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解析《攻殼機動隊》的未來科技:光學迷彩、腦機介面都不是幻想?

活躍星系核_96
・2017/04/21 ・3504字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 547 ・八年級

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  • 文/許經夌|中原大學物理系副教授
    中原大學物理系副教授,更為人所知的身分是動漫畫評論團體「傻呼嚕同盟」的 ZERO 老師。自幼被《科學小飛俠》中的大反派物理博士辛格萊爵士所製造的機械鐵獸吸引,因而「誤入歧途」投身物理學界。擅長從熱門動漫中找出有趣的物理問題,曾因「超級英雄的物理學」線上開放課程獲得教學特優教師獎。

你能預測未來的科技嗎?

對於沒有哆啦 A 夢時光機的我們來說,預測未來可是件非常困難的事,但是漫畫家士郎正宗在《攻殼機動隊》這部傑作中做到了!

這部漫畫最早是從 1989 年開始連載的,至今已經超過了 28 個年頭,但是現今看起來不但不過時,其中種種關於未來科技的想像,更可說是在逐漸實現中。

讓士兵像變色龍一樣的「光學迷彩」

翻開漫畫,一開始最讓人印象深刻的,可能就是主角草薙素子在執行暗殺任務時所使用的「光學迷彩」(Optical Camouflage)。迷彩的概念大家應該都不陌生,在軍事上已被廣泛採用,士兵的迷彩服不僅平時看起來帥氣,在戰場上更可融入背景,不易被敵人發現,提高了存活率。

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草薙素子在執行暗殺任務時便使用了「光學迷彩」。圖/臉譜出版提供© Shirow Masamune/Kodansha Ltd.

但是,傳統迷彩有著一個大弱點:它的圖案是固定的,一旦環境背景改變了,例如穿著綠色叢林迷彩服的士兵進入了灰濛濛的城鎮中時,就很容易暴露出來,被敵人逮個正著!

而所謂的光學迷彩,就是利用光學的原理,主動地隨著環境改變其表面的顏色與圖案,隨時保持在與背景融合的狀態中,所以又被稱為「主動式迷彩」(Active Camouflage)。這個概念推到極致,也會讓人聯想起《哈利波特》中的「隱形斗篷」(Invisible Cloak)。

source:IMDb

要實現光學迷彩,其中的關鍵問題是在於:要如何將「原本應該被身體擋住的背景」重現在身體表面上?

只要能解決這個問題,身體看起來就會有如「透明人」,難以被人發現。東京大學的館暲教授實驗室是這方面研究的先驅,有趣的是,《攻殼機動隊》也正是他們實驗室必讀的參考文獻。他們的設計原理說穿了相當容易理解,就是利用有著高反射特性的材料來製作服裝,然後用攝影機拍攝身體後面的影像,再投影到身體的前方。

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這個方法雖然簡單有效,但是目前還難以真正運用在軍事上,因為要讓一位士兵的身影「消失」,就至少得出動一台攝影機及一台投影機跟著他,這也太不實際了吧!

可是隨著科技發展,只要利用裝在身上的微型攝影機取代大型攝影機,並且以軟性顯示器技術來製作可以顯示影像的服裝,取代投影機的投影成像,光學迷彩的實現也許不是那麼遙遠。

圖中央為東京大學館暲教授實驗室呈現的光學迷彩示意圖。圖/截自實驗室官網

也有科學家嘗試以另一個思路來實現光學迷彩:所謂的「透明」,就是光線可以直接穿透而不受阻礙,如果有某種材料能讓光線轉彎而「繞過」物體,那麼該物體看起來就會像是透明的了。

這種可以讓光線大幅度轉彎的材料,就是近年來備受矚目的「超穎材料」(Metamaterial,或譯為「超材料」),它是以奈米科技製作的人造材料,其中的週期性奈米結構,可以讓特定波段的電磁波產生顯著的偏折,而我們熟悉的可見光,其實也是一種電磁波,當然也可以藉由設計恰當的超穎材料加以偏折,現在杜克大學等研究機構已經製作出可使微波、紅外線轉彎的超穎材料,他們也期待未來能將這項技術應用到可見光波段上。

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當然,以目前的發展情況看起來,這些光學迷彩的技術就算是成功了,一時之間大概還是難以緊緻化。我們可以開玩笑地說,要做出有如《攻殼機動隊》動漫畫或電影裡的光學迷彩「緊身衣」,以凸顯出穿著者玲瓏有致的好身材,大概會是下一個階段的發展難題。

「腦機介面」:可以意識或是靈魂可以被上傳嗎?

source:IMDb

除了光學迷彩之外,《攻殼機動隊》世界中無所不在的「腦機介面」(Brain-Computer Interface)技術,更是預言了當今科技的努力方向。透過腦機介面,人腦可以直接向電腦或機器下達指令,也能直接接收電腦所傳送過來的資訊,甚至能夠透過電腦與網路相連,使自己的意識遨遊在廣大的網路資訊之海。

對於越來越依賴行動裝置及網路的現代人來說,腦機介面如果成真,那可是不得了的方便!

