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太陽能板沒地方鋪?世界第一條「太陽能路」開通!

PanSci_96
・2016/03/11 ・1025字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 567 ・九年級

本文由科技部補助,泛科學獨立製作

文/王昱夫

世界第一條「太陽能路」開通了!不是小說裡的情節,也並非科幻電影的噱頭,真真實實由太陽能板鋪成的腳踏車專用道 2014 年 11 月 12 日正式於荷蘭啟用!

太陽能車道由 Imtech 公司與北荷蘭省(Noord-Holland)合作,座落於克羅莫尼(Krommwnie)這個以油布工廠及美麗風景著稱的城鎮。因應近年來日益增加的能源需求並期望提高再生能源使用的比例,太陽能路將會直接與國家電網連結,提供當地居民用電。這段劃世紀的太陽能路造價 370 萬美元,全段有兩線車道,其中一側車道鋪設有 2.5 × 3.5 平方公尺的組合磚,組合磚以水泥為基底,上方覆蓋太陽能電池並以 1 公分厚的半透明強化玻璃保護;另一側車道則沒有加裝太陽能板,單純作為測試表面材料之用。

太陽能路
圖片來源:撰稿團隊取自phys.org網站

太陽能路,正要起步

太陽能電池的最基本構造,是由兩塊摻了雜質的矽所組成,根據摻入的雜質不同(雜質的電子組態與矽不同),可分別構成「n-半導體」與「p-半導體」兩種材料;兩者組合後,電子會傾向由 n-半導體往 p-半導體跑去和電洞結合,電洞則反之,它們的移動在內部形成一電場。而當系統吸收光子,會讓在 p-半導體上的電子再度與電洞分離(電荷分離)回到 n-半導體上,此時便產生ㄧ個電位差,足以提供能量。

在這條太陽能道路的三年測試期中,研發團隊希望能收集到許多在實驗室裡測試拿不到的數據,同時,也根據這些數據對太陽能車道進行效率優化,因應不同時段的日照強弱、考慮空氣污染、嘗試新的太陽能科技(如薄膜太陽能電池)來提升整個系統的效能。

儘管有人會說,比起裝設在屋頂上的太陽能板,太陽能車道的產電效能少了將近 30%耶,那豈不是很不划算?但考慮道路比起房屋具有更廣的面積,未來若能將太陽能路的技術擴展至更廣的路線範圍,其總體貢獻量絕對是不容小覷的!

努力不浪費任何能量

另外值得一提的,在落實「以路面獲取能量」這個概念上,除了運用太陽能板外,也有公司嘗試發展道路熱電系統,希望可以將柏油路面的熱轉換為電力輸出,兼具路面降溫及額外發電的功能,在大面積鋪設條件下,對於小地區自給供電的目標似乎是可以期待的!

短期內,像是太陽能車道、熱電車道等等要普及化尚有種種技術困難,但再生能源的研究發展仍然值得投注努力;面對石化能源日漸枯竭的命運,科學研究不能未戰先逃。

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威
審校:陳妤寧


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我們的失眠和喜鵲的失眠有什麼地方不一樣?

胡中行_96
・2022/05/12 ・2031字 ・閱讀時間約 4 分鐘

輾轉反側,徹夜難眠的時候,您幾點起床?就算醒了,工作效率是否異常低落?
在此,請您非但別只想到自己,還要拿出一點同理心:因為被剝奪睡眠的澳洲喜鵲,也深受困擾。

徹夜難眠很可能會影響工作效率。圖/Pixabay

捉野生喜鵲來做失眠相關的實驗

2022 年 4 月的《科學報告》期刊,有一篇標題冗長的論文,叫做〈失眠削弱澳洲喜鵲的認知表現並改變其歌曲產出〉[1]。其第一作者澳洲 La Trobe 大學博士候選人 Robin Johnsson,認為歌唱的時辰與類型,對於喜鵲的社交生活相當重要,並以此做為研究主題[2]。且不論在 COVID-19 疫情之前,有些人就已經沒什麼社交生活,更不要談呼朋引伴一起歡唱 KTV,人家喜鵲可是隨時都過得多采多姿。

