倦不上道–談疲勞駕駛
大家都知道疲勞駕車容易出事,但是有沒有科學的根據呢?近年來的研究顯示疲勞駕車會導致有效視覺區的窄化,因而可能增加肇事的機率。
月份: 一月 2020
大家都知道疲勞駕車容易出事,但是有沒有科學的根據呢?近年來的研究顯示疲勞駕車會導致有效視覺區的窄化,因而可能增加肇事的機率。
前一陣子,在電視上常常看到大型車駕駛員疲倦駕車而釀成大禍的新聞。事實上,行政院勞委會也逐漸重視疲倦駕車的問題,在去年農曆年前勞委會就曾針對國道客運公司進行工作時數的調查,以了解是否有疲倦駕車的可能。
疲倦駕車的「感覺」到底是怎樣呢?筆者在美國就讀研究所時,曾有一次在高速公路上疲倦駕車的經驗。當疲倦來襲時,一開始覺得視野越來越窄,世界好像只剩我的疲倦和駕車的直覺。然後,事情發生得很快,我的眼睛閉上了一秒多(這是我事後估計的可能時間)。當睜開眼睛時,發現我的車已經從原本的外車道,悄悄地跑到內車道。我不禁捏了一把冷汗,如果再多瞇個幾秒,大概就撞到護欄或其他疾駛的車子了。以高速公路120公里(大約75英里)的時速,我不敢想像後果會是如何。
知覺心理學家也注意到疲倦駕車時視野窄化的情形,當發生窄化現象時,因為視覺訊息處理的空間範圍變得狹窄,導致許多位於視野較外圍的訊息,沒有辦法得到有效率的處理。換句話說,駕駛員會「看不到」或者「沒注意到」許多外圍的訊息,導致駕車肇事率的上升。「視野」是一種比較籠統的說法,知覺心理學家用的名詞是有效視覺區(useful visual field, UVF)。
有別於我的「以身試法」疲倦駕車經驗,知覺心理學家使用系統性的實驗方法研究疲倦駕車的情形,並發現有效視覺區和駕車肇事率有密切的關聯。有效視覺區指的是一個具「功能性」或「有用的」的空間區域,這個空間區域是由眼球結構及各種處理視覺訊息的大腦區域相互作用所形成的。
在駕車時(或者從事其他需要視覺的作業時),我們以為可以看到且可以處理「所有」外來的訊息,然而,事實上我們僅能看到且處理「部分」訊息。空間區域的大小和很多因素有關,例如視覺作業的難易程度、老化、疲倦等。以視覺作業的難易程度來說,當視覺作業很困難時,空間區域會縮小,如此,注意力資源才會集中在所從事的視覺作業上,才能有效率地處理視覺作業。
為了探討疲倦會導致有效視覺區窄化的現象,心理學家使用分割注意力典範來測量有效視覺區的範圍。在實驗中,受試者必須同時進行兩個作業,也就是把注意力「分割」到兩個不同的作業上。其中一個作業呈現在畫面的中央(稱為中央作業),另一個呈現在畫面邊緣(稱為邊緣作業)。實驗人員則根據受試者邊緣作業的表現,來決定有效視覺區的範圍。
Joceline Roge和同事曾在2003年利用分割注意力典範以及公路模擬駕駛,檢驗疲倦和有效視覺區的關聯。他們在電腦上呈現公路畫面,路上有一輛車(位於電腦螢幕中央)。為了讓實驗畫面更加單調,實驗者還在路的遠端加上薄霧,且實驗過程中只有一輛車出現。受試者在實驗過程中要跟著螢幕中那輛目標車,且要和那輛目標車保持固定的距離。
實驗作業包括中央作業和邊緣作業。在中央作業裡,有個橘色的小實心圓會每隔3秒在目標車的後車窗快速閃動。當小實心圓的顏色改變時,受試者要按鈕反應。在邊緣作業中,受試者要偵測在中央小實心圓周遭出現的紅色小點,這個紅色小點會出現在離中央小實心圓4個不同距離的位置上。研究者以邊緣作業中4個不同距離紅色小點的偵測正確率的改變,來檢驗有效視覺區的改變。
實驗中,有一組受試者前晚在家有一夜充足的睡眠,另一組受試者前晚在實驗室中,整夜無眠,進行著各種靜態的活動(例如閱讀、寫作、和實驗者聊天)。他們發現無論紅色小點距中央的距離多少,一夜無眠的受試者在邊緣作業中的正確率,比一夜安眠的受試者來得低。換句話說,一夜無眠的受試者的有效視覺區,比一夜安眠的受試者縮小窄化了,導致處理出現在邊緣的小紅點的效率降低。
過去已有研究發現有效視覺區的窄化會增加駕車的肇事率。例如Ball等人曾在1993年檢驗年長駕駛者的有效視覺區、視力健康、認知功能(如短期和長期記憶、數字記憶廣度等)、以及基本視覺功能(如立體視覺、顏色辨別、對比敏感度等),也收集了受試者過去5年的車禍紀錄,並發現有效視覺區對於車禍發生率有直接且重大的影響。而視力健康和基本視覺功能雖對有效視覺區有直接的影響,但對車禍發生率只有間接的影響。因此,疲倦駕車會導致有效視覺區的窄化,而極有可能增加駕車的肇事率。
電視宣導廣告中常常告訴駕駛者「開車不喝酒,喝酒不開車」或「醉不上道」,許多駕駛者都已經有飲酒後不要駕車的觀念。但是隨著疲倦駕車而肇事的案例越來越多,駕駛人也應該有「開車不睡覺,睡覺不開車」、「倦不上道」的觀念,以免害人又害己。
外丹功是一種養生運動,它有氣功的內涵,自然地把人體先天之氣引發出來,再經由抖動及振盪讓先天之氣充貫全身。同時配合深且慢的呼吸以及集中精神,使身心一致,達到和諧。
本土氣功傳奇
外丹功的創始人是張志通,他生於1920年,原籍中國天津市,曾拜張銳為師,學習五行通臂拳。1948年奉銳師之命,攜丹功祕笈隨政府來臺。經18年苦修而練成外丹功,並於1967年公開傳授。雖然外丹功過去在國內的傳播未如太極拳廣泛,但近年來在國內外逐漸傳播開來,尤其是香港、新加坡等地,並受到相當多人的重視,尤其受到國內許多中老年人的喜愛。就以臺北市而言,平日清晨或傍晚時分在公園綠地就可以看到一些人正在練習外丹功。根據調查,練外丹功與打太極拳的人口其實不相上下。
外丹功可說是臺灣本土所發展出來的一種養生運動,是由一系列全身抖動,和諧地融合各種動作的招式所組成。它有氣功的內涵,也就是藉由抖動及振盪,自然地把人體先天之氣引發出來,再經由抖動及振盪讓先天之氣充貫全身。同時配合深且慢的呼吸並集中精神,使身心一致,達到和諧。因此,外丹功能夠使內臟充滿氣或能量,放鬆肌肉,具有促進血液循環、強化肌肉的力量、增強人體耐力的效應,而可以讓人更健康、快樂。
外丹功總共有十二式,彈抖運動是其主流。彈抖動作配合節奏的呼吸,可使人體保持肌肉鬆弛,呼吸平順,身體的供氧量充足,經過約數十分鐘(通常20分鐘即可)的彈抖動作之後,整個人便覺身輕氣爽。換言之,外丹功主要藉著全身的彈抖運動,配合呼吸的調節,來達到全身氣血通暢、增進健康的目的。
外丹功的科學研究
有關外丹功的研究在國內外都非常少,過去只有成功大學電機研究所毛齊武教授與資訊研究所張永年教授在國科會資助下,以數位影像處理技術尋找外丹功的「氣流」。毛教授表示,外丹功祛病強身的科學原理,是在外丹功發動先天氣後全身彈抖,呈現諧振現象。這時身體以其本身的自然頻率彈抖,血流的阻力減少,血流通暢,身體各部位細胞活絡,各個臟腑舒泰,心臟負荷減輕,心律調節平整,疾病自然去除,身體自然康健。
自律神經系統可分為交感神經及副交感神經兩大類,兩者相互拮抗以保持平衡。交感神經的功能包括使心跳加快、瞳孔放大、腸胃蠕動變慢、排汗增加、肌肉孔武有力等,以便應付緊急狀況。副交感神經的功能則包括使心跳變慢、瞳孔縮小、腸胃蠕動加快、排汗減少、肌肉放鬆等,使人體呈放鬆狀態。
自律神經系統的功能是調節各內臟器官的活動性,以維持個體內在環境的恆定。交感神經系統是使個體處於警覺狀態下,以應付所發生的緊急情況。交感神經的活性隨外界環境的變化而異,例如發怒、打鬥、驚慌時,交感神經系統和腎上腺都受刺激而大量分泌,所支配的各器官組織的活性也都達到高峰。副交感神經系統的作用則比較精細、和緩,主要是與保留和儲存體內能量的各種功能有關,它能刺激胃腸道的蠕動和消化腺的分泌,以加強營養物質的消化和吸收。
一般來說,交感神經系統和副交感神經系統對大多數受支配器官的功能是互相拮抗的。一個系統增強其功能,另一系統則抑制其作用,多數內臟器官都同時接受交感神經與副交感神經纖維的支配。在正常情況下,每個器官的功能通常是這兩個系統影響的加總。如果一個系統的作用因任何原因(藥物或手術)改變時,另一系統的作用雖不改變,但因兩者的作用失去平衡,這器官的功能會發生顯著的變化。
運動與健康
副交感神經活性在下列各種生理及病理情況下會降低,例如老化、急性心肌梗塞、糖尿病、慢性腎衰竭、以及充血性心臟疾病。規律的運動對於心血管系統及自律神經活性的控制有好處,因此,對於老年人有益的運動,應該是有氧的、能夠增強肌肉力的、以及柔軟度的訓練。
戈博(A. J. Goble)等的報告指出對心臟病人而言,低運動量的運動訓練效果和高運動量的運動訓練效果是一樣的。急性心肌梗塞的病人在進行心臟復健的過程中,低度及重度的運動訓練可以改善功能肺容積及心肺的功能指數。從以上研究可知,低運動量的運動應比其他運動更適合老年人。
對於老年人而言,有一些東方的運動特別受到重視,這是因為它們較易被接受、經濟,並且比較適合推廣於社區中。在許多東方運動中,外丹功是一種很特別的運動,因為它是臺灣本土發展出來的運動,適合一般的老年人及慢性病患者。比起氣功,外丹功更加複雜,需要許多的動作。外丹功利用許多傳統東方醫學的原理,達到健身、強壯的效果。
我們的研究發現雖然外丹功組(成員來自臺灣的外丹功團體)與對照組(成員來自社區,從未打過外丹功者)之間的心肺功能並沒有差異,但是外丹功受測者的許多心率變異度的指標,譬如外丹功運動前的心跳間期標準偏差、心跳間期變異係數、總功率、低頻功率及低頻功率比等,在統計學上明顯高於對照組。
研究的結果也顯示長期從事外丹功運動的人,其交感-副交感平衡指標明顯大於對照組,而副交感神經的活性則與對照組沒有差異。依這結果看來,外丹功的長期或累積效應是提升交感神經的活性,而副交感神經的活性則不受影響。
打完外丹功之後會產生令人放鬆、舒服的感覺,研究結果也顯示副交感神經活性增加。這是可以理解的,因為外丹功運動可以消耗一些交感神經的儲備能力,導致心臟副交感神經活性的增加,以及交感神經活性的增加。由於重複地訓練外丹功,人體內交感神經的儲備量可能重複地被消耗,導致交感神經的儲備能力受到代償性地刺激。這也許可以解釋為什麼長期從事外丹功運動的人,在運動之前具有較對照組為高的交感神經活性,其他有氧運動者也有類似的情形。
外丹功的短期效應是可以提升副交感神經的活性,同時抑制交感神經的活性。副交感神經活性的下降與老化有關,因此,外丹功應是一種具有促進健康的運動,可以推荐給中老年人做為一種養生的運動。
附錄
外丹功基本十二式 第一式:預備式;第二式:面東龜息吐納功;第三式:蹲身甩手百壽功;第四式:翼臂足翹一妙功;第五式:疊指為拳神祕功;第六式:仙人托天按地功;第七式:雙手合十安神功;第八式:捧珠入覲安魄功;第九式:迂迴轉帶大妙功;第十式:佇養心神定力功;第十一式:單腳垂翹固腎功;第十二式:健壯步履仙鶴功。(資料來源:Lu, W.A. and Kuo C. D. (2003) The effect of Wai Tan Kung on autonomic nervous modulation in the elderly. J Biomed. Sci., 10, 697-705.)
