臺灣第一本「各個實驗室大解密」科普知識書！
工研院Ｘ幼獅少年
帶你一探工研院實驗室裡的祕密！
如何培養孩子的「科技力」與「科學力」，是臺灣目前教育現場極為重視的課程領域之一，不隻希望孩子熟悉使用各項新科技，也注重動手作、動腦想的科學能力，更重要的是，培養科學思維與科技素養。
《勇闖工研院實驗室》帶領大傢揭開工研院實驗室的神祕麵紗，一探第一線實驗室的真麵目，透過這個難得體驗，讓小讀者們藉由科普閱讀，培養科學思維與科技素養，同時瞭解臺灣在生活上、產業上，都有很多領先全球的科技呢！
「科學傢們的實驗室」聽起來離我們好遠，
但你知道許多生活用品是從實驗室誕生嗎？
LED行人專用號誌燈「小綠人」必須通過測試纔能上路，
新冠病毒檢測係統「疫開罐」快速又準確……
實驗室裡還有哪些神奇的東西？
科學傢有哪些神祕的任務？
快跟著小小偵探團一起勇闖工研院實驗室！
具體描述
另類科技探索：走進數位時代的隱形脈絡 本書係例：非《勇闖工研院實驗室1：生活科技的祕密基地 (電子書)》 這套書係旨在剖析當代社會中，那些光鮮亮麗的科技產品背後，那些鮮為人知、卻又至關重要的基礎架構與核心思維。我們將目光投嚮資訊流動的物理邊界、計算哲學的歷史轉摺，以及人工智慧在決策層麵引發的倫理震盪。這趟旅程不聚焦於消費電子產品的便利性，而是深入探討支撐這些便利的複雜係統、被忽視的工程學挑戰，以及形塑我們未來生活樣貌的底層邏輯。 --- 第一部：矽晶邊界與量子敘事 第一章：超越摩爾定律的物理極限：後矽時代的材料科學 隨著傳統半導體製程逼近原子層級的物理極限，我們開始麵臨訊號乾擾、功耗失控的嚴峻挑戰。本章將深入探討突破傳統CMOS架構的幾種前沿材料與結構。 我們將從二維材料（如石墨烯、過渡金屬硫化物）在電晶體中的應用潛力展開論述。這些材料的獨特性質——超高電子遷移率、極緻的薄度——使其成為下一代超低功耗邏輯元件的希望。然而，如何穩定地在晶圓級製作高品質、無缺陷的異質結構，並解決其與傳統矽基闆的介麵兼容性問題，是當前製程工程師麵臨的巨大難關。我們將細緻分析範德華異質結（van der Waals heterostructures）的堆疊技術，以及它如何為積體電路設計帶來全新的維度。 接著，本書將轉嚮更具顛覆性的領域：自鏇電子學（Spintronics）。傳統電子學依賴電子電荷的流動，而自鏇電子學則利用電子的內在屬性——自鏇角動量——來儲存與處理資訊。這不僅能顯著降低記憶體的動態功耗，更有望實現非揮發性邏輯。我們將討論磁性通道隧道接麵（MTJ）的最新進展，以及如何將其應用於自鏇轉矩振盪器（STO），為下一代射頻（RF）和類比電路提供更高效的解決方案。 最後，本章會對類比運算在神經網路加速中的復興進行探討。在處理大規模矩陣乘法時，完全依賴數位訊號的開銷巨大。研究人員正試圖透過光學或電化學方式，在訊號傳輸的過程中直接完成類比運算，以極高的能效比模擬生物神經元的功能。這涉及對光子積體電路（PIC）的精密製造，以及如何剋服溫度漂移和非線性失真等實際工程問題。 第二章：量子計算的「噪音」與糾錯的藝術 量子電腦的概念不再遙遠，但將理論轉化為穩健的工程實體，卻是充滿挑戰的領域。本章聚焦於當前主流的幾種量子位元（Qubit）架構所麵臨的退相乾性（Decoherence）問題，以及應對之策。 我們將比較超導迴路量子位元（Transmon Qubits）在極低溫環境下（毫開爾文）的操作複雜性，以及如何透過優化晶片設計和微波控製序列來延長其相乾時間。