喜鵲齊聲合唱。影/Youtube

於是,牠們就被科學家抓去做實驗了。

首先,研究團隊架設陷阱,用起士誘捕野生喜鵲。為牠們戴上標有序號的腳環之後,再關進裝有監視器的房間裡。接著,為了測量腦電波圖(electroencephalogram, EEG)與肌肉電位圖(electromyogram, EMG),科學家把無辜的喜鵲抓來開刀。於其腦部表面和頸部肌肉,植入電極貼片(electrodes),方便之後記錄睡眠狀態[1]

然後,喜鵲們就去接受特訓。

反覆訓練後篩選符合資格的喜鵲來做失眠實驗

研究團隊準備了一種木製食器,左右各挖一個淺槽。其中一個槽裡,盛裝少量起士和麵包蟲。第一次食物直接攤在眼前,不加以掩飾;第二次猶抱琵琶半遮面;第三次開始蓋子完全擋住凹槽,令喜鵲啥也看不見。在訓練的初期,全部的食器都採用灰色蓋子。直到最後的「聯想學習」(associative learning),蓋子被換成黑色或白色。喜鵲掀開特定顏色的蓋子,發現下面藏有食物。這樣重複 15 次,讓牠們不把「食」、「色」的關係兜在一起也難[1]

認知測試的教具,澳洲喜鵲執行聯想或逆向學習任務。圖/參考資料 1

結訓後,研究團隊把食器裡的獎勵換成「不會動的麵包蟲冷盤」(chilled, unmoving mealworms),為喜鵲舉辦驗收成果的模擬考。除了執行「聯想學習」的覓食活動,科學家也期望牠們展現「反轉學習」(reversal learning)的能力。將蓋子的顏色調換,要喜鵲嘗試選出有食物的凹槽。這個階段有一些評分要點[1],例如:

  1. 喜鵲做出第一次選擇時,是否有延遲的行為。緩慢的反應,代表注意力不集中,或動機下降。
  2. 喜鵲得經過幾回,才能達到連續 12 次嘗試中,有 10 次正確的及格分數。
  3. 喜鵲選擇正確瓶蓋的比率。

凡是順利通過模擬考的喜鵲們,便能晉升至下一關。

在實驗的主要階段,喜鵲們被劃為三組,分別體驗下列三種睡眠模式之一:無干擾睡眠、6 小時睡眠剝奪,以及 12 小時睡眠剝奪。研究人員防止喜鵲睡著的花招,包括:迫近或拍打鳥舍、發出噪音,或是輕撫充滿睡意的喜鵲[1]。如同可憐的臺灣中學生,明明前晚都沒睡飽,隔天還得參加考試。研究人員存心要看失眠的喜鵲,怎麼失常。

人類跟喜鵲一樣會被睡眠影響行為

正式測驗的結果不出所料,沒睡飽的喜鵲容易犯錯,而且要花較長的時間,才能選出正確答案。有些喜鵲甚至失去參與測驗的動機,傾向找機會補眠。其實以前的研究便顯示,失眠也會降低人類的認知表現。諸如參與動機、清醒程度(alertness)、注意力、警戒等級(vigilance)等,都會受到負面影響[1]

除了喜鵲考試的成績,科學家也記錄了牠們社交行為的變化。失眠的喜鵲寧可睡覺,也不要唱歌。最後就算唱了,單曲的長度卻意外地延展。原本的晨曲改在中午演出,頻寬變得狹窄,內容相較貧乏,顫音也明顯減少。這與人類的口語溝通,大同小異。當一個人睡眠不足,說話的速度會緩慢下來,咬字不如平常清晰,語句重覆的機率提高,甚至可能妨礙聽眾理解講者所要傳達的訊息[1]

澳洲喜鵲有複雜的家族。牠們用歌聲來劃定疆域,分辨敵友,並建立「鳥」際關係。失眠不僅會害喜鵲把歌唱得七零八落,也會進一步危及其社交生活。既然以往的人類睡眠實驗結果,與喜鵲有那麼多的相似處,下次在抱怨疫情害自己沒朋友之前,我們是不是應該先睡飽,再來思考怎麼社交呢?

睡飽再來社交比較不會被睏意影響思考。圖/Pexels

備註:此實驗結束後,參與受試的澳洲喜鵲,均在 2019 年 7 月被野放。

參考資料:

  1. Sleep loss impairs cognitive performance and alters song output in Australian magpies (Scientific Reports, 2022)
  2. Researchers find what magpies lose from hitting snooze (Brisbane Times, 2022)


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胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。臉書:荒誕遊牧。