賞味期限是維持食物品質的最好時間,它可以是一段時間,比方說蔬果的當令時節,也可以是時間點,保證食用品質的最終時刻,這是一場買方與賣方共舞的探戈。
夏末,在各色折扣看板下,燠人的暑熱似乎驅不散東區購物街的洶湧買潮,在每個精緻的櫥窗後,購物的熱情竟不亞於屋外的驕陽。在「限期特惠」的區塊裡,消費者與成山成架的各式精品激情相遇。精打細算、身經百戰的購物高手當然不會錯過這個機會,而一波波人潮也吸引過路行人,在殷勤招呼下加入這場嘉年華會。這是年年都有,季季上演,與價格比拚的購物競賽。
回到家裡,網路上「在家創業」的耳語信件,撼動我們對生活的看法。它們往往這麼開場:「您花多少時間預知未來?機會已來臨,錯過了,很難再有下一次機會了。」接下來不外如何跳脫一成不變的生活,用更輕鬆的方法、用更少的時間賺更多的錢,以及一連串的成功見證,諸如加入系統後工作更有彈性,收入更多,不但省下時間,甚至在40歲時便可以退隱。在說明時,這些信總一再這樣強調:「維持現狀就是落伍。成功者下決定都是瞬間且正確的。您,想當成功者嗎?」這似乎是追討青春歲月,停住歡愉時光的召喚。
究竟以上兩件事有什麼共同點,讓我們把它們放在一起?關鍵是時間,或者容我精確地說,是「賞味期限」的邏輯。賞味期限是維持食物品質的最好時間,它可以是一段時間,比方說蔬果的當令時節,也可以是時間點,保證食用品質的最終時刻,這是一場買方與賣方共舞的探戈。以周年慶來說,特惠是商家掌握商品銷售韻律的方式,它的最高指導原則是在賞味期限前把貨銷出去。對消費者來說,由於折扣讓這些商品不再可望不可及,因此造就改變生活格局的期待與想像。
這種韻律在新興就業廣告中更明顯。在這些廣告中,做為「買方」的直銷公司不斷提醒收信者青春不再,希望他們儘早轉換跑道。另一方面「賣方」的應徵者淹沒在賞味期限的警告裡,似乎他們一旦與這個工作失之交臂,便錯過改變人生的機會。這是本文觀察的起點:在商業社會的邏輯裡,賞味期限不僅意味對商品的高規格要求,它也代表一組與時間相關的社會關係與節奏。
在本專欄先前的〈掌握時間,還是讓時間掌握?〉與〈遲到不遲到?〉兩篇文章中,筆者已經提過時間在社會上的兩種表現:時段與時刻。現代社會不斷精細化、標準化的結果,讓時段變成可以衡量與運算的單位,而時刻也透過世界的頻繁交通與互動開始同步運作。此外,它們也都提及「時間就是金錢」與標準化的關係。不過,到底時間與金錢是怎樣架構出現代社會,而這樣的社會是怎樣運作,造成所謂「賞味期限」的邏輯,是這篇文章想要討論的。
我們先審視「時間就是金錢」的出處,看看它給我們什麼教訓。對此,文化史學者栗山茂久有精彩的分析。他認為雖然這句話常常引用,成為「愛惜光陰」的同義語,但很少人指出它的時代意義。
根據栗山的說法,把時間與金錢連在一起的想法並不新穎。古希臘的安提豐與亞里斯多德弟子希厄福拉思塔斯就不斷提醒世人時間價昂,《國語》、《淮南子》、《史記》等古籍裡也不乏光陰寶貴的說法。雖然如此,如果仔細分析這兩者的關係,我們會發現在這些例子裡金錢只是俗世的比喻,用來說明時間對人的重要。事實上時間不但可貴,而且根本無法用金錢衡量。
但是,當這句話被富蘭克林收在他的《老前輩給年輕商人的忠告》中,之後被韋伯大幅引用,並稱它是資本主義精神的純粹展現時,「時間就是金錢」早已有與以往不同的意涵。那是工業革命的時代,也是通貨激增的時代,金錢不再僅是抽象概念,它在生活中有愈來愈重要的地位。在這個脈絡下,大家習以為常的時間反而成為方便而具體的概念,可以用來幫助一般人了解以往捉摸不清的資本體系。
從這句話的上下文可以清楚看出這個動機。按照栗山引述,這段話是放在說明金錢本質的段落,用來解釋它如何與生活準則與社會關係連在一起。比方說,富蘭克林指出時間是用來工作,也就是用來生財的。因此,逸樂的結果不僅是無謂的金錢花費,同時也要把原先應該用來工作但荒廢掉的時間所能賺得的金錢算進去。
而在下一段中他用「信用」(credit)來說明金錢,指出如果朋友借錢但到期還沒有催討,這是借錢人的信用,讓他可以利用這個時間落差好好運用這筆錢。因此,用這種方式賺到的錢可以看作與信用相當。
從以上的描述中可以看到時間固然是金錢,信用也是金錢。人的生活與社會關係要用一種邏輯去整合,那就是金錢。
栗山進一步指出這個邏輯的動力,也是金錢的第三種特性—錢生錢」。一定數額的錢在經過一段時間後,「理所當然」要孳生金錢,也就是所謂的「利息」。在語源學裡面利息(interest)與生殖有關,例如中文裡本金與利息也叫「母錢」與「子錢」或「利子」,而希臘語的tokos同時有利息與子孫的意思。但是,栗山指出這些不僅只是用親屬關係比喻金錢,事實上,這些字眼隱含做為概念金錢的生命力。
比方說,利息的「息」或有「一息尚存」的意義,而英語的「interesting」在17世紀中葉開始廣泛使用,意味人們對某件事情的渴求與好奇,都顯示其對金錢生命力的曖昧聯繫。而這才是「時間就是金錢」的時代意義,金錢似乎成為自我繁衍、生生不息的文化系統。時間也好,信用也好,不過是它在生活上的顯現而已。
唯有知道這個文化邏輯,才能知道時間在標準化後對社會的影響。我們既不是《顏氏家訓》裡的顏之推,只把愛惜光陰當作道德勸勉。而我們也不是富蘭克林,假設時間不言自明,信誓旦旦把它與金錢等量齊觀。事實上,當時的人既不了解金錢體系的繁複運作,也不那樣分秒必爭。時間與金錢真正開始相互影響,還是要等到標準時的建立與時刻裝置的發明,也就是先前本專欄裡所提到的現代社會成形後。在時間與金錢系統都開始精細化與體系化後,這兩個系統也開始悄悄地進行互換,建構無與倫比的精細體系。
這裡不擬詳細介紹這個體系。但簡單說,在這個系統裡,時間不但可以用金錢衡量,甚至可以與金錢交換。這個想法看似抽象,但不難理解。比方說請人打掃,便是用金錢購買自己的時間,受僱者則是用他們的時間換取金錢。但除了這種簡單的交換外,時間與金錢還有許多交流的形式。
例如逛街時一些人強調「貨比三家不吃虧」,但事實上他們用時間去交換可能的價格差異。頭等艙乘客比其他人更早上下飛機,或是藝術團體的後援會會員可以比一般人更早購票,也可看成是用金錢去換取更好的時間點與更多選擇。
當然,醫學裡的「黃金時間」認為應該不惜資本來挽救生命,或是做為笑談的「減少奮鬥20年」說法,認為快速的資本取得可以節省寶貴人生,也可以看成是把時間與金錢結合在一起的例子。在先前的〈掌握時間,還是讓時間掌握?〉文章中已經舉了生活中的一些例子,而類似例子還可以一直列舉下去。
或許有人會問:「那又如何?」的確,一些人並不在乎這些生活上的小小算計,金錢與時間的複雜方程式並非他們的人生重點。但是,科技與社會的研究者不該僅止於重複時間就是金錢的現象。栗山的研究事實上指出,金錢系統的特色就是不停歇的「生命力」,讓人無法置身事外。因此,最後我想指出這個體系的動態性格,而賞味期限顯示的便是這個動態的時間面向。
讓我們再回到「時間就是金錢」。雖然富蘭克林用例子說明兩者可以互換,但他並未指出「兌換率」要怎樣決定。當然很多因素決定這些比率,而且要「有行有市」交換才能成立。不過如果我們反向思考,有時「打壞行情」的不合理價格也有其必要,因為它可以活絡市場,推動買氣。限時優惠與新興創業是這樣邏輯下的產物。
在商言商,折扣固然是規避商品貶值,加速交易的手段,「限時搶購」卻給予買者跨越階級差異的文化期望。同樣的,彈性上班只是給工作者方便,但「在家創業」卻主打時間的精準運用,透過收入比較與立即創業的誘因,給予參與者「時間生出時間」的想像。可想而知,如果有這種好康的工作,也必定是限時商品,需要「有心人」的加入,無誠勿試。
這是現代社會人們忙碌的目的,也是賞味期限的標準學。折扣或在家創業都不是常態;特惠的「折扣價」需要尋常的「不二價」來彌補,在家創業所勻出的時間要從其他「活在現狀」的人那裡去擠壓。雖然如此,它們卻有存在的價值,讓有心人可以把改變人生的渴望轉化成具體的生活目標。而在這個意義下,「賞味期限」多少對這劃出底線,催著他們儘早行動,這或許才是我們看到的社會。
一些人忙碌而興奮,因為他們相信成功屬於「自己設計藍圖,打造夢想的人」的手上。而對一般人來說,時間與金錢的變身交錯早已讓人眼花撩亂,從街頭到網路,它們無所不在。
而誰能拒絕夢想,抵抗欲望的試煉?羅馬哲人普魯塔克說得好:「把自己與這些忙人牽在一起沒啥好處;克制好奇,訓練它服從理性,方使你受惠無窮。」各位21世紀的現代人,請闔起文章,閉上眼睛,放空自己,體會到了嗎?
