●生活科技ch05

學習目標

1. 多方了解新科技在其他議題、環境的發展，發想更多跨界結合的可能。
2. 從中發現嶄新的角度與觀點，以期能應用於課程實作或未來專題製作。
3. 反思科技與工程進步對於人類的影響，並將其想法落實於優化未來專題製作與生涯發展。
4. 透過反思培養批判能力，讓科技與人文能同時成長，為人類未來生活帶來良善的進步。

進化的趨勢

在科技發展中，從超高速手機、太空旅遊，甚至是令科學家爭相研究的量子計算，都可能在不久的將來達到新的里程碑，進而影響你我所處的社會。

目前影響世界各國前瞻趨勢發展的五大面向，包含社會、科技、經濟、環境、政策等，選擇共通性、重複性高之議題，進行全球前瞻趨勢之掃描，其中人口結構的變化、都市化發展及中產階級崛起，都是邁向2030年時的重要議題，而這些議題引導著未來科技領域的發展。

知識不斷電

STEEP分析是指通過對企業所處的社會環境（Social Environment）、科技環境（Technical Environment）、經濟環境（Economic Environment）、生態環境（Ecological）和政治法律環境（Political and Legal Environment）五個方面環境的分析和掃描，判斷企業所處的大環境，從這些環境的發展變化來預見和判斷市場發展帶給企業的機會和威脅，為企業進一步的戰略發展提供有力的依據。

社會文化力量通過文化普及和價值體系來影響行業；科技力量通過科技發展來影響培訓行業；經濟力量對行業的影響來自於省級、全國、亞洲地區和全球水平上的巨集觀經濟發展；生態力量通過周圍的生態系統的變化，進而影響行業；政治和法律力量對行業的影響來自於政治進步所導致的法律、法規的改變。

五大前瞻科技領域

搜尋前瞻科技的相關文章，從關鍵字分析中可發現人工智慧、3D列印、先進材料、區塊鏈、能源儲存、機器人、基因與細胞研究等技術為出現頻率較高的詞彙。據此可以進一步歸納出未來科技面向中重要趨勢的五大主題，包括數位科技、智慧機器、綠能環保、先進材料及生命領域。

由於高齡人口比例上升、巨型都市現象導致資源分配不均、中產階級崛起，在五大前瞻科技領域中有許多值得關注與探討的議題，然而目前在環境與社會的眾多因素影響中，跨領域科技整合即是未來重要的創新發展方向，如觀光醫療、電子紡織、數位文化等透過結合不同產業的科技形成新應用、新產業。

跨領域科技整合重視設計與創新價值的發展，建立連結平臺以促成跨領域的共同發展。然而，在眾多需求須整合並發展科技的情況下，「仿生學」即是科學跨領域結合生物、材料、工程、醫學、機械、農業等的代表，透過觀察自然界的構造、原理或生長方式提升了科技與環境的進步，對於地球與人類足具貢獻。

「逆向工程」易被誤會為是對智慧產權的侵害，但是在業界的實際應用，逆向工程反而是保護智慧產權的所有者，例如產品設計中，如果懷疑某公司侵犯智慧產權，則可以運用逆向工程技術比對相似程度做為科學證據。一般逆向工程的目標為商業或軍事用途，而仿生科技則是以自然生命為創意發想，若兩者結合運用，則可將自然界的智慧運用在人類生活中。

「多軸飛行器」是一系列的微型機電控制整合，它的體積小、重量輕，容易到達惡劣環境或人員難以進入的區域進行觀察。多軸飛行器目前多應用於電影及紀錄片的拍攝、區域實時監控、地形勘探及農業紀錄等任務，許多大型企業也開始研發利用多軸飛行器進行宅配甚至載客等用途。

仿生科技

仿生學來自希臘文「Bio」，意即「生命」。仿生科技（Biomimicry）則是一種仿效生物演化經驗的科技，其中型態、過程、生態系統皆是模擬的基礎，突破了現今科技發展導致環境汙染，想要固守自然卻又進步緩慢的窘境。

2014年，富比士雜誌（Forbes）將其譽為「前5個為企業帶來成功的科技趨勢」之一，而仿生科技的三大優勢為：低成本、高效能、產出極少量廢棄物。

例如英國園丁約瑟夫．帕克斯頓（Joseph Paxton），他為了庇護自己視如掌上明珠的維多利亞睡蓮（王蓮），從睡蓮的葉子中得到啟發建造了一種新型溫室，此溫室成為一種新型建築的起點，使得玻璃護板的組合成為可能，出於他對建築學的貢獻，大英帝國授其為爵士，帕克斯頓也成為第一個成功讓睡蓮在溫室中生長的人。

