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請問一下學長學姊,上解剖課的時候屍體是自己帶還是學校發?–科學開封府

泛科市集的B編_96
・2016/09/13 ・7079字 ・閱讀時間約 14 分鐘 ・SR值 471 ・五年級

從「科學」的角度解「開封」印在商品中的知識,就是我們科學開封府的職司。開封府內的胞大仁㜊妱公猻測會不定期介紹各種與科學有關的各種玩意,有時溫柔勸敗,偶爾龍虎狗頭鍘伺候剁手,不管怎樣,請您上座啦!

歡迎來到科學開封府,我是開封府的胞大仁,今天由我來跟大家聊聊「解剖」。

人活得好好的,解什麼剖?

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1617年的解剖課(Anatomy lesson of Dr. Willem van der Meer, 1617)。圖/By Michiel van Mierevelt, Public Domain, wikimedia commons.

說到解剖,十個人裡頭有八個人會想到大體老師,另外八個人會想到青蛙(咦?八個人加八個人不是十六……),其他像是「達文西」、「科學怪人」、「庖丁解牛」之類也都是提到解剖的時候會被聯想的關鍵字(好啦,其實都是我自己亂想的)。

其實解剖學歷史悠久,到現在更演變出多元樣貌。早在西元前 1600 年左右,當時某位熱愛抄筆記的埃及人根據更早之前,也就是西元前 3000 年前的埃及名醫印何闐——是的,就是那位會讓你想不斷喊他的名字的那位——所留下的資料,整理出了一份超長的醫學論文集。說它長,是因為真的很長,有 5 公尺那麼長,寬呢有 33 公分,而且還有分頁,17 頁寫在正面,還有 5 頁寫在背面。這份文件的第一位已知持有人,叫做艾德溫.史密斯,是個開羅的古董商,因此這份文稿以他為名,稱作《艾德溫.史密斯紙草文稿》。不過這個人不重要,我們就把它先忘了。

回到這份文件,既然它可以被稱為醫學論文,當然是因為它的撰寫方式十分科學,從「標題」、「檢查」、「診斷」、「治療」到「備註」分得清清楚楚,診斷還分成有容易醫治、不容易醫治以及無法醫治三個選項,這麼標準化的詳細記載方式,跟現在主流醫學的臨床診療指引也差不了多少。

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這份文件跟解剖的關係,就在於這是史上第一次在文件中指稱出「腦」這個器官,不但提及腦膜、脊髓及腦脊液等等部位,並載有降低顱內壓的開顱手術,可謂最早的神經外科醫學文獻。要知道,埃及人不重視大腦,他們做木乃伊的時候會把大腦從鼻孔鉤出來丟掉,體腔內的內臟則是罐裝保存,這也太差別待遇了吧。另外,這份文件裡頭還包括 90 個解剖學詞彙以及 48 篇外傷相關文章。要說這不是解剖學的起源,大概就沒別的了。

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埃及人製作木乃伊時會把內臟取出來,但會把大腦丟掉。噢不~大腦來世還是有用的阿!

後來解剖學的發展重地換成了希臘,解剖的英文 Anatomy 就是來自希臘文 ἀνατέμνω anatemnō ,意思就是「我割我割我割割割」(I cut up, cut open)。古希臘歷來有非常多人在解剖學上有所貢獻,包括「醫學之父」希波克拉底,跟什麼都會參一腳的亞里斯多德,亞里斯多德甚至被視為是比較解剖學的創始人,真是超級哲學家啊!不過呢我想要特別介紹的是西元前 3 ~ 4 世紀的希羅菲盧斯(Ἡρόφιλος,英文 Herophilos),他是被稱做是古代解剖學的創始者,是一位外科醫生,也是第一位有系統地對人體做科學解剖的科學家,當時他時常對活人做解剖,這些人都是罪犯。就這樣他剖了又剖,獲得了其他人無法企及的解剖學知識,例如他反駁了亞里斯多德,認為心智的所在不是心臟,而是腦,他是個實證主義者,認為知識要建立在真實可確認的證據之上,不過用這種方式追求真理的結果是被人指控,據說他進行的活人解剖超過 600 人,算得上大屠殺了。

