飛行 的 動物 那 牠 眼睛 不 反光 的話 牠 的 天敵 在 牠 飛行 的 時候 並 不會 感覺到 牠 的 存在 所以 這 是 一 個 自然界 生物 自我 保護 的 一 個 功能 蛾 的 眼睛 的 構造 是 次 波長 的 結構 是 斜率 的 漸 變 就是說 它 的 結構 的 大小 呢 比 光波 的 波長 小 一 個 尺度 所以 對 光 來 說 光 就 不會 感覺到 這 個 改變 就 沒有 反射 的 發生 蛾 眼 角膜 上 的 奈米級 小 突起 上面 有 斜率 的 漸 變 讓 入射 的 光線 漸漸 被 吸收 不會 反射 回去 科學家 發現 蛾眼 結構 的 特性 可以 有效 改善 太陽能 電池 因為 矽晶 反射率 過 高 的 問題 只要 在 表面 上 加 一 層 模仿 蛾眼 結構 的 抗 反射層 就 可以 有效 降低 光 反射 比例 光 在 入射 到 蛾眼 結構 的 時候 不管 是 任何 波長 的 光 它 的 反射 的 損失 都 可以 減少 所以 應用 在 太陽能 電池 上 可以 有效 的 增加 對 太陽 光寬 頻譜 的 光源 的 吸收 如果 沒有 抗 反射層 的話 這 個 光 的 反射率 是 35% 但是 如果 我 有 很 好 的 抗 反射層 的話 這 個 反射率 可以 降到 3% 以下 這 個 聰明 有 效率 的 蛾眼 結構 目前 生產 的 成本 還是 太 高 無法 大量 使用 未來 呢 是 希望 這 種 蛾眼 結構 呢 可以 用 便宜 的 半導體 製程 的 方法 做成 特別 是 大 面積 的 製程 那 這樣子 它 應用 在 太陽能 電池 上 呢 就 不會 只 限制於 單一 波長 而是 它 可以 用 在 更 寬 頻譜 的 應用 應該 是 在 二 三 年 內 我們 就 可以 看到 奈米 結構 應用 在 太陽能 電池 上 蛾眼 因為 吸收 了 光線 可以 隱身 在 黑暗 中 有 些 生物 則 是 藉由 改變 身 上 的 顏色 來 達到 隱形 的 效果 烏賊 和 變色龍 藉由 改變 身 上 的 顏色 成為 自然界 中 的 偽裝 高手 特別 是 烏賊 變色 的 速度 遠遠 勝過 變色龍 烏賊 呢 本來 在 這 個 黑色 環境 牠 比較 暗 身體 表面 比較 暗 可是 牠 可以 在 瞬間 到 白 的 環境 呢 牠 身體 就 變 白 跟 環境 可以 融合 在一起 烏賊 的 神經 系統 可以 調控 色素 細胞 的 分布 和 收縮 讓 自己 在 短 時間 內 迅速 改變 體色 達到 偽裝 的 目的 當 牠 要 變成 深色 的 時候 牠 的 色素胞 就 開始 分散 白色 的 環境 牠 色素 細胞 全部 集中 所以 這 個 是 牠 一 個 很 迅速 能夠 變裝 的 能力 了解 動物 如何 隱身 後 我們 也 可 透過 類似 的 原理 達到 隱形 的 效果 嗎 電影 情節 中 哈利波特 擁有 一 件 神奇 的 隱形 斗蓬 只要 披 在 身 上 就 可以 完全 隱身 這 是 許多 科學家 們 現在 正 致力 研發 的 材料 我們 普通 說 一 個 折射 就 是 一 道 光 入射 到 某 一 個 表面 之後 折射光 呢 跟 入射光 呢 它 會 在 法線 的 兩 邊 負 折射 的 介質 就 是 變成 折射光 會 回到 法線 的 同 一 邊 負 折射 介質 後來 改 了 一 個 名字 就 叫做 超穎 材料 假設 我 做 一 個 圓形 的 殼 安排 它 不同 的 介電 常數 跟 不同 的 磁導率 從 外面 射進來 的 光 會 沿著 這 個 球殼 繞 繞出去 之後 它 所 走 的 方向 就 像 是 沒有 這 個 球殼 的 時候 直接 過來 的 那 個 方向 真正 的 光線 有 繞過 這 個 球殼 