也可偵測呼吸中止；現代人的保健意識漸漸崛起，注重健康與運動，透過心跳也可評估人們的運動是否有效，結合動作感測器，幫助人們記錄運動狀態的計步器便由此而生；心跳變異也與交感、副交感神經的狀態相應，而交感與副交感神經的活躍程度正是與情緒相扣連，解析心跳便也能初步推導情緒狀態。

一般穿戴式設備如Apple iWatch，穿戴時須緊綁著手腕、讓手錶貼著皮膚，否則雜訊便容易進入。而微型雷達偵測技術不僅可隔著衣服感測，也不受佩戴形式或是外在光雜訊的影響，更適合用於穿戴型生理感測裝置。

團隊以NPNS開發了幾項應用，包括「心跳感測手環」、「連續血壓量測手環」、等，錶帶有可撓的薄型天線，偵測配戴者的心率與血壓；把NPNS感測器設置於安全帶上，便成了「疲勞感測與警示裝置」，偵測駕駛的心率與呼吸變異特徵，推導駕駛的情緒與疲勞狀態，在駕駛疲勞時發出預警，增進行車安全。

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