後來歐洲進入中世紀,將近一千年在解剖學上沒有太大進展,那時候替軍人動外科手術的不是醫生,而是同樣有著銳利刀具的理髮師,所以他們成了解剖學的代言人。將近千年,歐洲的主流醫學一直是受到西元二世紀的古羅馬醫學家蓋倫的論述所支配,這麼一用就一直沿用到了十六世紀,到了近代解剖學之父安德雷亞斯.維薩里(Andreas Vesalius)才開始向巨人進擊,回到實證基礎,更正千年以來的錯誤。

後來到了十八世紀末跟十九世紀,解剖學又熱門起來,特別在英國,熱門到剛辦完喪事的屍體都會被小偷從墓裡頭盜走賣給學校上課用,比盜墓筆記還誇張,墓地還得特地蓋守望塔來監視小偷,當時的人顯然是沒有稱呼他們叫做大體老師的啦。後來經過法規制定跟醫學教學的改革,我們才進入了現代的解剖學。

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這麼哩哩拉拉的介紹當然是跳過很多細節,有興趣的朋友推薦你看兩本書,第一本書是蘇上豪醫師寫的《暗黑醫療史》,裡頭介紹了許多這一路以來醫學的跌跌撞撞,很多題目都跟解剖學有關,精彩有趣,值得一看。另外一本則是《我的十堂大體解剖課》,這是由美國康乃爾大學博士,現在慈濟大學醫學系解剖學科的教授何翰蓁根據第一手經驗所寫,非常值得推薦,看了就知道真的有人自帶大體老師去上解剖課啊!!!

解剖學有幾種?

解剖學是生物學的一支,與胚胎學、比較解剖學、演化生物學、系統發生樹研究等相關,又可以分成「巨觀層次」跟「微觀層次」,也就是直接用肉眼可以觀察的一種,跟透過光學儀器去看更小的細胞跟組織構造這一種,特別是後者,包括了我們都熟悉的 X 光、電腦斷層掃描(Computed Tomography,簡稱CT)、心血管造影、超音波、核磁共振等等醫學影像的技術,有點像是天文學家用各種光譜探索大宇宙,而醫學影像專家用各種方式探索身體內的小宇宙。

解剖學也可以用動物別來分,例如脊椎動物解剖學、兩棲動物解剖學、爬蟲類、鳥類、哺乳類、人類、無脊椎動物等等。另外也有所謂的表層解剖學(superficial anatomy),是一種不動刀解剖的解剖學,白話一點就是從外觀上看診。另外還有比較解剖學(comparative anatomy),白話就是把各種動物切了,跨物種來比較,前面提到的亞里斯多德,就是因為曾解剖了不同的動物做比較,就莫名其妙地成了比較解剖學的創始者了。最後啊,還有所謂的藝術解剖學(artisitic anatomy),顧名思義是為了藝術目的而做的解剖研究,這代表人物肯定就是達文西了。

為何要解剖青蛙?

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到底你們人類是為了什麼要解剖我呢?圖/By Orschstaffer, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

我跟很多台灣學生一樣,在唸書時曾經都要解剖青蛙,但最後也都不用解剖青蛙,因為基本上跟升學關係不大,所以就跳過了。當時沒覺得躍躍欲試,現在也不覺得遺憾,不過身邊還是有很多人曾解剖過,更別說念生科、念醫學的朋友,或是教生物的老師們了。

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對許多醫生來說,解剖青蛙是激起他們對生命熱情的重要時刻,但為何是青蛙?不是蟑螂或是老鼠呢?解剖青蛙其實是為了了解人類,透過觀察、碰觸和摸索身體裡頭這些不同的器官,可以了解器官們如何在身體裡頭運作,雖然青蛙跟人類完全是不一樣的動物,但複雜度接近,所以許多器官跟系統的運作模式是可以類比人類的,學生便於依此想像跟推論。