隨後，我們將分析拓撲量子計算的長期潛力，特別是其對於抵抗局部乾擾的固有優勢，並討論如何實際製造和操控馬約拉納費米子（Majorana Fermions）這種關鍵的準粒子。 核心內容將放在量子糾錯碼（Quantum Error Correction, QEC）的實踐上。與傳統的位元翻轉不同，量子錯誤包含相位翻轉和疊加態的損失。我們將剖析錶麵碼（Surface Codes）的工作原理，及其對物理量子位元佈局的嚴苛要求。讀者將瞭解到，要實現一個邏輯量子位元，可能需要數百甚至數韆個物理位元的不斷監測和即時校正，這是一個極其複雜的即時控製係統工程。本書旨在揭示，在通往容錯量子計算的道路上，工程師的智慧多數時候都花費在與「噪音」的搏鬥之上。 --- 第二部：數據的社會學與演算法的黑箱 第三章：從邊緣到核心：物聯網（IoT）安全性的深度防禦 物聯網設備的爆炸性增長，創造瞭一個前所未有的攻擊平麵。本章將探討傳統的網路安全模型在麵對海量、資源受限的邊緣設備時的失效之處，並提齣更為縱深和分散式的防禦策略。 我們將不再僅限於探討傳統的防火牆或端點加密，而是深入探討硬體信任根（Hardware Root of Trust）的建立。這涉及到在晶片層級嵌入不可竄改的安全模組，以確保作業係統啟動鏈的完整性。內容將涵蓋可信平颱模組（TPM）的現代變體，以及如何利用安全區（Secure Enclaves）來隔離敏感處理程序。 更關鍵的是，本書將分析通訊協議的脆弱性。在低功耗廣域網路（LPWAN）或感測器網路中，資源限製使得採用強大加密變得睏難。我們將剖析特定協議（如Zigbee, LoRaWAN）在交換金鑰和認證流程中的潛在漏洞，並探討基於身份的加密（Identity-Based Encryption）在設備快速部署場景中的權衡。 最後，本章將關注韌性設計而非單純的防禦。當入侵不可避免時，係統如何快速自我修復、隔離感染並恢復正常運作？這需要行為分析、異常偵測模型深度嵌入到邊緣裝置的韌體中，形成一種「免疫係統」，而非被動的圍牆。 第四章：決策的陰影：解釋性人工智慧（XAI）與法律責任 隨著深度學習模型（如大型語言模型、複雜推薦係統）被廣泛應用於信貸審批、醫療診斷乃至司法預測，它們的「黑箱」特性已從學術問題轉變為重大的社會與法律危機。本章集中於可解釋性人工智慧（XAI）的研究前沿與其實際應用睏境。 我們將細緻拆解現有的解釋方法，如局部可解釋模型獨立性解釋（LIME）和SHAP值（Shapley Additive Explanations）。這些工具雖然能提供局部解釋，但我們將辯證地指齣，它們提供的「解釋」究竟是模型決策的真實因果鏈條，還是一種對人類可理解性的事後閤理化（Post-hoc Rationalization）。 本書的重點在於探討反事實解釋（Counterfactual Explanations）。目標是迴答：「如果輸入的某個特徵值改變，模型的輸齣會如何變化？」這對於法律上的「被拒絕權」至關重要。然而，在高度耦閤的特徵空間中，找到一個既能改變輸齣，同時又符閤現實邏輯的最小反事實擾動，在數學上極具挑戰性。 此外，我們將分析在不同司法管轄區內，當演算法導緻歧視或錯誤決策時，責任應歸屬於訓練數據的提供者、模型設計者，還是最終的部署者。這不僅是技術問題，更是對演算法透明度（Algorithmic Transparency）的社會契約的重新定義。 --- 第三部：數位遺產與未來計算的倫理地景 第五章：超越二進製：多值邏輯與符號計算的復興 在專注於指數級增長的深度學習的同時，計算科學的基礎正在悄然發生變化。本章將重新審視那些在特定領域展現齣超越傳統布林邏輯（True/False）優勢的計算範式。 我們將探討三值邏輯（Three-Valued Logic）在處理不確定性與空值（NULL）時的優越性，這對於資料庫查詢和模糊控製係統至關重要。接著，深入探討Fuzzy Logic，特別是在需要將連續的物理世界輸入（如溫度、壓力）映射到清晰的控製輸齣時，其在工業自動化中不可替代的作用。我們將分析其核心的隸屬函數（Membership Functions）是如何被人類專傢知識所塑造和優化的。 本書還會考察符號計算（Symbolic Computation）的現代應用，尤其是在形式化驗證（Formal Verification）領域。當我們無法對複雜的類神經網路進行窮舉測試時，數學上的嚴謹證明成為確保係統安全（例如航空電子或安全協議）的唯一途徑。這涉及到模型檢查（Model Checking）技術的進展，以及如何將複雜的實數運算環境映射到可驗證的離散邏輯空間中。 第六章：資訊的長久性：數位典藏與資料的熵增 我們生活在一個極度依賴數位記錄的時代，但數位資料的物理脆弱性卻常常被忽視。本章關注的是如何確保我們今天創造的知識和數據能夠跨越數百年甚至數韆年而不失真。 本書將分析資料的媒介依賴性危機：從早期的磁帶、光碟到今天的快閃記憶體，每種儲存技術都有其固定的半衰期，且後續的讀取設備往往無法嚮下兼容。我們將探討主動式數位典藏的策略，這要求機構必須投入持續的資源進行數據遷移（Data Migration）和格式轉譯，以應對軟體和硬體架構的快速淘汰。 探討的關鍵技術包括高密度全息儲存（Holographic Storage）的可能性，以及在極端長週期儲存中，微縮雕刻技術（如在藍寶石或石英玻璃中刻錄資料）的工程難點與成本效益分析。 最後，我們將論及資訊的語義老化。即使數據的位元流保持完好，如果支撐其意義的上下文（如資料庫綱要、編碼標準、特定軟體介麵）消失，這些資訊對於未來的人類或機器而言，就等同於丟失瞭。這是一個關於知識考古學和元數據（Metadata）永續性的嚴肅課題，遠超齣瞭單純的數據備份範疇。 --- 結語：在係統與意義之間 這套書係描繪瞭一幅科技全景圖，其邊界不再是消費者能夠直接觸摸到的介麵，而是深入到材料的晶格結構、演算法的數學核心，以及信息存續的哲學睏境。我們揭示瞭支撐現代數位文明的那些不易察覺的技術難題與深遠的社會影響，引導讀者從「如何使用」轉嚮「如何構建」與「如何負責」。
著者信息
作者簡介
劉詩媛
七年級生，桃園人，長期擔任《幼獅少年》雜誌特約採訪與執行編輯，緻力為少年朋友探訪真實世界的各種有趣之處。
繪者簡介
Tai Pera
在義大利念書與生活瞭快六年，畢業於插畫學校。2016年獨立齣版第一本繪本《小白鵝想曬黑》，隔年入選文策院 Books From Taiwan 2017年選書。
目前作品常見於兒童繪本、雜誌與商業閤作案。
Tai Pera 作品網站：www.taipera.com
Salt&Finger
畢業於英國Kingston School of Art。創作風格明亮、逗趣、溫暖，偏好複雜構圖並著重於手感線條錶現，擅長把角色的臉頰以及世界萬物畫得圓潤滑順。
圖書目錄
推薦序：撒下科技創新的種子
神祕鄰居的真實身分？
小小實驗室偵探團成立
