荷蘭人勇於築夢，今年將打造一條結合高科技的智慧公路，它能自動感應汽車遠近而調節路燈、能辨識天氣變化來提醒路況，甚至能讓行駛中的電動車自動充電。專家說這些科技技術和應用都不是問題，但建造成本恐令人咋舌。

線圈感應，邊開車邊充電

你或許會懷疑：電動車接觸地面的膠輪是絕緣體，如何通電流？工研院機械所車輛組組長江文書表示，無線、非接觸式的充電方式早已誕生，例如電動牙刷的充電座和刷頭握把之間都是絕緣的塑膠材質，但充電座和握把各隱藏一組線圈，當交流電進入充電座的線圈產生磁場，兩組線圈相互感應即產生電流，這股電流經過握把的整流器，變成直流電，貯存在充電電池裡，這種充電方式稱為「感應式充電」，與時下智慧型手機無線充電器原理相同。

江文書表示，電動車也一樣，雖然輪子是絕緣膠體，但只要在公路上埋設感應線圈，車子底盤也裝置線圈，就能經由公路的線圈供電產生磁場，藉由兩組線圈交互感應產生電流，貯入電動車的電池，達到充電效果。

美國已有電動公車利用這種充電方式，延長行駛距離。由於公車的行駛路線及停靠站固定，因此在停靠站的道路表面裝設充電感應線圈，當電動公車停妥，上下兩組線圈對準，就能感應充電啟動；雖然只有數十秒，卻能充電九成，拉長行駛里程，也讓電動公車取代油料公車、實現零汙染公共運輸的境界指日可待。

江文書解釋，感應式充電還用到類似冷氣機的變頻原理。如果利用臺灣的家用電力作為電動車公路的電源，電流頻率為60赫茲，代表正負極變化每秒60次。

首先，變頻器會利用正負極不斷切換的震盪作用，把60赫茲的低頻電力提高到上千、上萬赫茲的高頻交流電，送到道路表面的感應線圈，供電動車底盤的線圈感應發電，電動車上的整流器再把發出來的電轉為穩定的直流電，送到電池貯存、使用。

感應式充電最大的優點是便利，隨處可充電，沒有外露正負極的設計，充電效率不輸傳統的插頭充電。但公路上必須鋪設綿密的線圈，以目前每 60 × 60 公分的線圈高達逾10萬臺幣的造價計算，完成一條智慧公路索價不菲。



磷光塗路面，夜光閃閃提醒路況

荷蘭工作團隊還利用一種感光塗料，取代現在的路面標線，同時在路面上畫圖案，這種塗料白天能吸收太陽能，當溫度下降到某一臨界點時，標線和圖案便會發光提醒駕駛路況，長達10小時之久。由於歐洲冬天常因氣溫驟降，下過雨的路面迅速結冰，導致車輛輪胎打滑而險象環生；而在路面塗上這種感光塗料，即可令透明的冰結晶現形，不僅保障了道路駕駛的安全，也省下了路燈照明的電力成本。

工研院材料與化工研究所應用化學組副組長沈永清表示，荷蘭智慧公路用的塗料是存在於天然礦石中的「磷光」，磷光是一種發光體，被紫外線、X射線照射後，會激發出可見光。不過它不是在吸收光能量的過程發光，而是在釋放能量時發光。當磷光吸收紫外線的能量後，會從「基態」進入「激發態」註，而從激發態退回基態的速度緩慢，發出比紫外線等入射光的波長還要更長的可見光，亦即俗稱的「冷光」。

沈永清表示，古人把磷光材料的礦石磨成球狀，白天吸收太陽能，晚上就成了散發冷光的夜明珠。而這種化學應用在現代生活中也很常見，例如市面常見的可變色馬克杯，就是將磷光材料塗在杯子外層，設定不同的感熱溫度，倒入冰、熱水讓杯子外觀起變化，使原本看不到的圖案浮現。又如房屋的逃生標誌，也是利用磷光材料在黑暗中發光的特性，為人指引生路。

智慧運輸系統，解決塞車問題

其實，早在1986年美國就提出智慧公路的構想，加州大學柏克萊分校的運輸研究所和加州政府交通部，合作成立的非營利組織「先進交通與公路夥伴」（Partners for Advanced Transit and Highways，簡稱PATH），不僅是智慧公路運輸系統的創始元老，更和汽車及零組件業
界密切合作，提供智慧運輸系統的解決方案。

交通大學運輸科技與管理學系主任卓訓榮表示，隨著科技進步，「智慧公路」的夢愈作愈大，除了荷蘭智慧公路的作法外，還有人提出在公路裝設偵測器，實現自動駕駛的構想。

卓訓榮說，自動駕駛的技術在理論上沒問題，車速、車距都能靠科技自動控制，許多道路實測也締造不錯的記錄，但這些記錄還不足以讓人類將手移開方向盤，把性命交給科技，因為實驗成果要轉換成安全可靠的通用設計，還有不少顧慮之處，例如科技設備的效率、穩定性等，「如果不能保證絕不壞、絕不出錯，就不可能實現無人操控的自動駕駛。」

有人集中心力發展「未來式」的高科技智慧公路，也有人務實地用科技輔助解決現存的塞車問題。卓訓榮以國道5號為例，每逢假日，臺北往宜蘭的車道總是壅塞，雖有匝道儀控管制，但儀控管制的模式固定，例如綠燈設定8秒、紅燈5秒，與車流疏散毫不相干，「這種儀控方式很沒智慧。」

卓訓榮說，目前交通部與專業團隊正研發智慧運輸系統，先用雷達微波偵測車速、計算車潮密度、推估車量數，就能算出若要疏散車潮、恢復正常車速，得花多少時間。利用推估模式，控制系統就能彈性改變匝道儀控的秒數，提前知會駕駛人各路段的最佳時速，以錯開塞車路段。再者，匝道儀控管制如果結合高速公路通行費電子收費系統，建議駕駛人在壅塞時段暫不上路，否則通行費加倍，這樣的智慧運輸系統就更聰明了。


註： 在量子力學裡，一個系統可能處於一系列量子態中的一個。這一系列的量子態依能量（能階）高低排列，其中能量最低的量子態稱為「基態」。具有更高能量的狀態稱為「激發態」。系統一般傾向於占據能量最低的狀態，所以基態是研究一個量子
系統的重要方面。



延伸閱讀
1《國二理化》：光與顏色
2《國三理化》：電流熱效應與化學效應／電流的磁效應與電磁效應
1《高一物理》：電流的磁效應／電磁感應
2《高三物理》：電流／電流磁效應／電流感應／近代物理─量子論
3《高二化學》：化學與能源