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科學辦案:證據不會說謊,但證據不會說話

PanSci_96
・2016/09/30 ・4848字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 604 ・九年級

文/蔣維倫廖英凱

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圖/By West Midlands Police from West Midlands, United Kingdom – Day 253 – West Midlands Police – Forensic Science LabUploaded by tm, CC BY-SA 2.0, wikimedia commons.

 DNA 鑑定—伸張正義的科學技術?

“Science Serving Justice”(科學為正義服務),是美國國家司法科學技術中心(National Forensic Science Technology Center, NFSTC)的格言。今日,警方的辦案大量仰賴著科學與技術的輔助,舉如槍擊案事件的彈道分析、車禍現場的煞車痕計算、聲紋、指紋、DNA 鑑定與測謊,乃至著名的影集 CSI 犯罪現場。無疑地,這些科技的發展,讓警方辦案多了更可靠與更細緻的證據。但是若詳加關注過去的幾例冤獄,現今司法制度或思維對科學鑑定的依賴,恐怕並沒有考量到科學是一個不斷修正的進程。日新月異的技術雖然讓我們越發接近真相,並不見得能保證我們已經了解真相。

2000 年 7 月,台北市發生殺人命案,呂介閔被控殺害女友,在被害者身上發現清晰的齒痕,上有殘留口水。由於測謊未過,當時 DNA 鑑定技術尚不成熟無法分析口水 DNA,而法務部法醫研究所、台大醫學院與刑事警察局的鑑定報告與說明判定此齒痕有 99.99% 的可能為呂介閔所為,在歷經 2004 年士林地院、2005 年高等法院無罪判決後;2007-2009 年更審改判有罪,最終在 2010 年判決殺人罪需服刑 13 年定讞。

2014 年 11 月,獄中的呂介閔寫信給時為檢察總長的顏大和請求再驗唾液 DNA。負責偵辦的檢察官陳宏達檢視卷證後發現過去證據力均不夠強力,認為應重新比對唾液 DNA。經刑事警察局採用較新的「Y 染色體 DNA-STR 型別」鑑定技術比對後,發現被害者身上齒痕唾液的 DNA 與呂介閔 DNA 完全不符。2015 年 5 月 8 日,法院裁定本案重審,同日呂介閔釋放出監。

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回顧這個案件與科學有關的證據,造成誤判的其一關鍵原因是當時認為 99.99% 可能的咬痕鑑定。而挽回清白的,是晚了十餘年才更新的 DNA 鑑定技術。這個在鄉土劇中屢屢出現的當代版滴血認親,到底是怎麼從齒痕上的一抹口水,取出 DNA 來鑑定比對?「讓我們繼續看下去……」

當代版滴血認親—DNA鑑定

為什麼要用DNA鑑定?

古裝劇中為了找到孩子的爹,常有滴血認親的橋段;1920 年代,科學家們發現血型來自於父母的遺傳,但以血型作為親子鑑定也僅有 30% 的正確性;1960 年代,科學家利用人類白血球抗原(HLA),使鑑定正確度提高到 80%;1970 年代後,DNA 鑑定技術問世,隨著聚合酶連鎖反應(PCR)等技術的發展,使DNA用在親子鑑定可達到 99.99% 的正確性[1]。

DNA 就如同我們手上的指紋,是藏在細胞核裡獨一無二的身分證字號,只要能解析出一個細胞裡的 DNA 序列,我們就能夠比對出到底這一個細胞是來自於誰。然而,人類的 DNA 約有 30 億個鹼基,若是每個案件都逐字逐鹼基的檢查,會使案件偵辦時程大為延長,因此,美國聯邦調查局(Federal Bureau of Investigation, FBI)在 1997 年推出了屬於人類 DNA 的指紋辨識技術——體染色體短相連重複序列辨識技術(Autosomal- Short Tandem Repeat, 體染色體-STR)[3, 4]。

因為 DNA 序列中,會出現有高重覆性的連續短序列(Short Tandem Repeat, STR)。以下圖為例,在兇手血跡裡,某染色體的已知區域裡,該處的 STR 有五次重覆。比對嫌疑犯甲、乙和丙在相同區域裡的 STR 重覆情況,可以發現嫌犯甲「染色體上的指紋」——STR 重覆次數和兇手的 DNA 一致,因此可以確認嫌犯甲和兇手是同一人。

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染色體STR
染色體–STR於刑事或親子鑑定上的原理。

FBI 在 1997 年推出的技術一共可以檢視 13 處的重覆序列,以美國亞利桑那大學生物系提供的範例 Bob Blackett 來說[5],下表是假設的結果:

表一

因為染色體都有來自父母各自提供,因此每對染色體會有兩條,而 Bob Blackett 在基因座(loci)D3S1358 上的基因型是「15,18」,在白種人族群裡出現的機率為 8.2%。以此綜觀 13 個基因座後,Bob 的染色體指紋,大概要 7.7 x 1015名白種人才會出現一個,這數字可遠超過地球的七十億人口!