但是 這 部分 就 沒有 被 看到 就 像是 隱形 了 我們 人 眼 會 看到 東西 其實 是 你 身 上 的 光 反射到 人 眼 對 隱形 材料 來 講 它 是 希望 光 會 轉彎 那 對抗 反射 的 應用 來 講 的話 它 是 希望 光 不要 反射 基本 上 它們 都 是 奈米 結構 的 材料 但是 它 對 光 的 操縱 的 含義 是 稍稍 不同 的 透過 科學家 們 的 努力 未來 有 機會 可以 做出 一 件 真正 的 隱形 斗蓬 嗎 超穎 材料 我 相信 應該 還 有 好幾十 年 好幾百 年 的 研究 的 空間 如果 隱形 戰機 可以 做 得 出來 那麼 可見光 的 隱形 斗篷 一樣 有 機會 是 做 得 出來 的 當然 也 有 學者 抱持 著 不同 的 想法 我 覺得 我們 工程師 的 成就 自古以來 最 重要 的 都 不 是 在於 模仿 自然 而是 想 辦法 克服 自然 所 給 我們 創造出來 的 困難 你 弄 一 個 斗蓬 在 身 上 別人 就 看 不 到 你 了 我 不 相信 會 有 這 種 東西 因為 這 裡面 涉及到 的 問題 很 簡單 這 就 是 你 怎麼樣 操弄 光線 生物 對於 光線 各 有 不同 的 應用 方式 蝴蝶 透過 翅膀 的 反光 來 分辨 同 類 與 吸引 異性 而 夜間 出沒 的 蛾 則 有 一 雙 不 反光 的 眼睛 躲開 天敵 的 追捕 科學家 們 努力 破解 了 許多 生物 們 的 生存 秘密 透過 奈米 製程 技術 的 逐漸 成熟 我們 也 有 機會 像 牠們 一樣 精準 地 操弄 光線 嗎 我們 希望 控制 光 就 像 現在 半導體 控制 電 一樣 希望 將來 用 光腦 取代 電腦 用 光路 取代 電路 因為 光 是 走 得 最 快 的 一 個 媒介 我們 對於 這 個 資訊 傳輸 的 速度 要求 是 越來越 高 我們 可以 讓 光 在 很 小 的 面積 內 做 很 複雜 的 路線 的 傳播 所以 會 希望 是 用 光 來 取代 電 你 摸摸 電腦 裡面 的 電線 用 了 一 段 時間 很 久 以後 你 會 發現 電線 發熱 那 代表 電能 是 損耗 在 熱量 可是 你 把 一 條 光纖 用 了 好 久 以後 它 是 不 發熱 的 那 這樣 的 好處 是 說 你 可以 減少 這些 電線 熱量 電阻 的 損耗 把 現在 大家 所 用 的 電腦 提昇到 光腦 的 層級 當然 是 科學家 們 的 美 夢 而 光子 晶體 對於 光纖 通訊 也 有 很 大 的 幫助 可以 倍增 傳遞 的 訊息 比如說 你 傳播 一 個 綠色 的 訊號 在 傳統 光纖 裡面 它 永遠 走 的 就 是 綠色 的 訊號 那 光子 晶體 光纖 有 一些 非線性 效應 傳播 綠色 的 光 進去 這 個 光纖 裡面 當然 綠色 的 光 還是 在 跑 可是 它 會 產生 比如說 紅色 的 紫色 的 不同 波長 的 光 出來 面對 取之不絕 的 太陽光 我們 可 從中 取得 的 能量 非常 少 但是 面對 其他 有限 的 地球 資源 我們 卻 無止盡 的 開挖 人類 無法 自己 產生 能量 卻 大量 地 消耗 能源 仰賴 著 地球 的 資源 來 維持 我們 的 生活 所 需 螢火蟲 小小 的 身體 裡 藏 著 能量 轉換 的 祕密 高效率 而 不 浪費 能量 的 轉換 方式 一直 是 人類 迫切 想要 突破 的 技術 我們 以前 會 從 動物 的 身 上 得到 一些 啟發 人類 很 早 就 有 這 個 能力 但是 我 一直 覺得 的確 人類 是 非常 浪費 的 尤其 是 工業 革命 以後 我們 變 得 更 浪費 比方說 我們 生活 中 用 的 電 就 是 一 