我們只要頭腦動念一想,隨時隨地都可以調閱電腦裡的資料,也能直接喚出電腦進行複雜的計算,更可以即時上網搜尋大量的資訊,與成千上萬的網民交流。這麼一來,傳統教育中的「記憶」與「背誦」就不再重要,人腦的價值可以更發揮在「思考」與「創意」的方向上。

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當然,《攻殼機動隊》也預言了這樣「方便」的世界,可能會帶來怎麼樣的麻煩。個人的隱私權會大受影響不說,當電腦病毒或駭客入侵,出問題的可不只是電腦,連人的腦袋都會跟著遭殃,輕則記憶遭到竄改,重則整個大腦神經迴路跟著電腦一起被燒掉!

以腦機介面目前的發展趨勢來看,要達到《攻殼機動隊》所呈現的世界,還有一大段路要走。非侵入式的腦機介面,像是在頭部接上電極所讀取的腦電圖(Electroencephalography, EEG),雖然在醫療上已被廣泛應用,甚至有腦波控制的玩具產品面市,但是其訊號讀取及解析方面仍有許多困難。而侵入式的腦機介面,例如以人工手術的方式植入電極直接與腦部神經相連,或像《攻殼機動隊》漫畫中所想像的,利用微機械(Micromachine, MM)來執行相關的腦機連接手術,除了技術上的難題要克服之外,人類對於「異物」侵入身體的先天性恐懼,更是心理層面上的大障礙。

《攻殼機動隊》的腦機連接裝置屬於侵入性的介面。圖/臉譜出版提供© Shirow Masamune/Kodansha Ltd.

但還是有許多科學家十分樂觀,他們認為,目前腦機介面發展的最主要應用,就是連接人工裝置(也就是所謂的「義體」或「假體」)去取代原有功能已經喪失的神經或器官,例如使殘障人士藉由仿生義肢、電子耳、電子眼等裝置去重獲運動或感知的能力,長遠來看,這也會是人類對抗老化衰弱的有效手段,企冀永生的人類,未來不但不會排斥這樣的技術,甚至像《攻殼機動隊》中全身「義體化」的生化人(Cyborg)的出現也將是大勢所趨。

就算是全身義體化了,腦細胞也總有一天會衰老,那麼,能不能逐漸地把人腦的功能轉移到電子腦中?甚至把人格與意識也一併轉移過去?沿著腦機融合的話題往前走,就一定要問到人類的終極問題:到底什麼是「生命」?什麼是「靈魂」?

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現在的科學對這些問題還沒有解答,甚至對人類意識的運作機制都還搞不大清楚。但是科學界主流的看法是:我們的「意識」(Consciousness),或者你要套用《攻殼機動隊》中的慣用詞,叫它「靈魂」(Ghost)也可以,和我們的腦部神經網路結構密不可分。甚至有學者主張,我們人類思考的根源,推到大腦神經元連結上的電傳導訊號時,是和量子力學中所呈現的隨機現象息息相關的。

如果我們的意識真的是基於量子現象,那麼根據量子力學中的不可複製定理(No-Cloning theorem),我們每一刻的意識與思考都是獨一無二的,不可能複製到別的個體或是轉移到電腦上。就這個觀點來看,《攻殼機動隊》漫畫中所描繪的「靈魂翻印」技術會伴隨著「資訊劣化」現象,也不算是沒有道理的想像呢。

攻殼機動隊》中充滿了對未來科技的前瞻想像,讓人不得不佩服士郎正宗研讀相關資料的認真態度,以及他天馬行空的想像力。我們沒有時光機,但是藉由《攻殼機動隊》這扇「窗戶」,我們可以窺見未來世界各式各樣可能實現的科技風貌,還真是充滿樂趣的享受啊!