13
13 個基因座在個染色體上的位置[6]。

DNA從哪來?

DNA取得與萃取

在刑案偵辦的身分鑑定上,為能應用 DNA 的獨一無二的鑑別度,鑑識人員可以採集犯罪現場的生物跡證,例如各種體液殘留、骨骼牙齒、衣物鞋子、菸蒂與檳榔渣等。這些生物跡證送到實驗室後,會分別以不同的初步檢測法,來確認證物的品質與狀況。例如 Kastle-Meyler 血跡檢測法是檢測血紅素過氧化酶的活性來初步確認是否含有血液;唾液澱粉酶與唾液澱粉酶抗原檢測法可以鑑別證物中是否含有唾液;酸性磷酸酵素檢測法、前列腺抗原檢測法與顯微鏡檢法等可以鑑別證物中的精液狀況。

取得生物跡證後,下一步須分離萃取出其中的 DNA。基本原理是根據檢體的特性,利用不同的緩衝液將細胞的外膜、內膜打破,並將 DNA 與蛋白質分離。例如大學生物實驗中,常利用陰離子清潔劑與細胞內膜分子都是雙性分子的特性,而使細胞內膜破裂讓染色體裸露;再將 DNA 放在強鹼的環境中,DNA 上的磷酸根會因無法與強鹼爭奪氫離子而帶有負電。此時雙股 DNA 的磷酸根均帶有負電,因電荷相斥的作用,雙股 DNA 的氫鍵會斷裂成兩條單股 DNA。此時便可再利用聚合酶連鎖反應來複製指定片段的 DNA,增加儀器識別的成功率[7]。最後,再將 DNA 分離定序,找出檢體中基因序列的特徵。

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從證物,變成證據

這些基因分離定序的步驟,在生科背景的系所,學生往往會學習利用膠體電泳分離技術(gel electrophoresis)來分離 DNA。膠體電泳是利用 DNA 帶負電荷的特性,當膠體處於電場中,DNA 會受電場牽引,而在膠體中往正電場端移動。又因為不同分子量的 DNA 在膠體中的移動速度會有差異。因此可以藉由此種方式。將不同分子量大小的 DNA 分離。當 DNA 分離後,實驗人員還要切開凝膠取出 DNA 再進行分析。但在現今的鑑識科學裡,DNA 鑑定過程已經逐漸排除了人工操作、避免人為失誤,同時許多鑑識用的試劑、儀器也已經商業化,以市場競爭的方式來激發廠商開發更優良的鑑識技術。

DNA
實驗人員正在切割分離DNA用的電泳膠體[8]

以美國加州法務部和台北市警察局實驗室為例,兩方皆使用 Applied Biosystems 公司 AmpFlSTR® Identifiler® PCR Amplification Kit 商用鑑識套件。現在的商用鑑識套件[9],多利用了聚合酶連鎖反應的原理,提高證物裡萃取出的 DNA 濃度,並使用帶有螢光分子的商用引子(primer),讓已知的基因座(loci)增輻(amplification)。再利用毛細管自動 DNA 定序儀協助定序[10]、確立各基因座的基因型。

聚合酶連鎖反應,可以複製指定片段的DNA,使儀器定序的準確度提高[11]
聚合酶連鎖反應,可以複製指定片段的DNA,使儀器定序的準確度提高[11]