希臘人與羅馬人在很早以前,就已經使用類似水泥的物品在建築物上了!水泥摻了水為什麼會變硬?五花八門的水泥裡面,摻雜些添加物,不僅可以改變顏色,也可以改變用途。
水泥的由來
古代的希臘人與羅馬人建造了無數的道路、城牆、溝渠等工程,一直到今天,這些工程中的一小部分仍然使用著。它們會這麼堅固耐久,不僅僅是因為希臘人與羅馬人有高明的工程設計和精心製作的磚石材料,還因為他們大量使用原始型態的水泥來結合這些材料。他們在建築工程中使用了一種石灰和火山灰的混合物,在摻水後緩慢反應變成堅硬的固體,這就是最早的水泥。
在20世紀中期,考古學家在南歐發現了古代燒窯,顯示遠在四千多年前,人類就已經利用石灰石來製作灰泥-石灰與砂的混合物。古代羅馬人特別擅長這類建材的製造,他們混合水泥與火山灰以及碎黏土塊,用來建造水渠與其他結構物。事實上,從羅馬時代一直到18世紀,水泥製造的方式和過程可以說沒有太大的改變。
英國人和俄國人都在1820年代發明了水泥。在1824年,英國人阿斯普丁(Joseph Aspdin)發明了用黏土和石灰燒而得到水泥的方法,並且取得英國的專利權。之後,從1825年起便在英國建廠生產。這種水泥的主要成分是氧化鈣和氧化矽,也就是矽酸鈣,是一種矽酸鹽。用它製成的混凝土,硬化以後,硬度、外觀和顏色,都跟當時英國波特蘭島上所產的波特蘭石材很相近,所以取名為「波特蘭水泥」(Portland cement)。阿斯普丁曾用這種水泥建造了英國倫敦泰晤士河的河底隧道。
在俄國最早發明水泥的是一位建築師契利耶夫。1820年前後,契利耶夫在莫斯科從事建築工作時,也嘗試用石灰與黏土混合起來燒製造出水泥。他使用這種新材料建造了許多建築物,其中最著名的是修復克里姆林宮的牆垣。在1825年,他寫了世界上第一本有關水泥製造的書籍,在莫斯科出版了,書名很長:《適用水下建築工程如運河、橋梁、貯水池、堤壩、隧道和磚木結構粉刷等品質優良價格低廉的泥灰土或水泥的製造指南》。
他在書裡介紹了水泥的製造方法,是把石灰和黏土以一比一的比例混合攪勻,然後加水摻和,製造成如磚塊大小的方塊,在爐裡燒到乾,然後把所得的產品碾細過篩,就製成了水泥。他說,如果在攪拌時加些石膏,可以使水泥的強度增加。這種製造水泥的原理,跟現代幾乎完全相同。
水泥為何會凝結
不同種類的水泥有不同的組成,以使用最多的波特蘭水泥為例,有氧化鈣(CaO)占63%、二氧化矽(SiO2)占22%、氧化鋁(Al2O3)占6%、三氧化二鐵(Fe2O3)占3%、氧化鎂(MgO)占1.5%、三氧化矽(SiO3)占1.5%、氧化鈉(Na2O)與氧化鉀(K2O)共占0.5%、其他成分占2.5%。
科學家嘗試研究水泥凝結的機制,靠著電子顯微鏡的幫助,才知道了水泥的「內幕」。當水加入水泥粉中以後,就產生化學反應而開始硬化。整個過程的發生可以分成兩個步驟。第一個步驟在水泥與水混合後就開始了,雖然水泥已被磨成極細的粉末,但在顯微鏡下仍然可以看出它是由小的粒子組成的,這些小粒子迅速被一層薄薄的凝膠包圍。這層凝膠慢慢地擴大,一直到粒子與粒子間相互接觸而附著在一起。在兩小時以內,就會形成一種濃密如黏土般的黏性物,稱作水泥漿。
第二個步驟大約在摻水3~5小時以後才開始,包著顆粒的薄膜開始朝外生出一些莖狀物。在這個時候,從電子顯微鏡看來,每一個粒子都像是一隻迷你的刺蝟。這些中空管狀的小莖,在反應進行中越生越多,越生越長,並且開始互相交織,最後形成錯綜複雜的網狀物,這種結構使得水泥漿混合物更加牢固。再經過幾個小時,它就像岩石一般地堅硬了。
由於電子顯微鏡的使用和化學研究技術的進步,我們對於上述的反應過程,才能有充分的了解並做精確的描述。透過這種了解,科學家才能試圖改變反應過程,以生產品質更佳的水泥。
水泥顏色的變化
從簡單的四層樓公寓到高聳入雲的摩天大樓,從溪上的小橋到橫跨水庫的大壩,都要使用水泥,而且各有不同的需求。要滿足各種工程的不同需要,不一定要生產各種不同的水泥,也可以在普通水泥裡摻入一些添加物來解決。目前,市面上已經有多達三百多種以化學劑、礦物劑、泡沫劑為主要類型的各種添加劑,分別具有疏水、防水、緩凝、抗凍、防腐、染色、膨脹等各式各樣的功能。這些添加物可以使水泥適應造屋、橋梁、水利、道路、船舶、工業等各種不同的需要。
水泥建築物大多數呈現灰灰暗暗的顏色,所以常以「水泥叢林」來形容大城市的市貌。為了彌補水泥色彩單調的缺點,可以用不含氧化鐵和錳的純粹石灰石和白黏土製成白水泥。在灰白色的水泥中加進硫酸鋇,也可以起增白的作用,成為白水泥。另外,摻入貝殼磨成的粉,也可以燒製出另一種白水泥。
有了白水泥當底子,就可以生產出彩色的水泥。例如在白色水泥中加進氧化釩,可以製成紅色水泥;加進鉻酸鉛,可以製作成黃色水泥;加進氧化鉻,可以製成綠色水泥;加進硫化錫,可以製成金色水泥。這些加工物可以使得城市建築物變得更亮麗多彩。最有趣的是「變色水泥」,在水泥燒製過程中加進二氯化鈷,它在空氣乾燥時,呈現藍色;天快要下雨空氣潮濕時,它變成紫色;下雨以後,這種水泥又因為吸了水分而變成豔麗的玫瑰色。除了多采多姿以外,還可以預報天氣呢!
特種水泥
隨著科學技術的進步與使用上的需求,也出現了具有各式各樣奇妙功能的特種水泥,例如耐酸水泥、彈性水泥、潤滑水泥、油井水泥、防水水泥、快硬水泥、膨脹水泥、耐高溫的高鎂水泥、放射性包封用的水泥等。
貯存水泥時,不能讓它受潮或被雨淋濕,以致結塊變硬,失去效力。如果在水泥熟料磨細的時候,加進一種叫油酸鈉的化合物,在磨出來的水泥顆粒表面上就會形成一層防水薄膜,成為防水水泥。這種防水水泥在運輸過程中不怕雨淋,即使在潮濕的地下室裡貯存幾個月,也不會結硬。防水水泥不但方便運輸和儲藏,用它組成的混凝土有黏性較大、耐凍性較好、耐蝕性比較高、膨脹較小等特性,適合在高層建築上使用。
防水水泥既然不怕水,會不會影響它與水摻合成混凝土呢?這倒不必擔心,因為當防水水泥和細砂、石子、水摻合攪拌時,砂石會把水泥顆粒外面的薄膜割破,讓水泥恢復原來的面貌,馬上就可以與水結合了。
為了縮短施工時間,提高效能,可以使用快乾水泥。快乾水泥也叫快硬水泥,因為它乾得快,硬得早。如果在燒製水泥的原料裡加進3%的氯化鈣,就可以製出快乾水泥,使混凝土硬化速率加快。另外有一種專門的快乾水泥,是用石灰石和鐵礬土燒到燒結狀態,再磨成細粉而製成的。這種水泥在結硬的時候,會放出大量的熱,很適宜在冬季施工時使用。快乾水泥大半用在與時間賽跑的工程上,例如快速搶修工程、重要道路的修補工程等都得用到它。
以普通水泥為原料摻合的混凝土,在結硬的時候體積往往會微幅縮小,因此建築物上偶爾會出現一些細小的裂縫。如果在普通水泥原料中摻入大約2%的硫鐵酸鈣,就成了膨脹水泥,體積膨脹約0.15%。它可用來修理破損的建築物,當膨脹水泥混凝土硬化後,就緊密地與原來的混凝土膠合在一起,減少了收縮的裂痕。另外,膨脹水泥有不透水的特性,廣泛使用在許多工程中,如海岸與水庫的堤壩、防水層工程、建築物柱子的連接、礦井和機器底等都會用到它。
水泥遇到強酸強鹼會發生化學作用,使得混凝土受到損壞,因此化學工廠的廠房,一定要用能耐得住強酸鹼腐蝕的水泥。如果用石英砂、氟矽酸鈉與水玻璃依一定比例調和,乾燥以後再把它磨細,就可製出耐酸的水泥了。耐鹼水泥是在普通水泥中加入石灰岩、白雲岩、花崗岩和石英砂為材料製成的,這種水泥適用在建造容易受到鹼液腐蝕的化學工廠的操作平台、樓板、地基等。
大約10年前,英國的卜內門公司發明了一種稱為「無缺陷水泥」的新產品,改變了人們對水泥的傳統形象。水泥雖然很結實,但它有個缺點,那就是「脆」。卜內門公司的研究人員設法克服這個缺點,他們發現,水泥製品凝固時,隱藏在其中的氣泡是降低強度的主要原因。因此,他們在製造水泥製品的過程中,採用完善的攪拌方式,驅除其中的氣泡,同時加入少量聚合凝固物質,結果就得到一種新型、無缺陷的彈性水泥。
這種彈性水泥能夠在一定範圍內被壓縮和拉伸,一張0.3公分厚的水泥薄片居然能如橡皮那麼柔軟,用手無法折斷它。如果把這種軟的水泥條纏繞在硬紙筒上,凝固以後就像彈簧一樣具有相當的彈性。彈性水泥可以像塑膠一般澆注或模壓成各種形狀,做成水泥齒輪等物品。工業界普遍認為彈性水泥會在許多方面取代塑膠與金屬,使水泥的使用領域更加廣闊。
高速公路帶來交通便利,但來往的車輛也發出很大的噪音,因此在穿過市區的路段通常都要築起隔音牆來降低噪音。最近德國的道路工程師正在研發一種「悄聲混凝土」,以減少噪音的分貝數。
高速公路的建材是以瀝青為主,工程師把減音材料混入瀝青中,發現確實有減音效果。可惜的是這種效果並不太能持久,根據實驗,只能維持8年的時間。於是就嘗試把減音材料摻入混凝土中,初步實驗發現能把噪音減低一半,比瀝青效果好。這種悄聲混凝土減音效果的持久性還在測試與改良中,目前還未到實際使用階段,我們且拭目以待吧。
水泥工業的污染性
雖然水泥為我們帶來這麼多的好處,尤其是在建築物和交通上,然而水泥的原料主要是從礦石開採來的,生產水泥是一種消耗能源也不可避免地帶來一些污染的工業。
水泥工業是一種高耗能的產業,所耗用的燃料主要是煤炭、電力和重油,生產每公噸的水泥平均要耗用112.9度的電、132.7公斤的煤和0.42公升的重油。依據經濟部能源局的調查報告,水泥業消耗各項能源的比率是燃煤75%、電力23%及燃油1.5%,能源支出占總生產成本的三分之二以上。
水泥工業造成的空氣污染是很嚴重的,在臺灣地區的84種污染行業中,水泥業就在前幾名。每年排放近10萬公噸的硫氧化合物(SOx)、和大約2萬5千公噸的氮氧化合物(NOx),這兩者都高居污染行業的首要地位。總懸浮微粒(total suspended particulates, TSP)的排放量大約是每年4萬5千公噸,也高居第2位。
另外,水泥的主要原料是石灰石與黏土。一公噸的水泥需要1.4公噸的石灰石、300公斤的黏土和60公斤的矽砂,這些原料大半來自東部的海岸山脈。過去水泥業者大都用露天的開採方式,以節省成本,但常常會造成水土流失、坍方、景觀和生態的破壞、動植物滅絕的嚴重後遺症。在環保意識逐漸抬頭以後,水泥業者大半已經改用豎井式開採法,這種從山頂鑿洞開採的方式,比較不會造成礦區地表的裸露,對整體生態環境的破壞已經有相當程度的改善。
世銀在2005年的《天然災害熱點》報告中,指出臺灣天然災害的風險危害度高居世界第一。其中,颱風造成的損失又占天然災害總損失的七成以上,臺灣的居民該如何面對?