又例如在希臘神話中，代達洛斯（Daedalus）嫉妒自己弟子塔洛斯（Talus）的才華而殺害了他，因此被趕出了雅典，為了帶上兒子一同逃離囚禁他們的島嶼，他便利用羽毛和蜜蠟製成翅膀，在對這則神話的闡釋中，我們常常忘記代達洛斯的天才發明，他實現了人類的夢想——飛翔，而且他是通過研究與模仿自然而實現的。

知識不斷電

國際知名仿生學家珍妮・班亞斯（Janine Benyus）在1997年將生命永續的意義與仿生科技做緊密結合， 提倡「Biomimicry」的觀念，並出版《Biomimicry: Innovation 
Inspired by Nature》一書，於全世界熱情演講深獲共鳴，其推動了「生物仿生學」在全球快速發展，歐美先進國家已於大學設立專業學門，如美國阿克朗大學（The University of Akron）專設仿生學博士班（Biomimicry Fellows）。仿生學是一門跨領域的科學，從生物、材料、工程、醫學、機械、農業等，皆屬其應用範疇。

仿生科技結合多種領域之介紹

當建築學遇上生物學

1925年出生於德國凱姆尼茲的弗雷・奧托（Frei Otto），是一名集建築、結構工程、土木、教師與環保主義者等技術專才於一身的創意大師，尤以「自然現象」為靈感來源的他，時常透過植物細胞、肥皂泡泡或蜘蛛網等有機型態，衍生出一個個輕型建築結構的另類觀點。

在70年代，弗雷・奧托和生物學家黑爾姆克（Johann-Gerhard Helmcke）對矽藻進行研究，矽藻可行規模複製生產，其矽質骨骼能作為輕結構建築模型，外殼結構牢固的組合元素等特性，啟發了弗雷・奧托和其他建築師，進而設計出應用於建築中的巨型混凝土。

啄木鳥與安全帽

是否曾經想過啄木鳥為什麼能夠不停地敲擊樹木，大腦卻不致受損呢？從啄木鳥的頭部結構可以發現，在頭蓋骨與大腦之間有極狹窄的縫隙和少量的液體，大腦被一層密實而有彈性的頭骨包圍，頭骨骨質成海綿狀，巧妙地形成了一個避震功能絕佳的保護墊。

而現今的安全帽設計同樣在安全帽頂和頭頂之間保留空隙，使用輕而有彈性的海綿物體填充，讓我們即使承受撞擊也能得到保護。

松果排汗了

MMT Textiles是一家為開發和行銷Inotek纖維而設立的公司，總部設於英國。該纖維的技術是由仿生（Biomimetic）材料的專家和MMT Textiles的聯合創始人Veronika 
Kapsali博士所開發。使用Inotek纖維製造的織物，適用於生產因流汗而易變得潮溼的成衣， 例如基材層、運動服、襪子和內衣。Kapsali博士的靈感來自松果效應，松果會因空氣乾燥而開啟，讓種子飄出散佈；當空氣溼度提高，松果則會緊閉。

透過研究，Kapsali博士能夠讓Inotek纖維中的水分以相反的方式反應，利用和松果效應相反的方式回應溼度，便可以使纖維接觸溼氣時紗線收縮成較小的直徑，等同於張開布料結構中的微氣囊，增加透氣性；反之，當布料乾了，纖維則變回原有的直徑寬度，氣囊因而關閉。

貓眼

貓咪的眼睛在夜晚會發亮，是因為貓咪的眼睛後方有一個叫明毯的光照反射層，能將光線反射回貓咪的視網膜，因此即使在暗處，只要能吸收微弱的光源就能在夜晚看得一清二楚。軍事專家模仿貓眼製成微光夜視儀，只要藉由月光、星光就能觀察暗處的動向。

機械壁虎

機械壁虎Stickybot（黏附機器人）最初的研發目的是幫助探索和模仿壁虎的移動方式，由加利福尼亞洲的史丹佛大學製造，能讓人明白壁虎如何移動爪子來隨意解除黏附。Stickybot能以4cm/s的速度沿著一面玻璃攀爬。人造壁虎的特性引起了美國情報部門的興趣：有什麼間諜比黏在玻璃上的小蜥蜴更好呢？