除了以蛙類了解人的目的以外,也可以透過解剖青蛙學習生態學跟演化。從青蛙的身體構造跟適應性可以看出牠們經過了怎樣的演化歷程,以讓自己在生態系統中找到一席之地,例如青蛙的舌頭那麼長又強韌,飛射出去的速度又快,老師就可以跟學生討論牠們是如何在那麼多樣化的棲地靠著舌頭找蟲吃,在這些地方扮演著什麼角色等等。

青蛙的尺寸不大不小剛剛好,在教室裡頭讓沒經驗的學生操作,還算是控制得了。另外,青蛙的壽命不算長,通常是看大小,短的一兩年,大一點的牛蛙雖然可以到十年,但也還好。要是解剖可以活很久的動物,心裡大概不太好負擔。最後,雖然整體來說無尾目(也就是蛙)有很多種類現在越來越少,但多的還是很多,有的還是侵略外來種,像是美洲牛蛙還有斑腿樹蛙等,就算以生態控制的目的來說也得殺,所以就順理成章成了解剖刀的目標啦。

有的老師是認為學生如果能真的動手解剖,更能把這門課牢牢記得(反之就跟我一樣完全沒記憶),也更能重視生命。然而這個理由恐怕是難站得住腳的。

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泛科電商_青蛙快打宣傳_20160913更新

解剖青蛙錯在哪?

前頭也說了,解剖青蛙一開始其實跟青蛙還真沒什麼關係,我們並不是為了想要了解青蛙的身體構造而解剖牠們,而是想要了解人類。對於生態跟青蛙演化的學習其實只是順便,是一種「既然都殺了一隻蛙,就趁機多學一點」的概念。

其實反對用青蛙教解剖的聲音也是不小,畢竟生命就是生命,如果可以請老師示範,或是用電腦 App 或是立體模型等等來代替的話,對大部分的學生來說,會不會就夠了呢?

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開啟青蛙解剖 app,你也可以用虛擬的刀一步一步解剖青蛙,不傷害活生生青蛙的方式,即使重來100次也沒有問題!

泛科學的作者賴亦德也曾經在個人的部落格上連續發表多篇,討論解剖青蛙與實驗動物的議題,他帶過很多學生做解剖,因此從中看到了不少問題。賴亦德認為教學本來應該與時俱進,但沒想到有少數老師就跟中世紀的理髮師一樣沒進步,用乙醚或是酒精來「麻醉」青蛙,沒想清楚青蛙的皮膚跟我們可不一樣,通透得可呼吸,這藥物一用下去,對蛙來說就不是麻醉,而是殘忍且痛苦地謀殺了。如此的話,學生恐怕在學會透過解剖來了解跟尊敬生命之前,就先重重傷了生命。

此外,根據對實驗動物的 3R 原則:也就是 Replace—— 如果可以不用動物就該避免,用其他方式;Reduce—— 如果可以減量就該減量;Refine—— 過程如果可以優化就該優化,降低痛苦。賴亦德也在〈關於脊椎動物解剖實驗:理想中的解剖實驗該怎麼帶?〉(以及該篇文章前的〈一點牢騷〉)中提出了他建議的實驗與教學目的的解剖動物做法,歡迎大家參考。他也不斷指出真正重要的還是教學雙方在做之前,都要更清楚為何要解剖?不要讓生命成為學生玩樂跟刺激的一次性可拋棄工具。

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剖了很多蛙之後,你知道牠們正面臨滅絕嗎?

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你知道很多我的同類就快絕種了嗎?還不快把我放下來!