臺灣位在西太平洋颱風的主要侵襲路徑上,平均每年約3~4個颱風影響到臺灣區域。侵略性的強風不只威脅人民的生命安全,伴隨的豪雨更會造成重大的淹水或坡地災害。根據統計,每年因颱風所造成的經濟損失約200億元。
自從1999年的921地震過後,鬆動的土石使坡地災害發生頻率較過去明顯增加。例如2001年的桃芝颱風引起約655處的土石流災害,同年的納莉颱風也造成臺北市約400起坡地崩塌事件,而2004年的敏督利颱風所引起的土石流與崩坍事件,更超過1,200處。災害的規模逐漸增加,以往的歷史紀錄不斷被打破。因此,如何運用有效的知識與技術來減災與應變,是減輕颱風災害的重點。
颱風應變作業成效
當氣象局發布颱風警報後,各級政府也分別成立風災應變中心以因應可能發生的災情。在早期,臺灣的颱風應變主要著重在災害發生時或發生後的緊急搶救。也因為如此,常常得等到災情發生以後,經過民眾的通報,應變中心才知道也才能調度救難人員或機具進入災區進行搶救。這種屬於被動式搶救的應變作業方式,常因為時機太晚而成效有限,在降低每年颱風傷亡的人數上,也無顯著的成果。
自從2001年桃芝颱風再次重創臺灣,造成214人的傷亡後,政府決定採納學者專家的建議,利用現有的防災科技,進行早期預警與災害潛勢分析,在災難還未發生前,主動疏散或撤離危險區民眾,以減少生命財產的損失。同年的納莉颱風侵襲前,中央災害應變中心邀請氣象、洪水、坡地災害的專家一起參與颱風應變,進行風災的災害潛勢評估。在颱風侵襲前,及時疏散危險區居民總共2萬4千人,開啟往後颱風災害前採取主動疏散避難的先例。
主動研判與預警疏散的颱風應變方式,是否可以有效地減低颱風所帶來的損失?關於這個問題,可以由近年來的應變作為與災情進行比對。
根據2001年到2005年侵襲臺灣的主要颱風的降雨、坡地災害、疏散人數與傷亡人數資料,可知近年來颱風的降雨強度與累積雨量並沒有減小,甚至單一颱風的總累積雨量達2,000毫米以上。但自納莉颱風來襲時開始主動疏散撤離危險區的居民以後,因為颱風死亡與失蹤的人數大幅降低,甚至在2005年後,死亡人數已經降到個位數。相對鄰近國家動輒數百人的傷亡而言,這是很好的成績。此外,疏散人數也由2萬人降低到1千人左右。可見在臺灣有關颱風應變的經驗與技術,已經逐漸成熟了。
颱風應變作業
颱風應變的第一階段是早期預警與災害潛勢分析。在早期預警方面,中央氣象局綜整全球氣象觀測、衛星、雷達、數值模式等工具,推測颱風強度變化、未來行進方向、速度等,並發布颱風警報。臺灣的颱風警報分成海上颱風警報與海上陸上颱風警報兩種。根據作業規範,當未來24小時颱風的七級風暴風半徑可能會接觸到臺灣100公里海域時,發布海上颱風警報。而未來18小時內,颱風的七級風暴風半徑可能接觸到臺灣陸地時,就發布海上陸上颱風警報。
根據中央氣象局所發布的颱風路徑預報圖,各級災害應變中心便因應颱風警報而開設。中央政府開設中央應變中心,地方政府依規定開設地方層級的災害應變中心。進駐應變中心的各單位必須針對颱風的可能災情進行戒備,積極進行水門、抽水站、堤防、重大工程的防颱整備工作。
在災害潛勢分析方面,由於臺灣豪雨所造成的災害往往遠超過風力所造成的,因此中央災害應變中心成立分析研判小組,根據氣象局提供的氣象資訊,進行全國各地區淹水與坡地災害的可能分析,並把結果提供給作業單位參考,做為抽水機調度、防救災人員配置、救災物資調配等決策的依據。更重要的是劃定危險區,並把災害危險區內需要及早疏散的老弱婦孺、病人等儘速撤離,減低災害風險。另外,在颱風期間,淹水區域預測圖也使防救災人員可以依各地區的實際狀況參考使用。
颱風應變的第二階段是災害即時監測與災中應變。當颱風逐漸影響或登陸臺灣後,災害即時監測就逐漸取代早期的災害潛勢分析。災害潛勢資訊主要提供災害發生前約24小時的減災整備參考,而災害即時監測的重點在於最新氣象、水情、交通等重要防災資訊的彙整分析,針對未來0~3小時可能造成的災情進行研判,主動採取災中應變作為,以減低可能的生命財產損失。
以氣象監測為例,目前臺灣已建立環島雷達監測網,每10分鐘更新的即時掃描,提供全島高解析的降雨分布情形。因此,當發生局部性的劇烈降雨時,應變中心防救災人員可以有較好的掌握,並通告地方政府注意降雨情形或進行必要的疏散行為。另外以水情監測為例,全臺主要河川都已建置水位監測系統,即時水位與歷程可以配合降雨監測進行分析研判,做為水門或抽水機操作的重要依據,或實施必要堤防補強等應變的參考。
颱風應變的第三階段是災情彙整與救災處置。早期在颱風過後,往往因災情資訊的不足,以及道路、電訊中斷,而無法獲知確切的災情,也因此無法有效地調配適當的救災資源或人力進入災區進行處理,而導致搶救不及。近年來,通訊及資訊技術的發達,包括無線通訊、衛星電話、遠距視訊等,還有臺灣媒體的新聞發布與防救災體系的改善,使得災情彙整與通報已經極為迅速。當需要緊急支援時,應變中心也可立即整合海、陸、空的救災能量,在最短時間進入災區,搶救需要救援的災民。
面臨的問題與挑戰
雖然近年來颱風的災害應變已有顯著的改善,但是還有許多問題亟待解決。在科技層面上,早期預警資訊仍有不足。以颱風預報路徑而言,雖然臺灣的預報誤差已經達到美、日等先進國家的水準,24小時的平均預報誤差約100~150公里,但是以臺灣南北長只有400公里、東西寬僅有200公里的土地而言,這樣的誤差仍無法完全滿足防救災應變的作業需求。因為在臺灣的複雜地形下,不同路徑造成的降雨量會有很大的不同,以目前的預報精確度而言,仍需做進一步的改善。
另外,受限於基本調查資料的不足,缺乏精細的數位化地理資訊或地圖,對於水災或土石流等災害的潛勢估計與災害境況模擬,常常與實際災情有所出入。因此,目前政府已積極推動颱風科技研發,並強化監測系統如衛星、雷達、雨量站等監測技術的整合,建立全臺灣5公尺×5公尺解析度的數值地形模型資料,並提升水氣、水情等自動觀測的品質,以期改進預報的精確度。
在防救災體系方面,災害防救法對於颱風應變有明確的規範,各級政府在汛期前都必須依照規定辦理颱風演習或演練,以求應變作業的順遂。雖然在颱風應變整體上已經有相當完整的體制,但是由於地方政府在人力與財力缺乏的情形下,防救災人員多是兼職人員,在颱風預警資訊的掌控或應變能力上明顯不足,無法在各地方直接進行災害預估與即時研判。
目前地方政府的應變中心主要還是仰賴中央應變中心的指揮,如此由上而下的應變模式,常常造成人力的浪費。而且中央對地區性的災情估計,在精度上難免不足,容易與實際災情有所出入。因此,中央政府也積極推動協力機構計畫,藉由地方上的各大專院校人力,協助地方政府進行防救災計畫的擬定、災害研判技術的開發,以提升地方政府的災害應變能力。另外,也辦理相關防救災人員的教育訓練,以提升防救災人員的專業職能。
在防救災資訊系統方面,對於颱風災害而言,各應變單位都有許多即時監測、災害潛勢分析或決策資訊系統,以滿足災前預警或應變需求,但是面臨的主要問題是各單位間的系統無法整合。因此,正當需要防救災資訊交換或災損分析時,常常缺乏一個共通作業平臺而只好獨力運作。如此一來,不僅資訊重複呈現而常造成過於龐雜或相互矛盾,應變中心決策者也無法立即得到整合後的有效資訊。
為解決這一問題,政府正積極推動資訊系統的整合,擬完成國家級的災害應變決策系統,以地理資訊系統進行整合,建立共通防救災資料交換平臺,以提升災害應變效能。
過去,由於災害所造成的生命財產及經濟損失,政府對於災害防救的觀念已逐漸改變,由過去消極承受的觀念已逐漸轉型為積極防治。因此,無論在防災科技研發、體系運作或資訊整合上,都需要投入相當的人力及物力。
雖然目前還是遭遇包括技術研發、知識整合、培訓等很多問題,但最重要的還是全民的共同參與。以颱風為例,如果民眾不配合防颱整備,像是水溝清淤、固定門窗、不作危險活動、實施社區防颱演練等,即使有再好的災害預警或監測技術,仍然會造成傷亡。因此,颱風應變的主要關鍵,就在您的手上。
