2020年國際科展現場直擊3：視覺中的鬼影是哪來的？讓未來的機器人幫忙搬家！

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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本文由 Epson 委託，泛科學企劃執行。

元宇宙狂潮來襲，數位互動娛樂發展越來越多元！相信大家對 VR 眼鏡並不陌生，但是要人手一台卻還是有難度，反倒是 AR 科技越來越蓬勃發展！例如博物館將 AR 眼鏡結合手上的裝置做互動整合，讓展示的恐龍標本活生生活在你眼前；又或者是去兩廳院看劇，專屬的 AR 字幕體驗讓不同國家的觀眾朋友都能即時享受與深度導覽。

這種近在眼前的數位娛樂——智慧眼鏡到底是如何演進的？又有哪些技術關卡需要去突破呢？首先，需要先了解 VR、AR 甚至是更高深的 MR 跟 XR 是什麼？這些差異點又在哪呢？

AR、VR、MR、XR 傻傻分不清楚？

其實目前為止，大家所聽到的 AR、VR 和 MR，通通都屬於 XR（Extended Reality）「擴展實境」這個大概念下，只要這個設備或軟體能讓你體驗現實以外的資訊，甚至與之互動回饋，就都屬於 XR 唷！

近幾年，因 Meta 執行長祖克伯誓師進軍元宇宙而大紅的 VR（Virtual Reality）「虛擬實境」強調沉浸式體驗，只要戴上 VR 眼鏡，不論是在家或者前往 VR 虛擬實境遊樂園都可以讓你體驗到與哥吉拉對戰或是到虛擬鬼屋探險等有趣體驗。

然而，戴上 VR 眼鏡需要完全的感官遮蔽，以及高昂的售價與電腦運算，甚至是配戴上的重量不適、操作上的空間需求……等都是不容易克服的缺點，目前仍有待市場檢驗。

相較之下，AR（Augmented Reality）「擴增實境」就親近許多，早在 90 年代鳥山明的經典作品《七龍珠》作品中他就用了「戰鬥力探測器」這個裝置讓我們體會到甚麼叫做 AR，而現實世界中的戰鬥力探測器更是就在你眼前，例如：開車玻璃板上顯示速度的 HUD 就算是一種把虛擬資訊投影到現實物體，這就是標準的 AR 技術呀！

而談起 AR 就一定要提到，2016 年遊戲公司 Niantic 推出這款名為 Pokemon Go 遊戲，就在全球掀起了在各地抓寶可夢的熱潮，這股熱潮至今不減，也體現出了 AR 真正強勢之處：與現實環境結合。

而這些年來，在許多自拍濾鏡或觀光集章活動也都是利用了 AR 科技，以現實環境的背景中呈現虛擬元素的特性，而這僅需要你我都有的智慧型手機就可以操作和看見虛擬的角色或頭飾，入門檻遠低於 VR，軟體開發的成本也比必須打造一個世界的元宇宙輕鬆不少。

既然 AR 都能把虛擬的資訊投影在現實的場域中，我們自然會更加貪心的想要和這些虛擬的角色互動，甚至是像阿湯哥《關鍵報告》中的技術一樣作為一個浮空的操控介面來使用，這時候我們需要的就不只是AR了，而是需要 MR（Mixed Reality）「混合實境」。

在 MR 技術中不僅有現實世界和虛擬世界的疊加，更強調虛擬元素可以和現實環境互相作用，例如：虛擬的車子可以偵測到你現實的桌子的邊緣而剎車，甚至你伸手碰觸虛擬元件會產生互動或是抓取效果，而這些技術恐怕就不是一支手機就能輕易辦到的了。要讓 AR 進入 MR，除了手機以外，還需要一個能擷取外部資訊的設備——AR 眼鏡。其實多年來 AR 眼鏡主要面對的難題是「畫面要清楚」、「顏色要飽和」、「不能對現實視線有太多干擾」同時還須具備「輕量化」與「舒適」等特點。

投影技術的演進突破，替智慧眼鏡帶來新的轉機

目前主流的 AR 眼鏡採用的是「全反射稜鏡」和「微投影迷你投影機」這兩個關鍵技術。AR 眼鏡上的「全反射稜鏡」針對眼球的折射率經過精密的計算和調整，可以完美在人的視網膜上呈現最清楚的影像，同時這種「全反射稜鏡」本身的光線通透度也高，因此仍能看到「全反射稜鏡」以外的現實世界景色，讓 AR 眼鏡提供的清晰影像與現實世界重疊在一起。

而要談到 AR 眼鏡另一個核心技術「微型化投影」，就不得不提到發展出最具實用與潛力的 AR 眼鏡——Epson 投影機廠商，在了解「微型化投影」技術前就必須先回顧 Epson 從 1989 年鑽研的投影技術發展至今的變化。

Epson 一開始製作的投影機採用的是 LCD，和螢幕最大的不同是它每一個投影畫素都使用了 3 片 LCD 之多，原來是因為光學原理上只要有藍紅綠三色，就可以組合出各種顏色，也就是 3LCD 投影技術。使用 3LCD 技術的投影機必須把背景燈泡的白光源先濾成三色光之後，再利用三片獨立的 LCD 調整各色彩的比例作調變，最後才把三色光合併成影像，再投影出來。