常常聽見這樣的說法「當 XX 消失了,人類的末日也近了 」,XX 可以替換為蜜蜂、蝙蝠、鯊魚……等等,各有各的說服力,你大概也知道青蛙是其中常被拿來做為指標的物種,對人類的好處也很多。在 TED Ed 的〈青蛙消失和我有什麼關係?〉影片中就提到,青蛙對人類能有多少難以取代的價值(感謝 TEDx Taipei 摘要):

1.防止疾病傳播:青蛙會吃掉傳播瘧疾、登革熱和許多疾病的蚊子、蒼蠅和壁蝨,進一步防堵病菌無限擴張。

2.提供重要用藥的原料:青蛙皮膚上的抗菌胜肽能夠殺死人類的免疫缺陷病毒 (HIV),或做成防蚊液和止痛藥,讓我們不受疾病所苦。

3.生物指標:青蛙的皮膚極易吸收外界物質,因此當環境受到有毒物質污染,牠們的生命也會受到威脅,因此青蛙的存在是檢視環境乾淨與否的重要指標。

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4.食物鏈的重要角色:青蛙也是鳥、蛇和猴子等許多動物的食物,少了青蛙,食物鏈會受到影響,進一步讓動物圈面臨危機。

5.清潔水道:青蛙的幼蟲蝌蚪能吃掉藻類,讓水道保持乾淨,如此一來,我們就能降低對過濾系統的需求,也能減少水資源的消耗。

然而如今他們的族群面對驚悚的存亡危機,主要的原因,如我們都知道的,當然就是人類:

1.棲息地遭破壞:人類時時在與青蛙爭地,我們建造城市,砍伐樹林,流溼乾地,並將城市中僅有的一小片荒地改建成住宅,原來青蛙與兩棲動物的家被人類佔為己有,自然環境日漸減少,讓牠們無家可歸。

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2.使用化學藥劑:人類習慣在種植時使用大量的化學物質,尤其是除草劑,但是在使用前,這些藥劑在使用後多會流入兩棲動物生長的河道中,而牠們滲透力強大的皮膚就會輕易吸收這些毒物,因此讓牠們受到傷害。

3.氣候變遷:青蛙的習性是待在潮溼的環境中繁殖,而地球暖化造成極端氣候的情形日漸增加,各地常出現氣溫上升與乾旱的問題,首當其衝的就是兩棲動物。牠們的下一代不像鳥類有堅硬的殼,薄弱的保護層往往無法抵擋乾燥的環境,而無法讓下一代順利誕生。

4.過度捕捉:大量的野生兩棲動物被捕捉來當寵物之外,青蛙腿還常在世界各地被端上桌,成為人類滿足口腹之欲的食物。

5.外來種侵襲:許多人會購買外來的動物當作寵物,但是失去樂趣後又任意將牠們放生在非原生的環境中,這些外來的物種在陌生的地方繁殖,與原生種搶奪棲息地和食物之外,甚至可能侵略原生種,而使得許多在地動物消失。

6.細菌傳播:人類運輸上億隻兩棲動物到國外去,做為誘餌、實驗或觀賞之用,但是卻只有少數的法令規範這些動物在國際間往來,以致於「壺菌病」被帶進世界各地,而殺死許多兩棲動物。

上述這些蛙的困境,也是許多其他生物共同面對的。泛科學曾選書推薦的《第六次大滅絕》在第一章就以巴拿馬金蛙的故事開頭,如果你沒讀過,趕快去借或去買書來看。我只能說那是個恐怖的現實,壺菌已經席捲大半個巴拿馬的雨林,蛙類正以極快的速度消失。保育人士真的就像是神奇寶貝(精靈寶可夢)訓練師一樣,只能趕緊將他們都抓進保育箱內,救一隻算一隻,但想要復育或野放感覺已經是不可能的任務,這些蛙們以及牠們的後代(如果有的話),恐怕都只能永遠待在玻璃箱裡頭了……想到泛科學「科學大爆炸」曾經介紹過的特異功能蛙,我這輩子可能永不得見,不禁感傷。