臺灣氣候高溫濕熱,是適合「黴菌」生長的好環境。黴菌對於生態環境有淨化作用,在醫藥品及發酵食品的製造上也有其特定功能,對人體並非全然無益。
黴菌的學名是「真菌」,屬於微生物的一種,微生物依粒子大小與特性可分為5大類,分別是濾過性病毒、細菌、放射菌、真菌(黴菌)及藻類。現有文獻記載,已知的黴菌有6~8萬種之多。黴菌對於地球生態環境有淨化作用,在醫藥品及發酵食品的製造上也有其特定功能,對人體並非全然無益。但是,黴菌對食物、住宅、建築等造成的損害,不但影響美觀,也不衛生,人體更可能因此感染疾病或導致過敏。
黴菌的生長,一定要有可以取得營養、溫暖及潮濕3個條件。黴菌適合生長在氣溫攝氏15~20度,而且潮濕的地方。黴菌的孢子在空氣中飄浮著,隨時會附生到各種東西上。當生長的條件適合時,就會從孢子長出菌絲進行繁殖。
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青黴菌 青黴菌常生長在麵包、皮革、果皮和衣類上,種類很多,約有一百五十多種。孢子呈青綠色,因此稱為青黴菌。青黴菌的孢子附在孢子梗上,呈串狀排列,稱分生孢子。青黴菌可以產生抗生去青黴素(或稱盤尼西林),是現代重要的藥物。
水黴菌 水黴菌附生於水中動植物的遺體上。種子或家蠅的遺體在污水中放置數日後,物體的周圍會長出狀似白棉絲的水黴菌絲。在池沼中,甚至也有附生在活魚身上,會侵害魚致死的水黴菌。
麴菌 和青黴菌類似,能產生分生孢子,只是孢子梗著生在漲大的菌絲頂端上。麴菌可用於製造各式醬類、醬油等。
毛黴菌 長在丟棄的食物上,形狀如頭髮一般。
對食品的影響 食品中若產生微生物繁殖現象,食物成分便發生變化,喪失原有的形狀、顏色、味道等性質,發出異臭味或生成毒素,導致食品腐敗不能食用。
對建築物的影響 建築物會因為黴菌的作用使得材料變質、劣化、分解、腐蝕、崩壞而失去原有功能,形成微生物災害。
油漆、壁紙、木材、纖維、皮革類材料,玻璃如相機、顯微鏡的鏡頭都會產生黴菌。混凝土牆面常因水氣滲透產生壁癌。在下水道中,嫌氣性細菌會把水中的硫酸鹽分解為硫化氫,附著在下水道或污水處理廠的混凝土牆壁上方或水面附近。大氣中的好氣性細菌會把硫化氫轉變成硫酸,對建材造成腐蝕,日本就曾發生下水道遭腐蝕,導致道路下陷約50公分的事故。
一般認為塑膠不會腐壞,但實際上塑膠卻是黴菌的最愛。在住宅的浴室、粉刷壁面、磁磚縫隙、衣櫥背面、壁櫥內、衣服等,到處都會發霉。金屬類材質也會發霉,飛機的鋁合金製燃料箱就曾有因發霉而產生破洞的案例。
對人體的影響 潮濕的環境最容易使食物及物品發霉,居住在其中的人可能因吸入黴菌毒素,使呼吸系統受到影響,導致過敏或其他慢性病。黴菌引發人體病變分為感染、中毒及過敏3種,透過空氣中浮游菌、孢子或黴菌的代謝物,經由口或食物、接觸進入體內累積發病,嚴重者損害體內器官、神經功能,導致癌症。
家中的恐怖份子
黴菌是一種普遍存在於生活環境周遭的微生物,喜歡在溫暖潮濕的環境下生長。皮膚表面、指甲內或頭髮、生殖器等部位,都很容易受到黴菌的感染,再加上臺灣悶熱多雨的氣候,正適合讓黴菌大量繁殖,因此皮膚黴菌感染在臺灣是十分常見的疾病。感染皮膚的黴菌包括皮癬菌、皮屑芽苞菌、念珠菌等,其中又以皮癬菌最多。
報導之一:美國紐約的卡倫貝爾老太太從來沒想到,她所居住的公寓竟然差點奪走她的性命。15年來,她一直住在同一間公寓裡,但身體和精神狀況變得愈來愈差,而且找不出病因。1998年春天,她的體重掉了近14 公斤,而且歷經3次休克,只能虛弱地躺在床上,且必須請護士在家看顧。當護士聞到臥室衣櫥裡一股強烈的發霉味道時,終於真相大白,原來是家裡高濃度的黴菌讓老太太產生中毒反應。
報導之二:從事飯店管理工作的尼克,曾經發現飯店內有嚴重漏水的情形,雖然目前已離職,但因長期吸入飯店中潮濕發霉的空氣,他的肺部纖維化,肺功能幾乎損失一半,且必須終身服用至少十多種藥物來維持生命。
近來,這些刊登在美國知名媒體《商業周刊》、《新聞周刊》的真實案例,讓許多人對平日輕忽的黴菌澈底改觀。
大雨過後,泡水的家具、車子或許可以維修處理,但是卻少有人注意到發霉的問題。事實上,發霉對身體健康造成的危害遠大於你的想像。因為造成發霉現象的黴菌,會釋放出過敏物質,引發過敏、氣喘,例如麴菌等會讓某些人產生頭痛、流鼻水、眼睛不舒服等類似感冒的過敏反應。有些黴菌本身有相當毒性,當累積到一定濃度時,便會對人體產生威脅。比方卡倫貝爾老太太的例子,不只是單純的過敏,而是一種對於毒物的反應。因此,美國環保署提出警告,黴菌可能造成潛在性的健康危害。
1999年雪瑞(David Sherris)醫師在梅約醫學中心發表研究,93% 的慢性鼻竇炎感染患者是因為對黴菌過敏。臺灣的研究也發現,黴菌是造成中老年人過敏發作的主因,約占37%。而且具傳染過敏能力的黴菌孢子(種子)體積微小,由空氣傳播,不僅容易飛散,且會隨著鼻腔、呼吸道到肺部停留。一些慢性疾病,如肺部疾病患者,特別容易因此造成感染,使病情加重。
黴菌的出現也會受氣候影響。多數黴菌孢子喜歡在乾燥多雲的氣候裡傳播,因此美國黴菌的高峰時間是在7~10月,冬天的寒冷會讓黴菌暫時消失一陣。但較溫暖的地區,四季都可見到黴菌的蹤跡,臺灣的氣候濕熱,從3~12月都是黴菌大量繁殖的季節。
值得慶幸的是,並不是每個人對黴菌都會有過敏反應。專家建議,如果你有查不出原因的頭痛、記憶喪失、注意力難以集中、不停咳嗽、流鼻水、呼吸困難、鼻子癢、慢性疲倦等情形,可以考慮到醫院做過敏試驗,看看是否對黴菌過敏。因為黴菌細小,一般濾網沒有辦法完全濾淨,因此最簡單的方式還是從防止黴菌生長下手。
食物和環境是誘發主因
臺灣氣候濕熱是適合黴菌生長的好環境,尤其是飄浮在空氣中的黴菌孢子或代謝物,易成為人類的過敏原,引發支氣管哮喘、蕁麻疹、過敏性鼻炎、結膜炎、腸胃炎、皮膚炎等過敏症。調查發現,10%的過敏氣喘患者是黴菌過敏所引起的。近年來許多人的居家室內都使用溫濕度控制、冷暖氣調節,易導致居家密不透氣、通風不良,室內濕度維持在70%以上,如此的高濕度極易助長黴菌的繁殖。因此,臺灣具有過敏體質的人,極易產生各種過敏症狀,且有逐年上升的趨勢。
控制室內的濕度,是抑制室內環境黴菌及黴菌孢子生長的最有效途徑。清潔和保持乾燥,是解決黴菌問題的關鍵。下列的一些措施可供參考。
清潔時注意溫暖潮濕的地方,例如廚房、浴室等。特別留意冷氣機的出水口、水槽的排水孔、冰箱的底盤、浴缸等,是否有黴菌或漏水情形產生,通常黴菌可以靠嗅覺聞出來。辦公室的窗邊、牆壁、天花板、植物盆栽是黴菌容易藏匿的地方,清潔時要特別留意。牆壁上可見的黴菌孢子,可用海綿沾取稀釋過的漂白水擦拭,也可在溫水中滴一點白醋或檸檬汁,成為天然除霉劑。如有衣物、袋子遭黴菌污染,可在1加侖的熱水中,加入1小杯的檸檬汁和1小杯鹽巴,以布擦拭,可以清除霉污,記得要在通風的戶外清洗。
清潔時請打開窗戶及戴上手套或口罩,以免引起過敏反應。潮濕季節時,請使用空調和除濕機。家裡應保持良好通風,最好在廚房和浴室裝設通風扇。此外,維持室內濕度穩定,且最好保持在40%以下,以防止黴菌產生。如果清除後,黴菌仍然持續生長,表示可能有漏水的問題,要進一步檢查管線、天花板及地板,並請專人整修。對黴菌過敏的人,要注意如三溫暖、古董店、溫室花園、農場、工地、花店等場合。
黴菌感染在任何時候都會發生,尤其是對於免疫功能被嚴重削弱的人(如正進行化療的病人),一旦遭到黴菌感染可能非常嚴重。感染黴菌後要保持營養均衡的飲食,少喝酒(因為酒會損害免疫系統)。唯有完好的皮膚、正常的免疫系統及必要的防護措施,才能夠防阻黴菌的入侵。
喝茶有益身心,並且有多種保健的功效,已成為眾所皆知的觀念。只要掌握泡茶的關鍵,不管是用冷水或熱水沖泡,都能泡出一壺好喝的茶!