文章轉載自OKAPI,原文為「不是幻想,是真的!《攻殼機動隊》中的未來科技大解析」。文章圖片由臉譜出版社© Shirow Masamune / Kodansha Ltd.提供,更多內容請參考《攻殼機動隊 Complete Box》。

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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賽博格時代來臨?Neuralink 的腦機介面揭密
PanSci_96
・2024/11/09 ・3060字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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2023 年 11 月 24 日,馬斯克(Elon Musk)創辦的 Neuralink 公司在官方推特上發布了一則耐人尋味的影片,標題為「Please join us for show and tell」(請加入我們的展示與分享)。這預告了他們將於 11 月 30 日美國時間晚間六點(台灣時間 12 月 1 日上午十點)舉行一場備受矚目的發表會。

回顧過去,Neuralink 曾展示過令人驚艷的技術突破,例如監測豬的腦波,以及讓猴子裝上他們開發的 N1 晶片,用腦控玩經典遊戲《乒乓》(Pong)。這些成果已經讓全球為之震撼。事隔 18 個月,這次的發表會是否會帶給我們更多驚喜?是否能看到人類親自裝上 N1 晶片,直接用大腦來「展示與分享」呢?

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遺憾的是,這一刻還未到來。但馬斯克在開場時就揭露了一個令全場歡呼的消息:在這段時間內,他們持續進行了更多猴子的植入實驗,甚至研發了假大腦模擬器進行離線測試。在確保一切安全和動物福祉的前提下,他們已完成所有備查文件。順利的話,將於六個月內獲得美國食品藥品監督管理局(FDA)的核准,進入人體實驗階段。他本人也表示,若情況允許,他不排斥成為第一個植入 N1 晶片的人。

無限猴子定理與腦機介面

提到猴子打字,不免讓人想到數學和哲學上的「無限猴子定理」。這個定理由法國數學家埃米爾·博萊爾(Émile Borel)於1913年在一本討論機率的書中提出。他假想:如果有無限多隻猴子和無限多次的打字機會,最終有可能打出莎士比亞的《哈姆雷特》。機率雖然極低,但並非零。

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這個定理也被簡化為:即使只有一隻猴子,只要擁有無限次的打字嘗試,也可能產生任何文章,儘管牠完全不知道自己在打什麼。這與這次Neuralink發表會上的猴子展示,有著異曲同工之妙。

然而,馬斯克開發腦機介面的目的,並不是讓我們與猴子溝通。在發表會上,他再次強調了Neuralink的使命:打造一個「高頻寬、泛用型的人機介面」。簡單而言,就是加速我們與智慧裝置的互動方式。

馬斯克的願景:與 AI 共存

現今,AI 技術日新月異,能夠生成精美的圖片、回答各種問題,甚至編寫程式,而且進步速度只會越來越快。馬斯克強調,如果人類希望在未來的物種競爭中與 AI 並駕齊驅,最好的策略就是「打不贏,就加入它們」。

目前,人類之所以在進步速度上遠遜於 AI,他認為主要原因在於人類接收和輸出數位資訊的速度有限。我們最快的方式是閱讀、打字、觸控或語音輸入,但與 AI 透過聯網搜尋數位資訊僅需毫秒相比,我們簡直像是石器時代的原始人。

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因此,他主張透過腦機介面的植入,我們將能以媲美 AI 的速度與電腦互動、聯網,甚至與 AI 協作、駕馭它們。試想,當你能用腦控操作手機和智慧裝置時,還會想用手指滑動輸入,鬧出一堆打錯字的笑話嗎?擁有這種超能力的你,還需要擔心 AI 搶走你的工作嗎?

我們與賽博格的距離

然而,想到要將晶片植入大腦,難免讓人聯想到各種賽博龐克作品中的可怕後果。例如,《Cyberpunk 2077:邊緣行者》中的「賽博精神病」、或是《刀劍神域》中可能燒毀大腦的完全潛行裝置。將自己改造成半人半機械的賽博格(Cyborg),著實令人卻步。

但馬斯克在發表會上指出,其實我們早已是廣義上的賽博格。否則,為何我們每天早上起床第一件事就是滑手機?為何不時低頭看智慧手錶?出門沒帶手機,是否比沒帶錢更讓你焦慮?我們已經如此習慣隨時聯網和人機互動,Neuralink 所做的,不過是提升這種互動的效率。