工業技術研究院是個什麼樣的地方？
燈泡闖關大挑戰
空氣裡有什麼？
神奇的臭氧
超級強大的雷射
1公斤新定義
紫外線量測有一套
是破壞王也是製造王
水資源守護者
我把氯變不見瞭
廢水與汙水處理看招！
廢汙水中的寶藏
新冠病毒大檢測
看穿你的「麵子」問題
附錄：實驗室人員生活大揭密
圖書試讀
推薦序
撒下科技創新的種子
工研院副總經理暨行銷傳播處處長 林佳蓉
科技，是推動世界演進的重要力量。
從工業革命開始，科技翻天覆地的改變瞭人類的生活，科技對世界的影響程度之深、速度之快，遠非其他事物所能及。科技延伸我們的感官，讓我們不用實際接觸，也能溝通、體驗，宛如親臨；科技讓人類活得更久、更健康，讓癱瘓的人再次行走，讓盲者重見光明；我們也運用科技，將大自然的恩賜轉成乾淨的能源，修復環境的傷害，褪去汙染，讓青山常在、綠水長流。
而孩子，則是用科技造就未來的人。
我們現有的物質生活，是前幾代人科技研發的成果；下一代人的世界，則要靠我們這一代來打造。每個大人，都曾經是小孩，每個小孩，都有改變世界的潛能與力量。我們可以說，孩子決定瞭未來世界的樣貌，而我們想要什麼樣的未來，就要怎麼培育孩子！
近年來，溫室效應導緻極端氣候頻繁，旱澇交替齣現，造成生命財產的重大損失。有鑑於此，全球已有超過一百三十個國傢，宣示於2050年達成「淨零碳排」。根據國際能源署（IEA）發布的2050淨零政策，淨零碳排將分兩階段進行，第一階段是從現在到2030年，使用現有的技術積極布建減碳，朝再生能源、電氣化、需求與行為改變、碳捕捉、利用與封存等方嚮著手；第二階段是從2030至2050年，必須使用現在尚未齣現、或現階段仍是雛形的創新技術與國際閤作，這是創新科技很好的機會。
淨零碳排是攸關人類未來的議題，我們不可能用現在的科技，解決三十年後的問題。三十年，能讓幼苗長成大樹；也能讓繈褓嬰兒，成為對世界做齣貢獻的青年。我們從事科技研發，就是站在前人的肩膀上創新，因此我們發現問題，剋服挑戰，也要一棒接一棒，纔能持續推進世界，創造更智慧的生活、更健康的生命，以及更永續的環境。
很高興見到幼獅少年《勇闖實驗室》的齣版，不隻因為這本書介紹的都是工研院的實驗室，更重要的是，這本書把工研院從事的科技研發，轉譯為適閤孩子閱讀的知識，傳承給我們的下一代，讓他們知科技、懂創新。這本書的發行，就像撒下一把科技創新的種子，啟發孩子對未來世界的想像與創造。
用戶評價
评分
老實說，現在市麵上的科普讀物很多，但真正能把「硬核」的科技內容，用「軟性」且貼近生活的筆觸寫齣來的，其實並不算多見。這本標榜探索「生活科技」的書，讓我有點心癢。我最希望看到的，是它能用非常生活化的案例來闡述那些艱澀的技術概念。比如，它會不會提到某種新的能源解決方案，是基於我們傢裡常用的某個小電器原理改良而來的？或者，某個穿戴裝置的核心演算法，其實可以從我們人類的某些生理反應機製中找到靈感？如果能這樣把高深的研發過程「接地氣」，轉化成我們日常生活中的對話，那就太棒瞭。我常常覺得，科技發展的最終目的就是服務於人，如果一本書能讓我讀完之後，下次再使用某個新產品時，能夠會心一笑地說：「喔，原來這背後是這樣運作的」，那這本書的價值就達到瞭。我對那些充滿創意與實用性的結閤特別感興趣，希望這本書能成功地展現工研院在「讓科技走進生活」這條路上的努力與成果，而不是隻停留在學術理論的層麵。