證物中 DNA 的基因座在透過聚合酶連鎖反應增輻增加濃度後,再利用毛細管電泳(Capillary electrophoresis)來進行分離、鑑定。毛細管電泳與大學課程常用的膠狀電泳相同,帶有螢光分子的 DNA 長鏈懸浮在充滿電解液的毛細管裡,而表面帶有電荷的 DNA 長鏈在電場的吸引之下開始往特定方向移動[12]。在外加電場相同的條件之下,移動的速度和分子量(DNA 長度)有關,此時每個基因座上的「指紋」——也就是高重覆性連續短序列(STR)的重覆次數就是決定速度的關鍵!連續鹼基重覆次數少的 DNA 分子較小,因此速度較快;而重覆次數多的 DNA 分子較大,因此跑的比較慢。又因為商用鑑識套件的商用引子上鑲有螢光分子,因此在 DNA 抵達儀器裡的檢測點時會發出特定螢光,所以不同重覆次數(基因型)的特定基因座 DNA 就能夠被儀器偵測、判讀出來。此時,證物裡的 DNA 也就變成了能夠上法庭作證的證據。

毛細管
(點擊看大圖)毛細管電泳示意圖[13]。

遲來的技術,時代的悲劇

回到呂介閔案發的 2000 年,檢方、辯護律師也希望能藉由 DNA 技術,鑑定死者身上咬痕的殘存唾液,來證明呂介閔的事不是兇手。雖然當時距美國 FBI 發佈體染色體-STR 技術已有三年,理論上能夠釐清唾液是否為呂介閔所有。但現實操作上,體染色體-STR 仍有幾項明顯的限制 :

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1. 證據遭到外來、或背景 DNA 汙染(若證物混入兩人以上的 DNA,且比例為 10 倍以上,使用體染色體-STR 技術就有困難)

2. 證據所含 DNA 量過於稀少(至少要 0.1 ng/μL)

3. 需有背景族群的基本資料

由於此案被害者身上齒痕裡殘餘唾液的 DNA 量過於稀少,且唾液檢體的 DNA 至少混有被害者的 DNA,因此僅能判斷出唾液為男性所有,因此無法判別兇手是不是呂介閔。致使法庭需依賴測謊與齒痕等在今日看起來爭議較大的技術做為事證。2007 年,高等法院判呂介閔有罪,2010 年最終定讞,判處 13 年徒刑。直至 2014 年 11 月,呂介閔請求檢察總長顏大和重驗證物,2015 年 2 月 10 日,刑事警察局以 Y染色體-STR 技術檢驗,Y染色體-STR 只要一個基因座有差異,就可以判斷樣品和待測者來自不同父系,檢驗結果發現呂介閔 Y 染色體基因座的基因型跟左乳咬痕裡的唾液完全不同:

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判決書上共列出 22 個基因座,因篇幅有限,本處僅列出 14 個基因座。INC:表示不明確型別;NR:無結果:

表二

還有一些曾經被視為科學的鐵證……

儘管呂介閔一案,因適逢新技術的引進而沉冤昭雪,但回首此案過去判決中所採用的科學證據與科學方法。在今日看起來似乎反而有了幾分令人啼笑皆非的誤判。例如針對被害者身上深刻的齒痕,負責本案解剖的法醫師石臺平,在審判時證稱「該咬痕是由愛生恨之表現,且產生時,被害人應已陷入昏迷,是瀕死傷」。在齒痕的判斷上,法務部法醫研究所在案發後十天的判斷為「呂介閔齒模與死者咬痕,不相違背」;臺大法醫學院在案發後半個月的鑑定報告也認為「死者左側乳房咬痕與呂介閔齒列吻合」;刑事警察局更以前兩則鑑定為依據,以「本件咬痕經齒列比對,《已確定》係由被告呂介閔所為」做為起訴依據;法務部法醫研究所在 2003 年 8 月份的鑑定報告中,更精算出「死者左側乳房上咬痕為呂介閔所致機率為 99.99% 以上」。

然而伴隨著 DNA 鑑定結果的出爐,不過 15 年前斬釘截鐵般的專業判斷,如今看起來卻荒唐許多。針對齒痕判定的質疑,美國國家科學院在 2009 年針對鑑識制度提出檢討報告,指出皮膚上的咬痕會因皮膚的彈性、完整性、咬合面平整程度、膨脹程度影響,並會隨著時間而變化,種種變數會限制比對的正確率。臺大法醫所李俊億教授亦指出原鑑定報告的機率計算方式,是基於假設狀況所得,並未考量到牙齒、咬痕力道、皮膚彈性等各種變數,且針對齒痕各異的牙齒,卻以相同機率計算,在邏輯上有明顯的疑義,以齒痕做交叉比對算出差異性,毫無科學根據。2015 年 7 月,美國國家科學和技術政策辦公室(Office of Science and Technology Policy, OSTP)副主任 Jo Handelsman,也主張現今齒痕鑑定技術,並非基於科學、測量與可標準化的變因流程,而是來自於從業者的直覺反應(gut-level reaction),因此應當根除齒痕鑑定這種法醫學方法。