喝茶有益身心,並且有多種保健的功效,已成為眾所皆知的觀念。但是相同的茶葉,會因為個人沖泡方式及技術不同,泡出來的茶湯就不一樣。其實如何泡出一壺好茶,除了要有適當的茶葉與壺之外,另外還有3個關鍵︰量、溫度和時間。如能適當掌握這3個關鍵,不管是利用冷水或熱水,都可以泡出一杯有益健康的好茶。
泡茶關鍵
第1個關鍵「量」,是指放入適當份量的茶葉和水。一般泡茶可分為一次浸泡和多次浸泡兩種。所謂一次浸泡就是茶葉僅供沖泡一次,這種泡法是以茶葉重量(茶葉用量(公克)=水量(毫升)×1.5%)來拿捏所需要的茶葉用量。多次浸泡的茶葉用量是以茶葉體積在茶壺內所占的比率來判斷,然而不同種的茶葉置入的茶量也有所差異。簡單判斷,以投入茶壺容量的五分之一至二分之一左右的茶葉為原則,再依個人喜好增減。
第2個關鍵「溫度」,是指用適當溫度的熱水沖泡茶葉。泡茶的水溫也依茶葉本身發酵程度、烘焙輕重、揉捻緊鬆、茶菁老嫩長短等因素來決定。茶葉越嫩越綠,水溫就應該越低。當把水煮到沸騰時,滾燙的熱水不宜馬上沖泡茶葉,因為水溫攝氏100度不是適合泡茶的溫度。如果水溫過高,就會破壞茶葉的維生素C。
一般而言,把煮開沸騰的熱水放約5分鐘,水溫會降至攝氏90度至95度,適合沖泡重發酵茶葉類如烏龍茶等,以及揉捻緊、重烘焙的茶葉或陳年老茶。若放置10分鐘,水溫降至攝氏85度,便適合沖泡輕發酵的茶葉如包種茶及香片。若放置約25分鐘,水溫約為攝氏75度,則適合沖泡不發酵的綠茶類。
第3個關鍵「時間」,是指茶葉浸泡到適當的濃度時倒出。茶葉浸泡的時間過短,茶味淡薄香氣不足。反之,若時間過長,則茶味苦澀香氣淡然全無。現在大部分是使用紫砂壺來泡茶,一般而言,第1泡可以浸泡30秒左右,然後每沖一泡,浸泡的時間就要相對延長數秒或更長時間,使茶味更為均勻。至於沖泡的次數,則須根據茶葉的質量及種類而決定。但如何確切拿捏茶葉與水在壺內浸泡時間的長短,讓倒出的茶湯處於適當濃度,則與茶葉成分裡的可溶物在水中的溶解速率及水溫有密切關係。
如何挑好茶
中國自古以茶養生,茶是人民生津止渴、保健的良品。如何選購耐泡、香醇的茶葉,可依下列4種方式來找好茶。
觀形 主要是觀看茶葉乾燥程度是否良好。如果茶葉已受潮變軟,沖泡後喝起來的口感差,茶香不濃。另外,沖泡後如果茶葉伸展葉形完整(一心二葉),就表示是人工採收,這方式較機械採茶更能保留完整的茶葉。如以機械採茶,因為茶葉葉面破裂損壞,沖泡後的茶湯會更顯苦澀。
聞香 在開罐時可抓取一些茶葉放置在掌心,細聞茶香,感受茶葉香撲鼻,以挑選喜愛的茶葉香味。
品茶 茶湯的顏色會隨著加工過程的不同而有差異,但它的色澤以清澈具亮度為佳,如有混濁呈暗色品質就較差。另外,品茶湯時,如較少苦澀味、甘醇、茶香可回甘喉嚨,有生津止渴的效果,就是好茶。
觀葉底 沖泡過的茶葉稱為葉底。如茶葉沖泡後很快展開,表示茶菁大多是老葉,茶乾不結實,會影響到茶湯的味道,導致味道平淡不濃郁且不耐沖泡,回沖數次後,就無色無味了。相較之下,沖泡數次後才逐漸展開的葉底,顯示茶菁是嫩葉,並表示在加工過程中有較好的製造技術,使得茶湯味道濃郁且耐沖、耐泡。
茶的成分
茶葉的營養價值高,含有多種維生素。按維生素的溶解性可分為水溶性維生素,例如B族維生素及維生素C,其中綠茶就含有豐富的維生素C,以及脂溶性維生素,例如維生素A、D、E、K等。但因脂溶性維生素難溶於水,用沸水沖泡茶葉時就難以被吸收利用。此外,茶葉也含有對人體有益的茶多酚和多種胺基酸、礦物質等成分。由此可知,茶葉對人體具有多重保健的功效。
冷泡法
所謂冷泡法,就是以冷開水浸泡茶葉,這是一種很健康且方便的泡茶方式。由於冷泡茶是以冷開水浸泡茶葉而得,茶鹼及咖啡因不易釋出,可減緩茶葉對胃的刺激,因此敏感體質或胃弱者都適合飲用。另外冷水泡茶可減少茶單寧釋出,飲用時減少苦澀味,增加茶的口感。
首先用冷水或熱水把茶葉洗淨一次,每600~1,000毫升冷水加入6至8公克的茶葉,茶葉量可依個人喜好增減,最後再放入冰箱3~4小時後,就可飲用既好喝又保健的冷泡茶。或是在飲用的前一天晚上把茶葉放入冷開水中,置入冰箱冷藏,隔天出門時就可攜出飲用,相當方便。冷泡所使用的容器,一般可用礦泉水瓶、玻璃瓶或瓷器瓶,但須注意不要用生水沖泡。冷泡茶從冰箱取出後,儘量放在陰涼處,並儘速飲用。當發現異味或茶湯有黏稠現象時,表示茶已變質,不要再飲用。
冷泡的茶葉因人體體溫較茶湯高,帶著香味的酮類分子會在茶湯到達口腔後才逐漸揮發,濃郁的茶香味會充滿整個口腔及喉嚨,因此以冷水泡茶的味道會更感覺到香醇甘美,不會有茶澀味。若是在炎熱的夏天裡喝一口清涼甘醇的冷泡茶,簡直是透心涼,可說是人生中的一大享受啊!但若要熬夜加班或念書,還是得選擇傳統的沖泡方式較為適當。
如何儲存茶葉
茶葉會在貯藏期間產生品質變化,因此要特別留意茶葉的儲藏。加上茶葉吸濕性強,易受潮變質,也易吸收異味,又不能見光,因此最好用茶罐把茶葉裝起來,以防茶葉變質。
市面上茶葉罐的材質有紙、馬口鐵、不銹鋼、錫、陶、瓷等,但最好避免使用木製的茶葉罐,以防茶葉多了木頭的怪味。茶葉罐應放在陰涼乾燥、陽光照不到的地方,也不要與其他有氣味的東西一起貯放。
一般來說,如要貯存具清香或輕焙火的茶葉,要挑密封度很好的茶葉罐,使用馬口鐵、不銹鋼、錫製的茶葉罐較佳,可防止茶香走味。陶罐或瓷罐由於有氣孔,會使香氣跑掉,不適合裝有香氣的茶葉。具清香或輕焙火的茶葉由於不耐久存,應儘速喝完,如果買的量太多,可把茶葉密封置於冰箱中在攝氏0度至5度下冷藏,貯存期以6個月最佳。貯藏期超過半年者,以放置在攝氏零下10度至18度冷凍較佳。
當儲藏重焙火的茶葉或普洱茶時,陶罐或瓷罐是最好的選擇。經由貯存後會使茶的滋味變得更柔和、圓潤,放愈久就愈香醇。對於不同發酵程度的茶葉來說,發酵程度愈重的具有較佳的貯藏性,例如紅茶最耐貯藏,其次是烏龍茶、包種茶,而屬於不發酵茶的綠茶最不耐貯藏。
一個分子如果像紅龜粿印模一樣印在另一種如米糕一樣軟軟的材料上,當材料乾了變硬,就會呈現和這個分子的形狀、大小一樣的印模。
分子模版(molecular imprinting)可能是一般讀者較生疏的名詞,其實在日常生活中常出現與分子模版類似的現象。例如赤腳不小心踩在未乾的水泥地上,當水泥乾後,腳印的大小、形狀只能適合踩出這腳印的腳掌。又如由紅龜粿的印模印出來的紅龜粿乾燥變硬後,任何一件日常生活中的物件都不能像這塊變硬的紅龜粿般,幾乎百分之百地密切吻合於紅龜粿印模上。
分子模版就是把紅龜粿印模縮小成一個分子。各種分子都有它的形狀、大小、親水性或疏水性等特性,一個分子如果像紅龜粿印模一樣印在另一種如米糕一樣軟軟的材料上,當材料乾了變硬,就會呈現和這個分子的形狀、大小一樣的印模。
用紅龜粿印模印出許多紅龜粿是件容易的事,但如何拿一個分子紅龜粿印模印在另一種軟軟的物質上呢?這物質又是什麼物質?被這分子模子印完後如何讓它變硬?如何把這分子拿走而成為所謂的分子模版?分子模版的科技何時開始?目前進展如何?有什麼用途?