機械尾鰭

海豚是絕佳的泳者，速度比人類快十倍，這種優勢能力並非源自肌肉群，而是幾乎沒有肌肉的尾鰭。20世紀60年代，新發明的單腳蹼便是利用腳蹼回收肌肉產生的動能，增強加速度。Lunocet是一種專門模仿海豚而設計的單腳蹼，便能達到13km/h的時速，也就是400公尺自由式世界紀錄的兩倍。

仿生企鵝

仿生企鵝不同於真實的企鵝，牠們還能夠飛行！這些機器人由一家德國企業研發，用於協助觀察動物行為，研究人員甚至在嘴部安裝一隻可伸縮和抓握的手，可在需要時「幫一把手」或「幫一把嘴」，視情況而定。還有些仿生企鵝裝有受海豚啟發而發明的聲納，能夠在一個水池裡互不干擾地游動；另外也有其他型號的仿生企鵝，將平展的鰭換成了翅膀，並在內部填充氮氣，而能夠優雅地拍打翅膀飛行。

靠風力探索火星

在植物稀少的地區風滾草依靠著風移動，而風也同樣在火星上吹。因此，這個特性促使美國太空總署發明了一種叫做「風滾草」的器械，專門用於探索火星。為了模仿這種植物的輕盈特色，這個器械充滿了氣體，並由好幾個部分組成一個球型，某些部分可以放氣，以此確保器械能輕巧地著陸和停頓。

無聲飛行

要在黑暗中捕獵，貓頭鷹必須擁有無聲飛行的能力。這個能力或許應歸功於翅膀前緣的齒狀羽毛，能夠吸入並分流空氣，減少翅膀與空氣摩擦；而翅膀後緣的厚實羽毛也能產生同樣的效果，減少氣壓變化，從而減少渦流。這項特點被應用於日本的新幹線高速列車，為了減少新幹線上的導電弓架與空氣摩擦行進時產生的噪音，模仿了貓頭鷹的羽毛鋸齒跟彎弧特性來解決噪音的問題。

逆向工程

逆向工程（Reverse Engineering）又稱反向工程，是一種技術過程，然而若是對自然施以「逆向工程」技術，便造就出對人類進步產生極大影響的仿生科技。

一般逆向工程的目標為商業或軍事，而仿生科技則是以「自然生命」作為標的，將兩者結合運用，像是現代農業面臨到的各種問題，包括灌溉技術與產業模式等，便可在大自然中得到解答。因此，逆向工程的概念，使我們得以將自然界的智慧運用在人類生活中。

一個實際物品或模型，經由量測→ CAD資料建立→ 3D列印或CAM輸出→獲得與原型相近的作品，再對作品進行分析及研究，並重新擬定以工業生產的方式得到該產品，此產品與原物品或模型外型相近，這樣的產品製作流程，就稱之為逆向工程 。透過這樣的流程可以大大節省開發的時間與成本，並發揮產品的最大功效，進而發展更多的應用。

逆向工程可能會被誤認為是對智慧財產權的嚴重侵害，但在實際應用上反而可能會保護智慧財產權所有者，例如在積體電路領域，如果懷疑某公司侵犯智慧財產權，便可以用逆向工程技術來尋找證據。

另外透過了解商業產品中常見的逆向工程應用時機，更能夠幫助了解有關逆向工程的概念與應用範圍，以下為商業逆向工程使用時機之介紹：

逆向工程操作流程

CAD即電腦輔助設計（Computer Aided 
Design）是指運用電腦軟體製作並類比實物設計，展現新開發商品的外型、結構、色彩、質感等特色的過程，而設計完成之後，便會進入CAM，即電腦輔助製造（Computer Aided Manufacturing）。

思考不短路

認識了許多有趣的科技與工程之後，你是否也在日常生活中有感觸與啟發，寫下你的獨特點子，儘管現在還不能確定是否可被實現，但相信只要隨時記錄，不讓靈感跑走，現在的想法會經由時間、經驗、知識的累積慢慢萌芽茁壯！

多軸飛行器

多軸飛行器（multirotor aircraft），也稱多旋翼直升機（multicopter），是具有兩個旋翼軸以上的旋翼飛行器，每個旋翼軸的末端都會安裝電動機來推進轉動，藉由帶動旋翼而產生上升動力。目前常見的多軸飛行器和直升飛機最大的不同點在於，其旋翼大多是固定角度，而非如直升機一般是可變的。

