引擎是把熱轉成運動的一種裝置，除了傳統的氣體加熱膨脹以外，其實還有其他種方式，例如之前介紹過的熱泳粒子引擎，或是輻射計 Crookes radiometer。這影片是展示怎麼用橡皮筋做出熱引擎（在費曼物理裡有提過這例子）。
一般的橡皮筋是由糾結的高分子所組成的，當加熱時候因為各個分子段可以動的方式更多，所以就像纏的越複雜的線會越小一樣，加溫的高分子橡皮會因為纏的越複雜而收縮拉緊（與一般的熱漲冷縮不同）。影片中的燈可以幫橡皮筋加熱，加熱後的橡皮筋因為收縮所以把那部份的邊緣往中間拉一點，這樣一來重心的位置就向沒有加熱的那邊偏移，一旦重心偏移發生，整體就受到一個力矩開始轉動。
雖然是簡單的原理，不過這樣簡單的設計就能把熱能轉成動能，或許有更多聰明的設計可以在不同的場合（太空或是微小化的元件）做為合適的熱能轉換裝置！
本文原發表於 科學影像 Scimage
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？
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）。
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。
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。
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：
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）。
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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一級方程式賽車（F1 賽車）與電動方程式賽車（FE 賽車）聽來沒什麼不同，但實則南轅北轍。
F1 錦標賽歷史源遠流長，風靡全球，以單座賽車飆出競速運動的極限。 F1 賽事中有最快的車、有自 1950 年來的悠久歷史，還有各世代車迷津津樂道的傳奇車手。另一方面，FE 賽車帶來的是創新與突破。FE 錦標賽始於 2014 年，參賽車種全由電力驅動，比起狂飆耗油，更重視節約能源。而 FE 錦標賽為了吸引觀眾目光，參賽車的外觀也與 F1 賽車非常相似。 近年來 F1 賽事也開始引進環保科技， 導入能源回收再利用系統，賽車因此搖身 一變為油電混合車。2014 年，F1 賽事的主管單位國際汽車聯盟（FIA）下令，所有 參賽車輛都須減少三分之一的燃料消耗。
FE 賽事不太可能威脅到 F1 賽事的商機，因 F1 賽車以全球頂級賽道為舞台，場地路況佳；FE 賽車則主跑道路賽事，不適合電視轉播。另外，賽車的魅力部分來自於引擎全力運轉的轟鳴聲；FE 賽車有氣無力的電動引擎聲，實在無從比擬。因此 FE 賽車短期內不會喧賓奪主，反倒是有機會看到 F1 車隊在未來引進純電動車科技。
F1 賽車目前採用的開放式駕駛艙，雖能讓觀眾掌握駕駛的一舉一動，但也讓車手的頭暴露在外，導致發生碰撞或被車體殘骸擊中的風險大增。2014 年，瑪魯西亞車隊選手儒勒．比安奇（Jules Bianchi）發生事故身亡，促使各車隊以安全為考量，大幅改變駕駛艙設計。兩種新設計於焉誕生：一是由賓士與法拉利車隊研發的車頂防護桿「halo」，外觀像人字拖，可讓車手免受迎面而來的撞擊；一是由紅牛車隊開發的透明車頂罩「aeroscreen」。但國際汽車聯盟表示，可能要到 2018 年賽季才會引進上述的改良式設計。
賽車引擎的噪音是看法兩極的議題。對賽車迷而言，賽車引擎的怒吼聲只是比賽體驗的一部分。然而，引擎噪音除產生噪音汙染，更會造成聽力受損，其責任歸屬不容忽視。目前賽車迷似乎占了上風：2015 年時，F1 賽車引擎改為渦輪增壓後引發民怨，觀眾不喜歡新引擎的單調聲音。2016 年賽季排氣管規定改變，經典的猛烈引擎聲得以部分重現，但許多粉絲仍不買帳。 FE 賽車方面，賽事部高層曾考慮以假的引擎聲蓋過電池的無力運作聲，以饗看倌。但這個想法不久後便遭擱置。究竟異常安靜的 FE 賽車，能不能像吵雜的 F1 賽 車那般受到車迷青睞，還有待觀察。
本文節錄自《How It Works 知識大圖解 國際中文版》第 28 期（2017 年 1 月號）
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從現今習以為常的直升機到未來世代的自動無人機，垂直起降科技已逐漸崛起並躋身主流。
打從人類開始夢想飛行之際，便開始想像替飛機加上垂直起降的功能；其中李奧納多．達文西（Leonardo da Vinci）就是這類科技的創始者之一，他手擬了一款現代最常見的垂直起降飛機──直升機。達文西的設計雖未經實際測試，也從未真的飛離地面，但這種俗稱「空氣螺旋槳」的機器採用螺旋設計，其實早已用上了壓縮空氣製造升力的基本原理。
自那時起，有一大票發明家都希望能將自己的原型機送上藍天，但接下來五百年間，垂直起降的科技似乎沒什麼進展。達文西的自轉旋翼機（gyrocopter）儘管已經落伍許久，這位義大利天才所採用的飛行原理基本上卻沒什麼改變。