在1906年就有人提出分子模版的想法,但直到1931年,俄國科學家玻利亞可夫(M. W. Polyakov)才成功地利用苯、甲苯等有機分子為模子放入矽膠,然後使矽膠固化做成固態二氧化矽苯分子模版。做出的含苯二氧化矽固體經粉碎後,用可溶解苯的溶劑把埋在二氧化矽固體粉末表面的苯溶出,這些二氧化矽的粉末表面上便會有苯分子的模印。用這些粉末去吸附含有苯與其他多種有機分子的混合物溶液,發現苯吸附得最多,他種分子則很少,這具有特殊吸附苯能力的分子模版是當時創新的成品。
這種分子模版的特性很快地應用於氣體層析儀層析管柱的填充物。用得最廣泛的是利用這種分子模版技術生產香菸的濾頭,這種濾頭大約長1公分,直徑與香菸直徑相同,是一些外觀看起來像棉花的材料,事實上是利用尼古丁分子為模子,然後以類似玻利亞可夫的方法製造尼古丁分子模版而製成的。這種濾嘴(濾頭)可把大部分的尼古丁吸走,但其他成分仍能通過濾嘴。
1949年3月17日,狄卡在費城法蘭克福研究院演講,他的分子模版實驗獲得極大的迴響。這種以無機分子為模版材料製成的分子模版,可應用於混合物的純化、薄膜層析、觸媒(催化劑)、細胞分離或培養等。但這種無機材料的缺點是穩定性不好,模版的品質不易控制,因此就有科學家想利用有機物製造分子模版。
德國科學家歐福於1972年提出利用有機物單體與分子模子混合後,經高分子化由液體轉變成固體再把固體粉碎,類似無機材料的分子模版製法。這方法一被提出,對分子模版的科技研究造成很大的衝擊,與這技術有關的論文發表數由1980年代每年約20篇,到1990年代增加至60篇以上。在2000年於英國卡迪夫城召開第1屆分子模版國際學術研討會,去年(2006年)是第4屆分子模版國際研討會,論文數約200篇,與會專家學者約300人,足見這項技術的重要性。
筆者的研究室以生物分子模版的研究為主,尤其著重在蛋白質分子上,這種分子模版可能取代現有生物界的抗體,應用於晶片分析、生物分子純化、生物感測與醫療技術等。
把蛋白質分子泡在可形成固體的液態單體分子的有機溶液中,這些單體分子可與蛋白質分子作用,吸附在不同的位置上,例如單體分子是疏水性,便會吸附在蛋白質疏水性的部位;單體分子的親水性官能基會吸附在蛋白質表面親水性的部位,各類單體分子依它們性質的不同吸附在蛋白質分子表面上不同的部位。
經過高分子化後,圍繞著蛋白質分子的液態單體分子就成為固態,這種固體可用一種藥品(如胰蛋白酵素)把蛋白質溶掉而不破壞高分子材料,在高分子材料的表面上就會形成許多與蛋白質形狀、大小、官能基相同分布的孔洞。因為各種蛋白質的大小、形狀及表面親疏水性區域分布情形不同,所以利用溶解酶蛋白質分子所形成的高分子模版上的洞,只有這種酶蛋白質最易吸附上去,這種現象可以用來設計生物感測器、純化生物分子、製藥等。
在設計分子模版上,可採用各種方法去了解分子模子與各種形成固態高分子的單體分子間的作用力,其中常被使用的是微卡儀。利用它可量出單體分子與分子模子間的作用力大小,這些數據可用來設計分子模版,這模版就會選擇性地吸附分子模子這一種分子。這種特殊選擇性功能就如紅龜粿印模印出的紅龜粿形狀,硬化後能互相吻合現象的應用,只是分子很小,我們看不到,而紅龜粿或紅龜粿印模看得到而已。
舉例說明分子模版技術的應用如下:
(1)利用分子模版製成陣列式生物感測器系統,這系統含有感測信號處理、微流體取樣、微電池、無線傳輸等功能,只要一滴血或尿,就可得到體內某種疾病的生物指標分子的濃度,如血糖、三酸甘油脂、膽固醇等。經由這系統,可把量到的信號以無線傳輸方式傳到手機,再由手機傳到醫院的電腦中,醫生在醫院內就可了解病患的病情,這是較前瞻性的醫療照護。
(2)把癌細胞外膜的特殊分子當分子模子印在磁性奈米粒子的外表上,這種分子模版可尋找癌細胞外膜的特殊分子,因而所得的分子模版奈米粒子可選擇性吸附在癌細胞上。然後利用變化磁場在癌細胞附近產生高溫殺死癌細胞,或可攜帶藥物或放射線藥物集中在癌細胞附近,如此可以營造區域性高藥劑濃度或放射線濃度殺死癌細胞。
(3)製造分子模版顆粒用於純化混合物,如以A分子模子製成分子模版粒子,把這種粒子填充在管子中,若有A與B二種混合物液體流過這填充管,則大部分A分子會被吸住,而B分子大部分流出。下一步驟再把可溶解A分子的溶劑倒入管中,把A分子由模版上洗出來,把洗液的溶劑蒸發乾燥或用蒸餾方法分開溶劑與A分子,就可得到A分子的產品。這現象與原理正如玻利亞可夫或狄卡所製成的分子模版應用在氣體層析儀一般。
附錄
金雀異黃酮分子形成有機金雀異黃酮分子模版:金雀異黃酮是大豆的一種成分,是非常好的化妝品材料,也可應用於治療癌症。金雀異黃酮分子與單體混合後,在單體分子的氮原子與金雀異黃酮的氫氧官能基處產生氫鍵,混合液體經高分子化而成固體粉末。因為這種高分子固體不溶於可溶解金雀異黃酮的溶劑,所以把粉末泡入溶劑半天後,再經乾燥就可製成具有記憶性的奈米孔洞,也就是只有金雀異黃酮分子能塞入這孔洞內。因此把這種分子模版的粉末泡入豆漿後,撈起來再把粉末泡入清水中,則清水中就有許多金雀異黃酮分子,把水蒸發掉就可得到金雀異黃酮成品。
接觸分子模版技術:材料有兩片玻璃、分子模子(以蛋白質為例)、單體分子,起始劑、有機矽烷化學品等。步驟1是上玻璃片清洗後用有機矽烷化學品處理,使玻璃表面由親水性變成疏水性。把這玻璃片放入溶有蛋白質的溶液中,蛋白質分子就會在玻璃表面形成一層分子膜,這就是蛋白質分子印章。步驟2是下片玻璃也用含有不飽和有機矽烷類化學品處理,然後在玻璃表面滴一滴含有單體分子、起始劑等的液滴,並旋轉分散液滴成膜。步驟3是用蛋白質分子印章印在下片液滴膜上後照射紫外線,使其高分子化而成為固體。固化後,撕開上片玻璃片再用溶劑去除蛋白質分子,乾燥後就得到分子模版成品。
掃描電化學顯微鏡 掃描電化學顯微鏡是把樣品基材和微探針電極置於含電解質溶液的電解槽中,當探針電極慢慢靠近基材表面時,發生電化學反應而產生法拉第電流。探針電極可作三維掃描,同時把法拉第電流轉化,而得知基材表面形貌,並可推導相關電化學反應。這些電化學反應主要發生在探針電極和樣品基材上。
隨著微機電技術的突破與生醫技術的進步,微感測器的功能更多元化,尺寸也更趨於微小化,舉凡行車安全、居家保健、電腦周邊、運動娛樂等,都可看到它的蹤影,而開發的方向也傾向於高便利性與人性化。
你可曾發現生活中隨處可見的小助手嗎?像是讓電腦操作更為順手的光學滑鼠、傳達喜訊的驗孕棒、隨車護衛的隱藏式安全氣囊等,其實這些都是「微感測器」的應用。
隨著微機電技術(micro-electro-mechanical systems, MEMS)的突破與生醫技術的進步,微感測器的功能更多元化,尺寸也更趨於微小化。微感測器涵蓋的層面相當廣泛,舉凡行車安全、居家保健、電腦周邊、運動娛樂等,都可看到它的蹤影,而開發的方向也傾向於高便利性與人性化,除了提供便捷舒適的生活之外,更提高了生活的品質。
微感測器進步的推手
MEMS 技術不僅是一種整合機械單元、感測器、執行器與電子元件的技術,空間尺寸上更是進入了以微米為單位的領域,可說是把電機裝置縮小化的一門科技。它的成品主要包括微感測器、微驅動器、控制電路等部分,由於縮小與整合特性的結合,因此可應用於資訊、電腦、製造、運輸、能源、航空、工安等產業。
另一方面,生物科技是近年來極為熱門的領域,它整合了生物、物理、化學和工程,應用範圍甚至涵蓋農業、製藥工業、化工、環保等,對於人類未來的生活、健康和環境品質的提升非常具有影響力。由生物科技進一步發展出來的生醫技術,也已應用在生活商品上,如驗孕棒、體脂計等。生醫技術能提供更為快速、精確、大量且自動化的測量平台,有助於生活中的保健需求。
在現今產品追求輕薄短小的趨勢下,MEMS 技術的特性正好符合這股潮流,加上結合了生醫技術,開發出不少微感測器的應用商品,不僅降低了生產成本、減小了尺寸與重量,也增加了運作速度和準確度,在各式感測器產品製造技術的競爭中建立了獨特的優勢。
居家常見的微感測器應用
體脂計 體脂計是一種利用生物阻抗分析(bioelectric impedance analysis, BIA)進行測定的感測器,也就是利用接觸的方式得到體內阻抗的變化。量測時以低於 800 毫安的微弱電流通過人體,測量雙腳間的電阻值,利用水分導電、脂肪不導電的原理,以精確的迴歸分析公式估算出人體脂肪率。
生物阻抗分析決定於組織中非脂肪量(即體液與電解質)與脂肪量(即脂肪不含水分)的比例,利用體脂計能了解是否達到理想的體脂肪率,男性主要介於 14% ~ 23% 之間,女性則是 17 ~ 27% 之間。另一種公認判斷肥胖的指標就是身體質量指數(body mass index, BMI),體重(公斤)∕身高2(平方公尺),正常值應介於 18.5 至 24 之間,若大於 24 就是過胖,小於 18.5 則是太瘦。
驗孕棒 為了能更方便地得知受孕訊息,已有多種檢驗產品開發上市,例如驗孕棒、驗孕片等。
驗孕棒是一種免疫分析的微感測器,感測的結果利用顏色的變化做為判斷的依據。市面上常見的簡易型驗孕棒、驗孕片的原理,大都以免疫分析為基礎,主要是針對女性在懷孕期間會大量分泌一種人類絨毛膜性腺激素(human chorionic gonadotropin, HCG),這種荷爾蒙多存在於血液與尿液中,因此只要檢驗尿液就可知道是否懷孕。
驗孕棒/片是利用抗原-抗體原理來檢測 HCG。通常是把 HCG 的抗體置於驗孕棒/片中,如果尿液中含有 HCG 抗原,就會與驗孕棒/片中的抗體結合而產生顏色的變化,便可以得知是否已懷孕。
光學滑鼠 滑鼠是電腦族不可或缺的周邊設備,在一般電腦賣場常可以看到有線、無線的光學滑鼠或軌跡球滑鼠。更有一些具備獨特功能的另類滑鼠,例如小巧適合行動族使用,或適用左手、遊戲專用等特殊情況的款式,現今儼然已能為使用者量身打造滑鼠。
一般光學滑鼠的運作是靠底部的光學感測系統來感測光線,因此會吸收、穿透或擾亂光線反射的材質都不適合做為滑鼠墊。一般來說,光滑的黑色材質、完全透明的玻璃或鏡子,都不適合做為光學滑鼠的滑鼠墊。但由於近年來技術的進步,黑色的材質不再是棘手的問題,有些高級的滑鼠墊還刻意做成黑色的。不過,這類黑色的滑鼠墊未必可用在較早期的滑鼠上。
光學滑鼠的感測原理是,當底部的光學感測系統發出的光線接觸到桌面以後,會感測滑鼠移動的方向,並把訊號反射回滑鼠底部的接收器,由滑鼠內部的處理器分析接收到的影像,再把分析完的影像訊號傳遞到電腦裡,以判別滑鼠的移動方向。因此接收畫面的精確度是決定光學滑鼠品質好壞的重要因素,而越微小的感應器,能提供的座標值也越佳,相對地,精確度也可大幅提升。
微型麥克風 麥克風是一種動態壓力感測器,可以量測很小的壓力變化,相當於耳朵的功能。透過不同機械結構的麥克風,就可以感測到不同頻率範圍的聲音。以 MEMS 技術製作微型聲音感測器,即矽晶麥克風,就可以達到這個目的。
透過 MEMS 製程使體積微小化後,把微型麥克風與信號處理電路整合在同一個晶片上,可降低雜訊且有良好的相容性,再藉由信號處理電路把通話環境中的噪音濾除、信號放大,提高訊噪比後,即使在吵雜環境中也能有良好的辨識效果。麥克風的應用範圍包括助聽器、多媒體電腦、手機等,近年來消費者對可放入耳內的小型助聽器的需求增加,促使廠商開始設法把助聽器的零件,如麥克風、放大器、耳機等加以改良縮小。