個 最 不 有效 的 能源 的 使用 方式 目前 的 發電 與 輸送 電力 設備 都 有 大量 損耗 的 情況 如果 它 是 某 種 生物 那 早 就 在 殘酷 的 生態系 演化 中 消失 殆盡 了 有 很多 地方 其實 就 是 師法 自然 的 奈米 材料 都 可以 找到 很多 的 應用 那 我們 真正 要 做 的 事情 就 是 發揮 智慧 把 這些 結構 用 很 便宜 很 快速 的 方式 做出來 這樣子 以前 的 師法 自然 我們 只 能 讚美 大自然 的 奧妙 引發 科技 進步 的 靈感 近年 來 由於 奈米 科技 的 蓬勃 發展 科學家 能夠 將 探索 的 觸手 伸進 自然界 細微 的 世界 中 仿造 其 美麗 的 微奈米 結構 更 有 效率 的 改變 地球 群體 的 生活 2011年 10月 30日 全球 第70億 個 嬰兒 降生 於 菲律賓 迎面 而 來 的 不 是 慶祝 而是 糧食 短缺 日趨 嚴重 的 問題 然而 在 人口 爆炸 的 背後 人口 老化 更 是 不容 忽視 的 現象 台灣 於 1993年 正式 邁入 高齡化 社會 2010年 老年 人口 占 總人口 比率 已 達 10.7％ 成為 亞洲 最 高齡 國家 之 一 高齡化 社會 除了 勞動 生產力 下降 更 要 面臨 器官 衰竭 導致 的 種種 老化 問題 人 的 身体 是 由 一套套 複雜 的 器官 系統 所 組成 包括 腦 就 是 神經 功能 心臟 呼吸 肝臟 胃腸道 還 有 泌尿 系統 排泄 廢物 那 甚至 內分泌 也 算是 一 個 系統 其實 身體 是 一 個 很 複雜 的 各 種 不同 器官 的 一 個 組合體 將 活生生 的 器官 換成 仿生 科技 的 人工 器官 到底 是 不 是 遙不可及 的 天方夜譚 呢 帶領 台大 團隊 創下 多 項 世界 紀錄 的 臺大 醫院 創傷 醫學部 主任 柯文哲 醫師 也 是 國際 知名 的 葉克膜 專家 過去 幾十 年 來 醫學 最 大 的 進步 就 是 可以 有 各 種 叫 器官 功能 取代 的 方法 比方說 洗 腎 就 是 或是 說 暫時 急性 呼吸 衰竭 可以 採用 呼吸器 所以 這 種 人工 器官 的 發展 在 過去 是 慢慢 在 發展 起來 的 目前 人工 器官 最 普遍 使用 的 就 是 洗腎 台灣 洗 腎 人口 高居 世界 第一 全民健保 中 有 360億 元 是 花 在 洗腎 上 究竟 是 什麼 原因 導致 台灣 洗腎率 飆高 呢 台灣 的 那 個 透析 發生 的 原因 其中 40% 以上 還是 都 是 糖尿病 那 再來 就 是 30% 大概 都 是 所謂 的 慢性 腎炎 所以 這 跟 其他 世界 國家 大概 基本 上 沒有 什麼 特別 的 差異 藥物 會 對 腎臟 有 造成 負擔 營養 補充品 這些 我 想 大概 很多 都 只 會 增加 腎臟 的 負擔 那 腎臟 不 好 的 時候 再 增加 它 的 負擔 就 是 讓 它 過勞死 腎臟 是 人體 重要 的 器官 之 一 人體 代謝 產生 的 廢物 都 需要 靠 腎臟 去 排泄 它 也 維持 酸鹼值 與 電解質 的 平衡 此外 腎臟 還 會 分泌 荷爾蒙 例如 紅血球 生成素 對 造 血 功能 的 影響 很 大 一般 洗 腎 我們 就 講 說 透析 啦 一 種 就 是 所謂 的 血液 透析 血液 透析 就 是 把 血液 從 動脈 把 它 引流出來 然後 接到 人工 腎臟 上面 然後 經過 擴散 傳導 作用 把 尿毒素 清除 把 缺 的 電解質 補進來 把 多 的 電解質 移除 再 經過 靜脈 把 血液 送回去 一 個 禮拜 三 次 那 一 次 大概 都 是 四 個 小時 左右 那 另外