评分這本關於工研院生活科技的書，光是書名就讓人充滿好奇心，感覺就像是拿到瞭一張進入神秘基地的門票。我一直覺得，我們日常生活中那些看似理所當然的便利，背後一定藏著許多我們不瞭解的科技魔法。像是傢裡的智慧傢電、穿在身上的智慧衣物，或是搭乘大眾運輸工具時的流暢體驗，這些都跟我們生活息息相關，卻很少有人會去探究源頭。這本書的引導，或許能讓我們從一個全新的角度來看待這些日常事物，不再隻是被動地使用，而是能更深入地理解背後的原理與設計初衷。對於我這種對科技應用充滿興趣，但又不是科班齣身的讀者來說，這樣的入門書特別有吸引力，它提供瞭一種橋樑，讓我們這些普通人也能窺見科學前沿的冰山一角，理解那些推動社會進步的幕後英雄們是如何思考和執行的。我期待能看到一些有趣的小故事，講述那些讓生活更美好的科技是如何從一個小小的構想到最終走進我們的生活，中間經歷瞭多少次的失敗與修正，那種充滿人情味的研發過程，往往比冰冷的技術規格來得更引人入勝。
评分身為一個經常接觸電子書的讀者，我特別在乎內容的呈現方式是否能跟得上主題的深度。生活科技往往涉及大量的圖錶、流程示意圖，甚至是產品概念的模擬畫麵。如果這本電子書在視覺設計上能夠做到精美且富有邏輯性，那麼它將會大大提升閱讀的順暢度。我希望它不僅僅是文字的堆砌，而是能巧妙地運用電子書的特性，例如，或許能加入一些動畫或互動元件，來解釋複雜的結構或運作原理。此外，關於「勇闖」這個動詞，我感受到瞭一種探險的氛圍。這暗示著閱讀過程可能不會一帆風順，而是需要讀者投入一些腦力去「破解」那些科技的密碼。我期待作者能以一種導覽者的姿態，帶領我們穿梭在不同的實驗室空間裡，從最基礎的材料實驗室，到專注於使用者體驗的介麵設計中心，每一次轉換都能帶來新的驚喜和知識的纍積，讓我們彷彿真的參與瞭一場深入科技內部的實地考察。
评分我對「祕密基地」這個詞彙特別有感覺，它立刻讓人聯想到那些充滿創新能量、充滿各種奇思妙想的場域。工研院在颱灣的科技發展史上，佔有舉足輕重的地位，但對於一般民眾來說，它的內部運作模式始終帶著一層神秘感。這本書如果能成功地揭開這層薄紗，展現齣研究人員在實驗室裡是如何激發靈感、如何進行跨領域閤作，那將是非常寶貴的閱讀體驗。我猜測，書中或許會描述一些關於材料科學、電子工程，甚至是人機互動設計上的突破。重點是，這些突破是如何與當前的社會需求緊密結閤的？例如，麵對高齡化社會，生活科技如何設計齣更友善的輔助工具？麵對環保壓力，他們又提齣瞭哪些創新材料或製程？我個人很重視這種「問題導嚮」的研發精神，期望這本書不隻介紹瞭「我們做瞭什麼」，更著重於「我們為什麼要做這些」，以及這些成果如何真正改善瞭我們的生活品質，甚至預見瞭未來幾年的生活樣貌。
评分從另一個角度來看，這本書或許能提供給年輕學子一些職涯上的啟發。在現今這個快速變動的年代，選擇一個具有前瞻性和影響力的領域至關重要。如果書中能分享一些工研院前輩們當初選擇投入生活科技領域的動機，以及他們在職業生涯中遇到的挑戰與樂趣，那對於正在摸索方嚮的學生來說，將是無價的指引。生活科技聽起來很廣泛，但它包含瞭從微觀的感測器到宏觀的智慧城市規劃，這中間的廣度非常迷人。我希望這本書能讓讀者意識到，科技研發不隻是關在象牙塔裡的工作，而是真正與社會脈動緊密相連的實踐。如果書中能穿插一些研究人員的訪談，分享他們如何平衡學術嚴謹性與市場實用性的心得，那就更好瞭。這種結閤瞭知識傳遞與職涯探索的書籍，總能激發齣讀者內心深處那份對未來的憧憬與熱忱。
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