微型麥克風應用在助聽器上,能做為人類聽覺器官功能的延伸,利用聲波感應器發展出來的「助聽器」,就成了市面上普遍替代人體聽覺器官的感測器。從20世紀初到現在,電子助聽器的基本結構並沒有太大的改變,仍是維持著麥克風、擴大器、接收器、電源等部分。近年來主要差異在於助聽器各部分的體積逐漸縮小,音質日漸改善,並讓患者增加更多的選擇性控制功能。
助聽器的主要原理,首先是利用麥克風接收聲波並把它轉換成電訊號,經由擴大器放大後傳到接收器,電訊號再被轉換成使用者可聽得到的聲波訊號。利用 MEMS 技術製作矽晶麥克風,有別於以往的傳統式麥克風,可大幅降低成本,外型更加微小。此外,噪音信號監控系統也可積體化,使商品更具競爭性,未來更可望轉進工業、醫療、環保等新應用領域。
戶外常見的微感測器
汽車安全氣囊 汽車安全氣囊系統,簡稱安全氣囊,是汽車的一項安全輔助設備,在繫有安全帶的前提下,能產生最佳的防護效果。
安全氣囊系統包含 3 個部分,分別是碰撞微感測器、充氣裝置與氣囊織物。駕駛座安全氣囊裝置,主要由傳感器、微處理器、氣體發生器、氣囊等部件組成。傳感器和微處理器用以判斷撞車程度,傳遞及發送信號。氣體發生器根據信號指示產生點火動作,點燃固態燃料向氣囊充氣,使氣囊迅速膨脹,而氣囊所用的氣體大多是氮氣。氣囊裝在方向盤殼內緊靠緩衝墊處,容量 50 至 90 公升不等。碰撞反應後的安全氣囊,是藉由大面積的氣球阻擋因慣性造成的衝撞力,藉以保護駕駛人與乘客的安全。
碰撞微感測器能隨時接收車速變化、車輛震動狀態、剎車形式等信息,並由微處理器比對。當車輛發生碰撞時,安全氣囊數控模組確認發生碰撞的嚴重程度已超出安全帶的保護能力時,便開始產生脈衝電流,點燃氣囊內的三氮化鈉(NaN3),釋出大量的氮氣,使得氣囊在數十毫秒內以甚快的速度充氣膨脹。
另外,歐洲的汽車零件供應商日前發表了一種類似安全氣囊的「彈性引擎蓋」,稱為行人保護氣囊(pedestrian protection airbags, PPA)。這種行人專用的安全氣囊,是在保險桿上內嵌微感測器,當微感測器接受到撞擊後,藏在引擎蓋下面的兩個風囊會快速灌入氣體,使得氣囊迅速膨脹,並有效提起引擎蓋後端約10公分,形成類似彈簧的斜坡構造,以隔開頭部和機械構造間的衝撞。這一機制可有效避免行人頭部直接撞擊堅硬機械構造的引擎蓋。
計步器 計步器是一種記錄行走步數的小型儀器,它的大小約為行動電話的四分之一。計步器最佳配戴位置是在腰帶上,主要作用原理是靠步行過程中軀幹產生的上下震動,改變了計步器的水平位置,並傳到計步器內部的微感測器,進而使計步器進行計數,並把結果呈現在計步器的螢幕上。早期的計步器是以傳統的數字鏈帶表示行走步數,今日的計步器則多以液晶顯示。
隨著電子科技的進步,現在的計步器不僅能調整震動的靈敏度,並且有多日記憶的功能。事實上,已有不少市售產品把計步器融入產品設計中,例如把計步器置於皮帶扣環、皮鞋,甚至手機、MP3 中,以符合消費者的多樣化需求。
隨著科技的進步,微感測器滿足了人們追求更完美生活品質的欲望。由於 MEMS 技術與生物科技的不斷發展與進步,其「輕、薄、短、小」的特性使得相關商品不再只有單一功能,而是結合了多項功能邁向更多元化的應用。在促進食、衣、住、行等方面進步的同時,對於健康及生理保健維護也提供了有效率的資訊。相信 MEMS 技術所促進微感測器的發展與開發,會帶動另一次尖端科技產業的革命。
說話是表達想法,男女皆然,唯「長舌婦」一詞一直是用來形容話多的女人。不過最近一份研究卻發現,話多的程度其實男人和女人不相上下。
「長舌婦」一直是用來形容話多的女人,不過最近一份由美國亞利桑納大學梅爾(Matthias R. Mehl)教授領導的研究卻發現,話多的程度其實男人和女人不相上下。
有則笑話是這麼說的:丈夫正在閱讀一篇有關女人比男人多話的研究報告,並興奮地把這篇研究報告拿給他的妻子看,企圖證明他長久以來指責妻子話多是對的。他大聲地唸出那篇研究報告的結論:「男人一天約說 15,000 個字,女人則說了 30,000 個字……」妻子想了一會兒,然後對他的丈夫說:「這是因為我們女人總是必須重複一次我們講過的話。」他的丈夫答道:「你說什麼?」長久以來兩性在言談行為方面的差異,不僅僅是一般社會大眾茶餘飯後閒聊的話題,更是科學界愛好的研究主題之一。讓我們先來瀏覽以下的幾篇報告。
報告1:美國加州大學神經精神學家布莉辛汀(Louann Brizendine)教授在她的暢銷著作《女性腦》(The Female Brain)一書的第 1 版中,引用了一個未註明出處的第二手統計資料指出:「女性一天當中大約使用 20,000 個詞彙,而男性則使用了 7,000 個左右。」令人感到訝異的是布莉辛汀之後坦承這項數據並不精確,並隨後在第2版中把書中這部分內容刪除了。
報告2:馬拉隆(Hara Estroff Marano)教授在 2004 年發表於《今日心理學》(Psychology Today)的〈已婚男人的祕密〉(Secrets of Married Men)一文中指出,女人一天約使用 7,000 個字和5種腔調來說話,而男人則僅使用約 2,000 個字和 3 種語調來說話。他說:「相對而言,男人較不會說話。」
報告3:作家碧絲(Barbara Pease)在《為什麼男人不會聽話而女人不會看地圖》(Why Men Don't Listen & Women Can't Read Maps)一書中提到,女人平均一天可以不費吹灰之力地說 6,000 ~ 8,000 個字,同時運用 2,000 ~ 3,000 種語音,以及 8,000 ~ 10,000 種面部表情和肢體語言與人做超過 20,000 次的溝通。這項有趣的報告或許正可以用來解釋英國醫學協會(British Medical Association)發表的研究結果:「女人罹患下顎疾病的比率是男人的 4 倍。」
報告4:最近由英國國家語庫(British National Corpus)發表一項研究數據,內含 153 個受測者的日常對話錄音資料,根據這些資料,研究人員利伯曼(M. Liberman)教授估算出女性每天大約使用 8,805 個語彙,而男性則大約使用了 6,073 個語彙。然而,這項研究的局限在於錄音過程中,並無嚴謹有效的方法可以管制受測者對錄音裝置的開關控制,因而受測者有可能刻意或無意地中斷他們日常會話的錄音。因此,這些用語量的統計數字可能是有問題的。
錯誤的刻板印象
「女人比男人多話」的觀念,早已拜大眾傳媒之賜流傳開來。女性較為「健談」的刻板印象,除了根深柢固地根植於社會大眾的腦海之外,似乎也被認定是一項有科學根據的事實。然而,事實真的是如此嗎?
致力於闡明兩性在言語行為上是否真有差異存在的梅爾教授說:「儘管言之鑿鑿,但仍缺乏足夠的科學證據來支持這個論點。」並且:「實際上,截至目前為止仍未曾有一項研究能夠長時間並有系統地記錄人們日常會話的情形。因此,至今尚未有足以信賴的科學數據,可藉以評斷女性和男性之間用語差異的情形。」
要如何才能釐清兩性在言語行為上是否真有差異存在呢?關鍵在於能否完整地記錄生活中人們對話的真實狀況,有了這些完整的紀錄為基礎,科學家便可以精確地估計出女性及男性每天確切的用語量。
為了達成這個目標,科學家發展出一套稱為電子驅動式錄音器(electronically activated recorder, EAR)的裝置。這是一種具有把聲音數位化功能的微型化錄音器,最重要的特點在於藉由內建程式的設計,不僅受測者完全無法隨意調控它的錄音開關,並且它還可以自動化周期性地開啟錄音功能。利用這種自動化隱藏式的錄音裝置,科學家得以讓受測者在不知不覺的情況下,錄下日常生活中每個時刻最真實的對話,藉以了解人們在最自然狀態下的語言使用情形。
梅爾教授主持的這項研究長達 6 年(1998 ~ 2004 年),共分析了 396 位年齡介於 17 ~ 29 歲大學生的語音資料,受測者中有 210 位女性及 186 位男性。研究規定:在研究進行期間(約 2 ~ 10 天),除了睡覺時間之外,受測者在清醒時(每天大約 17 小時)必須全程佩戴電子驅動式錄音器,以持續記錄所有的聲響。這個裝置設定為每 12.5 分鐘就會自動啟動錄音功能 30 秒,並把錄下的聲音數位化後加以儲存。這樣一來,藉由這些數位化的語音資料,研究團隊就能推算出受測者一天的會話用語量。
這項研究結果發現:話最多的前 15% 受測者中,有一半是男性,一半是女性;最多話的男人平均一天約講了 47,000 字,而最少話的男人一天只講了 700 多個字;最多話的女人一天平均約講 40,000 個字,而最少話的女人一天只講了 1,000 多個字;女性每日的平均用語量是 16,215 字,男性則是 15,669 字。最多話和最沉默的人講話字數差了 45,000 字;男女兩性別間用語量的差異僅僅只有約 550 個字。
研究負責人梅爾教授分析這份研究結果說道:「隨著受測個體的不同,也許用語量會有所不同,但是大體上而言,男女性一天平均用語量大約都是 16,000 字,即每分鐘約 11 個字左右。有趣的是,在這次研究受測對象中,講最多話的和講最少話的都是男性。」
實驗結果是否具代表性
這項實驗的潛在局限就是所有的受測對象都是有類似生活作息的大學生,批評者不免質疑:由於社會大眾的社經地位和生活環境迥異,以特定族群(如大學生)為研究對象所呈現出來的結果,有可能無法代表其他年齡、生活型態或職業等不同社群的真實狀況。
面對這樣的批評,梅爾教授解釋道:「若我們同意女性比男性多話,是由於男人和女人的大腦有先天解剖構造上的差異所造成的,那麼兩性在言語行為上的差異應該也會顯現在大學生身上。」也就是說,如果兩性在大腦構造上的差異,是造成兩性在言語行為表現不同的原因,在日常言語的使用上,從觀察大學生得到的結果應該是會跟以其他非大學生為受測樣本所得到的結果一致,因此研究結果的代表性並不成問題。
男女談話對象大不同
至於男人和女人談話的內容是否有差異呢?德州大學的潘尼貝克(James W. Pennebaker)教授說:「研究發現男人和女人談話的內容確實有差異,男人偏好談論『事』,而女人則偏好談論『人』。」
美國加州大學心理學家利普(Campbell Leape)教授更進一步指出:兩性在言語行為上的表現,有許多因所屬情境而異的差異性。男人比女人多話的情境包括:和配偶或伙伴對話時、有兩性同時存在或有研究者在場的場合時、談論具有爭議性或和個人無關的話題時。女人比男人多話的情境則包括:和同儕、父母或小孩聊天時、談論和小孩事物有關的話題時、談論涉及情感揭露的事情時。
因此,依據上述這些實驗結果可以得到一個結論:大眾普遍認為且廣為流傳的長舌「婦」,而非長舌「公」的刻板印象,是不科學也是不存在的。男女兩性在言語行為表現上的差異,或許不在「量」的不同,而是和談話時的情境及談論的主題有關。
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