如此麻煩的反射流程，所需要的空間自然不小，而且經過這樣的折射和濾光以後，成色的飽和度和對比總會低一階，甚至會產生近看醜醜的紗門效應（SDE），這就是為什麼早期的投影機投出來的簡報往往不如電腦螢幕上預演的好看。當然投影機廠商也早就注意到這問題，因此也隨著手機螢幕一起從 LCD 演進到 OLED（有機發光二極體），帶來新的顯示革命！

OLED 又有甚麼厲害的呢？如果說 LCD 的液晶主要的功能是調色，那 OLED 厲害的就是「它自己會發光」！和傳統 LCD 面板需要一個光源與背板來反射光線進入濾光階段不同，LED 燈泡經過多位科學家的努力，甚至包含榮獲 2014 諾貝爾獎的三位日本科學家赤崎勇（Isamu Akasaki）、天野浩（Hiroshi Amano）、中村修二（Shuji Nakamura）研發出最後一個「藍光 LED」後，終於達成發出三原色的成就，自此螢幕和投影技術不再需要多餘的濾光和反射步驟，於是面板可以變得更薄，同時又有更好的對比度。而隨之而來的 OLED 技術讓面板脫離了對玻璃的依賴，並改用塑料底板，讓有如科幻道具的摺疊式手機和曲面螢幕能夠成真。

OLED 技術簡化了整個流程，成色還比原本的各種投影方式鮮豔飽和，很快地就大幅縮減了投影機的內部空間，成為露營狂熱者人手一機的便攜型投影機風潮。

但是問題來了！當投影機要放到眼鏡上時，其難度更是超越便攜投影機許多，再追求微型化的道路上「只有更小沒有最小」。而 Epson 早在 2011 就推出第一支 AR 眼鏡 BT-100，不斷朝輕量化與功能性研發，在 2016 年則推出了採用矽基有機發光二極體 Si-OLED 微投影技術的 BT-300，各家廠商也紛紛投入 micro OLED 投影的研發上，相信不久的將來又會有更厲害的 AR 眼鏡推出。

現在可以看到照片中最新款的「次視代智慧眼鏡 Moverio BT-40」，這款 AR 眼鏡主打的最大特色就是提供可隨身攜帶的「專屬於你的 120 吋大畫面」，這麼大的畫面顯示卻只投影在你眼前，不僅擁有「高隱私」的特性，在長程旅行中，不管是搭飛機或是搭高鐵，只要戴上這個眼鏡就能直接把影片從手機投影到你眼前，解放雙手不用在手疼拿著平板啦，可以舒服自在的追劇或看電子書、讀期刊論文也行。

除了大尺吋觀影體驗之外，這款眼鏡更在博物館教育上大放異彩，如博物館把這款眼鏡結合接駁車，讓搭車的你也不無聊，虛擬博物館館長擔任導覽員為你解說各館區的歷史，進館後更能看到展示的恐龍標本在你面前復活，豐富了各種逛展體驗！

而 AR 眼鏡還有另一個好處就是個人化體驗，例如看電影或演唱會時，戴上 AR 眼鏡就可以看到自己專屬的字幕相關資訊，這樣的虛實整合字幕體驗，在劇院已經導入 Epson BT-40 眼鏡和 AR 眼鏡字幕系統，表演字幕可以即時傳送到正在戲劇院觀看表演的觀眾 AR 眼鏡中，觀眾可以選取語言還能調整位置和大小，甚至幫助聽障朋友們理解演出，下次有機會去看表演時，若有提供這樣的服務不妨租借嘗試看看喔！

「屏東縣跨域數位爭霸戰實戰競賽」頒獎典禮暨成果展於11月19號完美落幕。為培育屏東青年數位能力，屏東縣政府特別推動「跨域數位人才培育計畫」，主題包含「AVR 應用」、「數位光影技術」、「智慧物聯」、「自媒體影音串流」及「數位媒體應用」五大類，以透過學習數位工具提升履歷競爭力。更延伸計畫辦理「屏東縣跨域數位爭霸戰實戰競賽」，參賽隊伍都是在屏東就學或就業之青年報名，提供競賽總獎金30萬元，鼓勵與培育屏東的數位人才發揮創意，將屏東的故事透過數位方式展現出來。

本次參賽作品精采多元，展現屏東青年設計的創意及數位能量。包括影片拍攝屏東美食美景的「屏安米樂」及「做伙憩屏東」，利用線上展覽介紹屏東單車路線的「屏東單車旅遊趣」，以及獲得潛力獎的團隊「Animation Pingtung」、「斯卡羅」及「禁忌之戀」，第三名則是由透過線上迷宮遊戲的模式融入屏東各個區域的特產、美食的「屏藏物語」，第二名則是製作了年底即將啟動的屏東數位青創中心外牆，運用非常吸睛的光雕影像結合屏東元素的「光點屏東∞斑雕共構」，第一名殊榮則由屏東科技大學餐旅管理系的「鐵橋記」獲得，同學們運用實境解謎搭配Line機器人，透過遊戲方式介紹高屏溪的歷史。

每個團隊皆發揮獨特創造力，在課程中從0到1扎根數位技能、從無到有創造屬於自己的成果，屏東青年人才有目共睹，展現屏東縣政府陪伴青年，提供良好的創業環境與資源，有望未來提升屏東競爭力！