關於植入大腦的恐懼,Neuralink 以影片中展示的猴子為例。在他們使用高科技機器人進行手術植入後,根本無法從外觀看出牠們有任何植入物。發表會上的工程師甚至半開玩笑地說:「就算我有裝,你也不知道,我的腦後完全沒有痕跡。」

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Neuralink 的真正突破:規模化與產品化

人類對腦機介面研究其實已有百年歷史。 圖/envato

其實,腦機介面的想法和研究早已不是新鮮事。早在將近一百年前(1924年),德國醫生 Hans Berger 就首次從人類頭皮上記錄到腦發出的微弱電磁波(Electroencephalography, EEG),並開始發展非侵入性的電極腦波偵測技術。197 3年,UCLA 的 Jacques Vidal 團隊就已經提出「腦機介面」的概念。而 Neuralink 這種侵入式腦電極也非先行者。早在 1990 年代,美國猶他大學的Richard Normann 教授開發了多電極陣列,在猴子腦中植入 100 個電極,嘗試簡單任務。2002年,實驗猴就可腦控滑鼠,2008年甚至能遙控遠方的機械手臂餵食自己,控制「第三隻手」,彷彿蜘蛛人的反派「八爪博士」。

即使是相對不精準的非侵入式腦波偵測技術,只要幾百個電極,就能在人類身上實現控制機械義手的可能性。2018 年,已發展到能讓人腦控打字、玩遊戲,基本上與 Neuralink 透過 N1 植入物讓猴子能做的事情相似。

那麼,這次發表會的看點在哪裡?其實,馬斯克帶著大批工程師報告,真正要強調的重點是「規模化和產品化」。這正是這場發表會的核心,也是馬斯克向來為人所知的魔法:「讓夢想成真」的關鍵部分。畢竟,好點子並不稀奇,最重要的是執行力。不論是 SpaceX、Tesla,或是前陣子轟動一時的機器人 Optimus,他一貫採用「先求有再求好」的思維,不做最強的原型機,而是先拼湊所有技術,做一個最有可能讓消費市場買單的產品。畢竟,兵貴神速,尤其在商用市場上。

關於 N1 晶片,馬斯克形容得很輕巧,就像是幫你的大腦裝上 Apple Watch 一樣。但智慧裝置成癮的你我,應該此時會浮現相同的疑問:手錶和手機的電池效能會越來越低,科技產品每年都會更新軟硬體,當這些「身外之物」來到產品生命週期末尾時,我們總能輕易汰換。但當這個 3C 產品是放在腦膜底下,如何確保它不僅不會故障,還能好好充電,甚至可升級呢?

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N1 晶片有辦法像 Apple Watch 等「身外之物」一樣,隨時被汰換嗎?圖/envato

Neuralink 這次可是有備而來。首先是穩定性的部分,除了上次發表會看到能腦控《乓》遊戲的猴子佩吉外,這次還展示了其他五隻猴子分別進行不同的腦控遊戲。馬斯克特別強調,牠們都很享受這些實驗,包括這次展示腦控打字的 Sake。透過重複性的實驗,穩定性已獲得一定的保證。

續航力方面,團隊已經改良電池效率,並在猴子身上實驗了無線充電的可行性,確保一整天使用無虞。最後,也是最重要的「可升級性」。畢竟,目前的 N1 就如同 iPhone 一代,當技術演進到 iPhone 14 時,應該沒有人想繼續用舊款。因此,發表會上工程師們展示了 N1 晶片的手術過程有多簡易,完全使用手術機器人,輕鬆地在 15 分鐘內自動植入 64 個電極,再安全地把頭蓋骨和皮膚縫合回來。後續無論是軟硬體升級,只需要到他們正在建置的腦機介面診所就可進行。

目前,N1 晶片的製造已在奧斯汀開始產線準備進行量產。只要 FDA 核准,人體試驗成功的話,Neuralink 就有機會成為第一個達成商用化的腦機介面服務商。

競爭對手與未來展望

然而,Neuralink 只是「有機會」成為第一個達成商用的公司。這兩年,不止一家公司追上,甚至彎道超車,推出比 Neuralink 更接近完成品的產品。在這裡先賣個關子,預告下集我們將討論馬斯克的勁敵,以及可能導致 Neuralink 被指控虐待動物的爭議。