講了那麼多…以下為工商服務

之所以會想談這個主題,是因為最近我買了泛科市集最近熱賣的一個品項:超仿真 4D 青蛙立體拼圖。這系列有人體各部位,有豬,有殺人鯨等,但最讓我喜歡的就是這款青蛙了。畢竟說到解剖,當然就是青蛙,而且大小也仿真,做得很精緻,皮膚上的凸起、內臟跟肌肉的紋路,都顧到了,上色也很細膩,雖然同一塊,但骨頭上就是不會沾上肌肉的顏色,絕對沒有一般玩具的廉價感。加上從皮膚到內臟都栩栩如生,組起來之後放在桌上陪著我寫這篇文章,特別有感覺。

4D蛙-01
你在看我嗎?你可以再靠近一點。

我想對學生跟老師來說,這精緻的模型或許可以在某程度上取代解剖青蛙,此外,也可以讓同學更認識青蛙。對喜歡兩棲類(特別是青蛙的人來說),這當然是不可或缺的好物。對想要提醒自己第六次大滅絕危機的人來說,雖然牠不是巴拿馬金蛙,但也可以把它當作蛙類代表,提醒自己愛護環境。最後,對純粹想要放個裝飾在桌上的上班族來說,這個真的屌,同事經過肯定會駐足指指點點,開啟友誼之窗,不過老闆看到可能會問「你是自比為溫水煮青蛙是嗎?」這時你當然要懂得回答「我是自比為水陸兩棲蛙人,爬樹潛水樣樣行,堅苦卓絕,不動則已,動如驚雷,個頭雖小嗓門大,眼觀四面,大吃四方……」

4D蛙-02
如果裝不回去,別說你是解剖大師。

好了,我就唬爛到這邊了,這蛙隨時可剖隨時可復原,歡迎你跟我一樣買一組放在桌上,提醒大家「青蛙不能亡」!今天的科學開封府就到這邊告一段落,退堂啦啦啦啦啦!

購買 4D 青蛙請由此去→

4D半透視青蛙組合模型

4D蛙-05
被我的眼神電到了嗎?只要點我一下,你就能擁有我。

購買其他 4D 拼圖請由此去→

4D人體腦神經組合模型

4D腦-01

4D頭頸組合模型

4D腦-02
4D半透視豬組合模型

4D豬

PS. 本篇開封文標題發想來自網路熱傳的某個大學新生網路討論串

  • 經讀者提醒,本文中原提到「上解剖課,我一向自帶大體」文字,對於大體老師較不尊重,經考量後將相關文字改為「上解剖課,我一向自帶大體老師」。一直以來,醫學院相關科系必修「大體解剖」課程,多年之後,慈濟醫學院才把捐贈給這門課使用的遺體稱為「大體解剖課的老師」簡稱「大體老師」。
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泛科市集的B編_96
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拆解邊緣AI熱潮:伺服器如何提供穩固的運算基石?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/21 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文與 研華科技 合作,泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言,總能牽動整個 AI 產業的神經。然而,我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線,那如果哪天「網路斷了」,會發生什麼事?

想像你正在自駕車打個盹,系統突然警示:「網路連線中斷」,車輛開始偏離路線,而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭,開始暴走跳舞,甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎?當然不是!也因為如此,「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端,AI 就能在現場即時反應,不只更安全、低延遲,還能讓數據當場變現,不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ?

邊緣 AI,乍聽之下,好像是「孤單站在角落的人工智慧」,但事實上,它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

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那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。

當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray

第一個不好是物理限制:「延遲」。
即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。

第二個挑戰,是資訊科學跟工程上的考量:「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送,湧入的資料數據量就像超級大的水流,一下子就把水管塞爆!要避免流量爆炸,你就要一直擴充水管,也就是擴增頻寬,然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理,把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端,是不是就能減輕頻寬負擔,也能節省大量費用呢?

第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。

所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!

邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!