二十世紀初可說是飛行世代的開端，1907年，法國的垂直起降科技終於順利通過測試，這可是史上頭一遭。飛行界的領頭先鋒雅各．寶璣（Jacques Breguet）、路易．寶璣（Louis Breguet）與保羅．柯努（Paul Cornu）發明了可以短暫低空盤旋的垂直起降飛機，垂直飛行技術首度向成功邁開了一小步。
接下來的數十年間，航空科技發展迅速，各式各樣的設計如雨後春筍般自世界各地湧現。第一次世界大戰期間，各國對於更新、更快、更有效率的戰機需求激增以便深入敵軍，因此直升機大抵上仍然不受重視，直到1940年代與第二次世界大戰期間，情勢才改觀。德國納粹早期會運用直升機進行偵察、運輸與傷患後送等任務，但直到1944年直升機才開始量產。
數百架由工程師伊戈爾．西科爾斯基（Igor Sikorsky）設計的R-4、R-5、R-6直升機在二戰最後一年間陸續完工出廠，提供同盟國部隊諸多支援，二戰剛結束時，垂直起降飛機更是聲名大噪。與達文西的自轉旋翼機不同，新型直升機的主旋葉可以迅速將空氣向下壓擠，製造出升空不可或缺的升力，尾端也有一組尾旋翼，可以避免直升機原地打轉。
隨著國際局勢陷入冷戰時期，許多人認為垂直起降飛機會是未來的趨勢。當時全球的確有遭受核子爆炸摧殘的可能性，災難一旦成真，所有可用跑道都將遭到摧毀，因此若有飛機能夠在任何地方隨時起降，必可稱霸天空。因此，美軍後來便陸續嘗試許多古怪的垂直起降飛機，如實驗性戰鬥機洛克希德XFV鮭魚機（Lockheed XFV Salmon），或甚至是受到飛碟啟發的飛行車（Avrocar），但絕大多數都失敗，計畫也隨之中斷，唯一成功挺過冷戰時期的只有英國航太公司（BAE）製造的海鷂戰鬥攻擊機。
海鷂機也叫鷂式戰鬥機，是第一款研發成功的垂直起降噴射機；四管向量噴嘴可以將噴射機的引擎推力導向90度內的任何角度，讓飛機能夠縱向、橫向飛行，在空中改變行進方向，或甚至滯空盤旋。
海鷂機具備了垂直起降能力，所以特別適合在航空母艦上執行任務，其渦輪風扇引擎由勞斯萊斯（Rolls-Royce）製造，搭配卓越的靈活性與先進武器系統，令人不敢小覷。
另一架於冷戰時期出線的飛機則是V-22魚鷹機。在貝爾與波音兩公司聯手之下，具備縱向推力的魚鷹運輸機搭載了兩組傾斜式旋翼，能像直升機一樣盤旋或垂直降落，也能轉換推進方式，像渦輪螺槳飛機一樣飛行。
魚鷹機的飛行距離超過740公里，能夠迅速運送30人的部隊，在美國海軍陸戰隊執行重大潛入與撤離任務時扮演了重要角色；魚鷹機甚至還能將25公尺長的機翼收攏，將機身縮到只剩5.6公尺寬，因此非常適合停放在航空母艦上。
時代不同，工程師須克服的挑戰也隨之不同。軍方現今面臨的問題除了製造飛機要經濟實惠，靈活性高，飛機還要具備智慧才行；未來軍火商與國防部會愈加重視將垂直起降科技應用到軍用無人機上。
雖然目前操控這些機器的電腦已經走在時代尖端，但讓機器升空與平安落地的物理學基本上並未改變。
不管是透過遠端遙控還是自動飛行，垂直起降無人機能完成的任務將相當多元，包括運輸、偵察或甚至發起攻擊。到目前為止我們已經介紹了幾項令人振奮的願景，這些都是航空產業中最棒也最聰明的發明，垂直起降科技勢必稱霸下個世代。
美國航太總署（NASA）的混合式電動飛機別名「滑溜閃電GL-10」（Greased Lightning GL-10），翼長僅三公尺，但卻把垂直起降科技利用得淋漓盡致。十具獨立螺旋槳可加大垂直攀升的效率，接著機翼與尾板可一同傾斜改變角度，並轉為橫向飛行；兩具螺旋槳提供全部動力以節省能源，其他螺旋槳則依據空氣動力學的概念暫時收攏。
由於動力來自潤滑油般的燃料與電池電力，所以GL-10才得到滑溜閃電的別名。引擎採混合動力設計，代表這架飛機不會像一般的噴射機一樣笨重，機體設計自然俐落得多，能源消耗也減低不少。
GL-10原型機顯然體積太小，運輸酬載量不大，但NASA透露，GL-10屬於「無尺度」（scale-free）設計，亦即其重量與量度規格也能套用到更大的尺寸；也就是說，如果進一步測試順利，與GL-10相似的大型機種將愈來愈普及。
本文節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第13期（2015年10月號）
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引擎是把熱轉成運動的一種裝置，除了傳統的氣體加熱膨脹以外，其實還有其他種方式，例如之前介紹過的熱泳粒子引擎，或是輻射計 Crookes radiometer。這影片是展示怎麼用橡皮筋做出熱引擎（在費曼物理裡有提過這例子）。
一般的橡皮筋是由糾結的高分子所組成的，當加熱時候因為各個分子段可以動的方式更多，所以就像纏的越複雜的線會越小一樣，加溫的高分子橡皮會因為纏的越複雜而收縮拉緊（與一般的熱漲冷縮不同）。影片中的燈可以幫橡皮筋加熱，加熱後的橡皮筋因為收縮所以把那部份的邊緣往中間拉一點，這樣一來重心的位置就向沒有加熱的那邊偏移，一旦重心偏移發生，整體就受到一個力矩開始轉動。
雖然是簡單的原理，不過這樣簡單的設計就能把熱能轉成動能，或許有更多聰明的設計可以在不同的場合（太空或是微小化的元件）做為合適的熱能轉換裝置！
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