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你聽過「量子意識」嗎?電子雙狹縫實驗讓人猜測意識會影響物質世界,真的假的?
PanSci_96
・2024/03/06 ・3805字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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在市面上,我們常會看到號稱運用量子力學原理的商品或課程,像是量子內褲、量子能量貼片、量子首飾、量子寵物溝通、量子速讀、量子算命、量子身心靈成長課程等等。有人說,量子力學代表了意識具有能量,藉由調整心靈的共振頻率,就能保持身心健康,只要你利用量子力學原理進行療癒或冥想,就能提昇自己的能量,人能長高、身體變壯、每次考試都考一百分;又像是,量子力學就代表一種信息場,讓你跟別人有心電感應,只要轉念,讓宇宙能量幫助你,你就能發大財還能避免塞車。也有人說,別人吃一個下午茶,你也馬上吃一個下午茶,別人喝一杯咖啡,你也馬上喝一杯咖啡,別人跟家人吵架,你也馬上找一件事跟家人吵架,這就是量子糾纏。

然而,量子到底是什麼?跟身心靈、宗教和玄學真的扯得上關係嗎?是否真能幫助你維持健康又賺大錢呢?

在這一系列影片裡,我們就要來討論,量子力學的原理為何?背後又是基於哪些科學的研究成果。等你看完之後,相信對於量子力學跟上述五花八門商品究竟有沒有關係,心裡自然會有所答案。

量子力學和意識有關?

坊間常會聽到量子力學跟意識有關的說法;或許也是因為這樣,量子力學被許多身心靈成長課程甚至玄學拿來作為背書。但,量子力學真的是這樣子嗎?

說到量子力學跟意識的關係,我們就必須來看看,量子力學最著名的實驗之一,20 世紀的物理學大師費曼(Feynman)甚至曾經說過,這個實驗「包含了量子力學的核心思想。事實上,它包含了量子力學唯一的奧秘。」它,就是雙狹縫干涉實驗。

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雙狹縫干涉實驗

現在我拿的器材,上面有兩道狹縫,中間間隔了非常短的距離。等一下,我們會讓雷射光通過這兩道狹縫,看看會發生什麼事。

我們看到,雷射光在打向雙狹縫之後,於後面的牆上呈現有亮有暗的條紋分布,這跟我們在國、高中學過的波的性質有關。

在兩道光波的波峰相會之處,會產生建設性干涉,即亮紋的位置;而暗紋的部分,則是來自破壞性干涉,是兩道光的波峰和波谷交會之處,亦即,光的效應被抵銷了。

在歷史上,雙狹縫干涉實驗占有非常重要的地位。19 世紀初,英國科學家、也是被譽為「世界上最後一個什麼都知道的人」的湯瑪士.楊(Thomas Young),利用雙狹縫實驗,證明了光是一種波。

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那麼,如果我們拿不是波的東西,來進行雙狹縫實驗,會看到什麼結果呢?讓我們試驗一下。

現在我手邊有一堆的彈珠,前面是用紙板做成的兩道狹縫,後面則是統計彈珠落點的紙板。我們讓這些彈珠朝狹縫的地方滾過去,並在彈珠最後的落點劃下記號;若在同樣位置的記號越多,就代表有越多彈珠打中該位置。

在丟了一百顆彈珠之後,我們可以看到,扣除掉一部份因為路徑被擋住、通不過狹縫的彈珠之外,彈珠最終抵達的位置,大致分別以兩道狹縫的正後方為最多,呈現兩個區塊的分布,不像先前光的雙狹縫干涉實驗中,出現明暗相間的變化。

所以,我們得到結論:若是拿具有物理實體的東西進行雙狹縫實驗,因為其一次只能選一邊通過,所以落點最終只會聚集在兩個狹縫後方的位置;而且要是行進的路徑不對,還可能會被擋住。

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至於波的情形,那就不同了,只要狹縫的大小適當,波可以同時通過兩個狹縫,並互相干涉,產生明暗相間的條紋。

換言之,是波,還是物質,兩者在雙狹縫實驗的表現是截然不同的。

只不過,以上的實驗似乎並沒有什麼太令人感到意外的地方,我們也看不出來,它跟量子,還有意識,到底有什麼關係?事實上,若要真正顯示出它的獨特之處,就要來看電子的雙狹縫干涉實驗。

電子的雙狹縫干涉實驗

我們知道,電子是組成原子的基本粒子之一,而原子又組成了世間萬物。可以說,電子是屬於物質的一種極微小粒子。

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在電子的雙狹縫干涉實驗,科學家朝雙狹縫每次發射一顆電子,並在發射了很多顆電子之後,觀察電子的最終落點分布會怎麼呈現。