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所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技

此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。

當然,還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning ),除了可以做備忘錄跟排程規劃以外,還能將實務上碰到的問題記錄下來,等到之後碰到類似的問題時,就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問,那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了?其實,對許多企業來說,內部資料往往具有高度機密性與商業價值,有些場域甚至連手機都禁止員工帶入,自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安,又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言,自行部署大型語言模型(self-hosted LLM)才是理想選擇。而這樣的應用,並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現:要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型,會不會太吃資源?這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一:如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」,又不減智慧。接下來,我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

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語言模型瘦身術之一:量化(Quantization)—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像:有些畫面細節我們肉眼根本看不出來,刪掉也不影響整體感覺,卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此,只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示,什麼是浮點數?其實就是你我都熟知的小數。舉例來說,圓周率是個無窮不循環小數,唸下去就會是3.141592653…但實際運算時,我們常常用 3.14 或甚至直接用 3,也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思! 

然而,量化並不是那麼容易的事情。而且實際上,降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時,工程師會精密調整,確保效能在可接受範圍內,達成「瘦身不減智」的目標。

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray

模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。

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模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。

舉個例子,當大型語言模型在收到「晚餐:鳳梨」這組輸入時,它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯:50%,蝦球:30%,披薩:15%,汁:5%」。在知識蒸餾的過程中,它可以把這套機率表一起教給小語言模型,讓小語言模型不必透過自己訓練,也能輕鬆得到這個推理過程。如今,許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成,讓我們得以在資源有限的邊緣設備上,也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

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邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要?因為 GPU 的設計,天生就擅長做「平行計算」,這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的!

你想想看,那麼多數據要同時處理,就像要請一大堆人同時算數學一樣,GPU 就是那個最有效率的工具人!而且,有多張 GPU,代表可以同時跑更多不同的 AI 任務,或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果,在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎!

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房,有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計,體積相對緊湊,散熱空間也比較好(這對高功耗的 GPU 很重要!),部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算,進行「工程化」,讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。

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研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技

台灣製造 × 在地智慧:打造專屬的邊緣 AI 解決方案

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如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果,往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI,不只是一項技術創新,更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場,就能被有效的「理解」與「利用」,是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石!

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那天下了一場「動物雨」!!
胡中行_96
・2023/03/13 ・2173字 ・閱讀時間約 4 分鐘

澳大利亞北領地的 Tanami 沙漠,有一個叫做 Lajamanu 的偏遠小鎮。2023 年 2 月 19 日晚間,突然下起驟雨。[1]直至隔天早晨,累積了 61.4 毫米的雨量。[2, 3]降雨期間,魚群也跟著從天上落下。[1]

19 世紀英國畫家 George Cruikshank 描繪俚語「raining cats and dogs」的概念。圖/參考資料 5(Public Domain)

動物雨的種類

英文俚語「raining cats and dogs」,以「降下貓狗」形容大雨滂沱[4]19 世紀的英國畫家 George Cruikshank,還拿這個比喻當題材,創作虛構作品(上圖),抱怨糟糕的天氣。[5]事實上回顧歷史,其他動物比較常由空中砸下來。早在西元前 1 世紀,羅馬博物學者老普林尼(Pliny the Elder)就曾記錄,隨著暴風雨墜落。文藝復興時期開始,更不時有版畫描繪此類事件(下圖)。除了與上述雷同的情形,也有的個案。 [6]19世紀以降的文獻,則增加了蜘蛛螞蟻蝸牛淡菜(貽貝)、寄居蟹,以及各色蠕蟲等千奇百怪的案例。[7]

16 世紀版畫:天空降「魚」。圖/參考資料 6,Figure 2(Public Domain)
17 世紀版畫:天上掉下大量的蛇(左)和鼠(右)。圖/參考資料 6,Figure 3(Public Domain)

許多動物雨的紀錄,要不是歷史悠久,死無對證;就是鄉民口述,人微言輕。信者恆信;質疑者則當是鄉野奇談,嗤之以鼻。然而,若有科學家挺身背書,那就不一樣了。1947 年 10 月 23 日,美國路易斯安那州野生動物與漁業局的生物學家 A.D. Bajkov,在該州的 Marksville,親身體驗奇妙的自然現象。他事後撰文,投稿《科學》(Science)期刊,[8, 9]興奮之情躍然紙上:

「那天早上 7、8 點之間,2 到 9 英吋(約 5 到 23 公分)的魚落在樹梢和院子裡」,使這個南方小鎮的居民困惑之餘,群情激昂。當時他和妻子正在餐廳裡享用早餐,一聽服務生說魚群從天而降,便立刻跑去蒐集。Marksville 銀行的總裁 J.M. Barham 表示,起床就發現數以百計的魚落在自家院子裏,鄰居太太家也是。7 點 45 分,1 名該銀行的員工和 2 個商人的路途,則遭魚群阻斷。[8]

「離餐廳半個街區外的銀行附近,平均每平方碼(約 0.84 平方米)就有一條魚。」有的慘遭車輛輾壓;有些則落在房子的屋頂上。「牠們屬於在地的淡水魚類…」這名生物學家如數家珍地,列舉了一堆名字。然後說他將撿來的魚,全部裝成一罐,泡福馬林,要「分送數個博物館」。[8]

水龍捲

根據美國國會圖書館的介紹,動物雨的肇因或許不只一種:許多科學家將矛頭指向,形成於陸地,並行經水域的水龍捲(waterspouts)。其最高風速為每小時 100 英里(約 161 公里),中央低壓渦漩(vortex),會像吸塵器般,吸入周圍的水、空氣,以及包含生物在內的小東西。水龍捲移動的過程中,因為逐漸失去能量,沿路容易掉東掉西,造成動物雨等現象。美國普渡大學的 Ernest Agee 教授,「曾見過小池子的水,整個被路過的龍捲風淨空」,所以覺得天上要是砸下幾隻蛙,也算頗為合理。[10]不過,如果水龍捲夾帶的,不是動物,而是石頭,就可能變成危險的石頭雨。這種情形,有時會被誤認為來自外太空的隕石雨。[6]

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上升氣流

南伊利諾大學的 Doc Horsley 教授等科學家,認為上升氣流(updrafts),也會導致動物雨:暖空氣由地表高壓處,向上升到較冷的低壓處。在暴風雨中,能超過每小時 60 英里(約 97 公里),幾乎與中等水龍捲相當,所以擄走小動物的潛力,也不遑多讓。[10]

一起掉落的物種

水龍捲和上升氣流,都是從路經之處,任意搜刮。既然被帶走的東西包羅萬象,為何同時落於一處的,卻是相近的物種?美國華盛頓大學的 William Hayden Smith 教授解釋:當風力漸減,重的東西,會比輕的先掉下來。於是,尺寸和重量雷同的個體,便一起墜落。[10]

魚還活著…

講了半天,所以那些澳洲沙漠裡的魚,後來怎麼了?當地的議員 Andrew Johnson Japanangka,告訴 ABC 新聞臺,有些魚落地後倖存。「被孩子們撿起來,保存於瓶罐裡。」同樣的事件在 1974、2004 和 2010 年,亦曾發生過,部份居民甚至記得當年的情景。總之,這在該小鎮,雖然罕見,但算是正常。[1]

  