多軸飛行器在空中可透過改變旋翼軸之間的相對速度，來達到改變推進力的效果，藉此便能控制飛行器的運行方向與路徑。由於多軸飛行器的多旋翼軸特性，構造比起飛機相對簡單且穩定，因此目前推出的多軸飛行器在外型上也輕巧許多，適合休閒使用，也被廣泛應用在許多生活層面上。

因為多軸飛行器容易製造和控制，所以常用來作為遙控飛行器，常見的有四軸、六軸、八軸飛行器。其體積小、重量輕、攜帶方便等特性，能輕易進入狹窄、矮小、高聳、擁擠或崎嶇等人體較難以進入的空間，因此也常作為研究和觀察之用。多軸飛行器發展至今已是高空拍攝、電影取景、監控勘探等飛行任務的重要工具。

近年的研究更擴及到交通運輸上，德國Volocopter公司便在2011年完成了第一架可以載人的多軸飛行器，雖然僅升空約90秒，但近年來隨著更多科技公司投入研發，多軸飛行器被應用於載客運輸或貨物配送等需求上，是可預見的未來景象。

四軸飛行器

四軸飛行器（quadrotor aircraft），又稱四旋翼直升機（quadcopter），是多軸飛行器中最常見的形式之一，以四個旋翼軸來產生上升力。

四軸飛行器的四個旋翼大小相同，分布在機體對稱的位置上，可以藉由調整不同旋翼間的相對速度來控制速度與路徑；旋翼間的反扭力矩控制比起傳統的單旋翼直升機更便捷，單軸直升機有主旋翼與尾槳的構造，尾槳並不能提供上升力，且結構比多旋翼要複雜很多，以尾槳抵消主旋翼產生的反扭矩來控制飛機偏向，而四軸飛行器在方向控制上則較單旋翼直升機更快捷。

小型四旋翼飛行器

近來四軸飛行器最廣泛利用的是在無人機領域，目前常見的小型無人機也多為四軸飛行器，伴隨著數位網路科技的發展與電力設備革新，遠端操控、GPS定位、電動機引擎和飛行控制系統等逐漸完善，達到了安靜、快速、攜帶輕便、簡易操作、構造簡單等幾項優點，目前也多應用在惡劣地形的研究、大型活動的維安、人數估算等情境。

臺灣使用執照

四軸飛行器在臺灣也並不少見，交通部為了因應遙控無人機活動漸增而需訂定相關管理方式，借鑒了美國、歐盟、日本等國家的立法經驗與國際民航組織規範，於2019年7月實施《遙控無人機管理規則》。

依現行法令規定：「自然人所有之最大起飛重量二百五十公克以上之遙控無人機及政府機關（構）、學校或法人所有之遙控無人機，應由其所有人檢附下列文件向民航局申請註冊，並於註冊完成後，將民航局賦予之註冊號碼標明於遙控無人機上顯著之處後，始得操作。」

除了需要在上空以前註冊之外，某些特定的飛行器種類還需要另外考慮證照，包含以下三類：

一、政府機關（構）、學校或法人所有之遙控無人機。
二、自然人所有之最大起飛重量二公斤以上未達十五公斤且裝置導航設備之遙控無人機。
三、自然人所有之最大起飛重量十五公斤以上之遙控無人機。

證照共分為三種，有效期限兩年： 

學習操作證

申請者應年滿十六歲，經申請後，由民航局發給。
持有人得於持有遙控無人機普通操作證或專業操作證之操作人在旁指導下，依其普通操作證或專業操作證所載之構造分類學習操作最大起飛重量未達十五公斤之遙控無人機。

普通操作證

申請者應年滿十八歲，經學科測驗合格後，由民航局發給。
持有人得操作自然人所有最大起飛重量二公斤以上、未達十五公斤且裝置導航設備之遙控無人機。 

專業操作證

申請者應年滿十八歲並符合相關經歷規定後，經體格檢查及學、術科測驗合格後，由民航局發給。
持有人得操作政府機關（構）、學校或法人所有之遙控無人機及自然人所有最大起飛重量十五公斤以上之遙控無人機。

個人休閒娛樂使用

2公斤以下　 免操作證
2-15公斤　   普通操作證
15公斤以上   專業基本級操作證

政府機關（構）、學校或法人使用

專業基本級以上之操作證更多資訊可參考相關法規與民航局網站：法規規範