既然電子是物質的微小粒子,那麼在想像中,應該會跟我們前面使用彈珠得到的結果差不多,電子會分別聚集在兩道狹縫後方的區域。

從實驗的記錄影片中可以看到,在一開始、電子數量還很少的時候,其落點比較難看得出有明顯規律,但隨著電子的數目越來越多,我們慢慢能夠看出畫面上具有明暗分布,跟使用光進行雙狹縫實驗時得到的干涉條紋,有著類似的結構。

這樣的結果,著實令人困惑。直覺來想,既然電子是一顆一顆發射的,它勢必不可能像光波一樣,同時通過兩個狹縫,並且兩邊互相干涉,產生明暗相間的條紋。

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但無可否認,當我們用電子進行雙狹縫實驗時,最後得到的結果,看起來就跟干涉條紋沒什麼兩樣。

對這出人意表的觀測結果,為了搞清楚發生什麼事,科學家又做了更進一步的實驗:

在狹縫旁放置偵測器,以一一確認這些電子到底是通過哪一個狹縫、又如何可能在通過狹縫後發生干涉。

這下子,謎底就能被解開了――正當大家這麼想的時候,大自然彷彿就像在嘲笑人類的智慧一樣,反將一軍。

科學家發現,如果我們去觀測電子的移動路徑,只會看到電子一顆一顆地通過兩個狹縫其中之一,並最終分別聚集在兩個狹縫的後面――換言之,干涉條紋消失了!

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在那之後,科學家做過無數類似的實驗,都得到一樣的結果:只要你測量了電子的路徑或確切位置,那麼干涉條紋就會消失;反過來說,只要你不去測量電子的路徑或位置,那麼電子的雙狹縫實驗就會產生干涉條紋。

在整個過程中,簡直就像是電子知道有人在看一樣,並因此調整了行為表現。

在日常生活中,若有人要做壞事,往往會挑沒人看得到的地方;反過來說,當有其他人在看,我們就會讓自己的言行舉止符合公共空間的規範。

量子系統也有點像這樣,觀測者的存在與否,會直接影響到量子系統呈現的狀態。

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只不過,這就帶出了一個問題:到底怎麼樣才算是觀測?如果我們在雙狹縫旁邊只放偵測器不去看結果算嗎?我們不放偵測器只用肉眼在旁邊看算嗎?或是,整個偵測過程沒有人在場算嗎?

這就是量子力學裡著名的觀測問題(measurement problem)。

結語

在量子力學剛開始發展的數十年,有許多地方都還不是那麼清楚,觀測問題就是其一。在歷史上,不乏一些物理學家,曾經認真思考,是否要有「人的意識」參與其中,才能代表「觀測」。

如果真是這樣的話,那麼「意識」就存在非常特別的意義,而且似乎暗示人的意識能夠改變物質世界的運作。

有一些物理學家曾認真思考,是否要有「人的意識」參與其中,才能代表「觀測」。圖/envato

可以想見地,上述出自量子力學觀測問題的猜測,後來受到部分所謂靈性導師跟身心靈作家的注意,於是,形形色色宣揚心靈力量或利用量子力學原理進行療癒、冥想或身心靈成長的偽科學紛紛出籠,直到近年都還非常流行。

另一方面,可能因為量子兩個字帶給人一種尖端科學的想像,坊間琳瑯滿目的商品即使跟量子力學一點關係都沒有,也都被冠上量子兩字;除此之外,商品宣傳裡也常出現一堆量子能量、量子共振等不知所謂的概念,不然就是濫用量子力學的專有名詞如量子糾纏、量子穿隧等,來幫自己的商品背書。只要有量子兩字,彷彿就是品質保證,讓你靈性提升、身體健康、心想事成。

對此,我就給三個字:敢按呢(Kám án-ne)?

事實上,量子力學至今仍是持續演進的學問,我們對量子力學的理解也隨時間變得越來越豐富。現代的物理學家,基本上不認為我們可以用意識改變物質世界,也不認為「意識」在「觀測」上佔據一席之地,甚至可以說正好相反,人的意識在觀測上根本無關緊要。

不過,我們不會那麼快就直接進入觀測問題的現代觀點。在之後接下來的幾集,我們會先從基本知識開始說起,循序漸進,讓你掌握量子力學的部分概念。而在本系列影片的最後一集,我們才會重新回到觀測問題,並介紹量子力學領域近幾十年來在此問題上獲得的進展。

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