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  1. Allison C, Trevaskis L, Barwick A. (21 FEB 2023) ‘Fish ‘rained from the sky’, outback community says, in freak weather event’. ABC News.
  2. Lajamanu, Northern Territory – February 2023 Daily Weather Observations’. Australian Bureau of Meteorology. (Accessed on 24 FEB 2023)
  3. Notes to accompany Daily Weather Observations’. Australian Bureau of Meteorology. (Accessed on 24 FEB 2023)
  4. Cambridge University Press. ‘It’s raining cats and dogs!’ Cambridge Dictionary. (Accessed on 23 FEB 2023)
  5. George Cruikshank. ‘Very Unpleasant Weather, or, the Old Saying Verified “Raining Cats, Dogs, & Pitchforks.”!!!’. Yale Center of British Art. (Accessed on 23 FEB 2023)
  6. Franza A, Morelli M, Faggi D, et al. (2021) ‘To be or not to be, that is the question: The Marsala meteorite (Italy, 1834) and the role of the doubtful meteorites in the history of meteoritics’. Meteoritics & Planetary Science, 56(5): 922-943.
  7. Berenbaum MR. (2015) ‘Who’ll Stomp the Rain?’. American Entomologist, 61(3): 133–135.
  8. Bajkov AD. (1949) ‘Do Fish Fall from the Sky?’. Science, 109(2834): 402
  9. Dennis J. (2013) ‘6. It’s Raining Frogs and Fishes’. In: It’s Raining Frogs and Fishes: Four Seasons of Natural Phenomena and Oddities of the Sky. Diversion Books.
  10. Science Reference Section. (19 NOV 2019) ‘Can it rain frogs, fish, and other objects?’. U.S. Library of Congress.
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胡中行_96
169 篇文章 ・ 67 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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浣熊喜歡洗手,不是因為愛乾淨?大角羊的角,可以跟全身骨頭一樣重?5 個你意想不到的動物冷知識——《天生就是超級咖》
遠流出版_96
・2022/12/29 ・1190字 ・閱讀時間約 2 分鐘

1. 愛情召喚陣:雄性白斑河豚會藉由沙畫來吸引雌性產卵

在日本奄美大島有一種白斑河豚,會花一周的時間,在海底打造直徑為自己身長20 倍的巨大圓形沙畫,像是海底的麥田圈!但河豚這麼做的原因不是為了藝術,而是為了吸引雌性。沙畫特殊的沙丘構造使得中央留下了細緻的沙,雌性便在此產卵。

2. 非賣品:青蛙利用液壓的原理將舌頭快速射出

青蛙的舌頭上層有黏質蛋白可以用來沾附獵物,舌頭肌肉間空隙充滿了水,當發現獵物時,可以利用液壓的原理讓平時捲起的舌頭快速而精準地射出。不但如此,舌頭可以觸及的角度還十分廣闊多變喔!

3. 交叉:雄性大角羊的角重量可達身體其他骨頭的總重

大角羊的角是永久性的,不會脫落,雄性的角可重達14 公斤,跟全身的骨頭一樣重,用來對抗捕食者和爭奪交配權。但若是長的角度不正確,有可能會影響進食,導致餓死,或甚至插入自己的頭部而導致死亡。

4. 本末倒置:浣熊喜歡洗手或洗食物不是因為愛乾淨

牠們十分依靠手部觸覺來辨識物體,浣熊前爪的觸覺神經數量高出大部分的哺乳動物四到五倍。並且前爪浸泡在水裡時觸覺會變得更為敏銳,所以就產生了浣熊什麼東西都要放入水中感覺一下的習性。

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5. 旋轉馬殺雞:鱷魚和成年的海牛可以和平共存

在美國的佛羅里達州的水域,可以看到海牛與鱷魚和平相處在同個環境的情況,儘管鱷魚看似兇猛,但牠們鮮少會去攻擊成年的海牛,有時甚至可以看到鱷魚和海牛共游的情況,鱷魚有時還會攀附在海牛身上搭便車。

——本文摘自《天生就是超級咖》,2022 年 10 月,遠流出版,未經同意請勿轉載

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遠流出版_96
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遠流出版公司成立於1975年,致力於台灣本土文化的紮根與出版的工作,向以專業的編輯團隊及嚴謹的製作態度著稱,曾獲日本出版之《台灣百科》評為「台灣最具影響力的民營出版社」。遠流以「建立沒有圍牆的學校」、滿足廣大讀者「一生的讀書計畫」自期,積極引進西方新知,開發作家資源,提供全方位、多元化的閱讀生活,矢志將遠流經營成一個「理想與勇氣的實踐之地」。