雖然這些冤獄案件只是個案,但若未能幸運地遇到新科技的進展,冤獄也如同隨時會傷及無辜的不定時炸彈。目前,在冤獄平反協會與民間司法改革基金會等組織的推動下,立法院司法法制委員會也在 2016 年 07 月初審通過了《刑事案件確定後去氧核醣核酸鑑定條例》草案,讓以定罪的刑事案件,可提請原審法院同意將證據再送鑑定,或許能有機會在新技術的不斷突破之下,如同呂介閔一般求得翻案機會。

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證據不會說謊,但證據不會說話。

積極提升為它代言的技術,持守自我修正的科學精神,願證據帶給我們真相。

參考文獻

  1. DDC, 2016. (1995). The history of DNA testing for paternity and identification.
  2. PanSci. (2013, February 4). 人與黑猩猩究竟有什麼差異? – PanSci 泛科學.
  3. FBI. (2010, January). SWGDAM Interpretation Guidelines for Autosomal STR Typing by Forensic DNA Testing Laboratories.
  4. FBI. (2015). Notice of release of the 2015 FBI Population Data for the expanded CODIS core STR loci
  5. The Biology Project. (1996). Blackett Family DNA Activity 2. Retrieved September 29, 2016, from The Biology Project University of Arizona
  6. By Chemical Science & Technology Laboratory, National Institute of Standards and Technology [Public domain], via Wikimedia Commons
  7. 國立中興大學物理系. 實驗八 質體 DNA 萃取與電泳分析.
  8. By Coen – originally posted to Flickr as the cutting of the gel, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4856518
  9. 丁寧. (2013, January). 赴美國研習DNA鑑定及刑事鑑識現場勘察技術報告書.
  10. Thermo Fisher Scientific. 3500 Genetic Analyzer for Resequencing & Fragment Analysis. Retrieved September 29, 2016, from Thermo Fisher Scientific, https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/4440462
  11. By –Ygonaar 23:09, 7 March 2006 (UTC) (It’s a graph create by Ygonaar with Power point) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or CC BY-SA 2.0 fr (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/fr/deed.en)], via Wikimedia Commons
  12. 美商貝克曼庫爾特有限公司. (2012). 高階毛細管電泳分析系統介紹以及應用.
  13. By Estevezj (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons
  14. 現行2種DNA鑑定法 的應用與限制。刑事雙月刊 第66期
  15. 臺灣高等法院刑事判決96年度上更(二)字第691號
  16. 臺灣高等法院刑事判決104年度再字第3號
  17. Committee on Identifying the Needs of the Forensic Sciences Community, National Research Council (2009). Strengthening Forensic Science in the United States: A Path Forward.
  18. 臺灣高等法院刑事裁定104年度聲再字第179號
  19. 林孟潔 (2015, December 31). 咬痕判罪靠重驗DNA翻轉 我國首例. 聯合新聞網.
  20. Balko, R. (2015, February 20). The path forward on bite mark matching — and the rearview mirror. Washington Post.
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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

研華科技攜手八維智能,能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署,及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析,還是其他 AI 相關的服務,都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務,讓企業在啟動 AI 專案前,大幅降低前期投入門檻,靈活又實用。

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用顯微鏡查「秋毫」 找出破案關鍵
顯微觀點_96
・2024/10/08 ・1865字 ・閱讀時間約 3 分鐘

本文轉載自顯微觀點

圖/顯微觀點

用於鑑識科學的比較顯微鏡受到 1929 年的情人節黑幫大屠殺事件影響,有了進一步的發展。但是,除了比較顯微鏡外,還有哪些顯微鏡應用在鑑識科學呢?這篇文章帶你來一探究竟。

通常物證有許多種類和樣式,因此調查中會使用多種類型的顯微鏡和鑑識工具。現場通常使用的簡單放大鏡或低倍率(7-50X)立體顯微鏡,可幫助檢測和收集微量證據。另外,也會針對犯罪現場進行拍照,建立和犯罪行為之間的關聯。

彈道、毛髮、纖維和工具痕跡比較

還記得當時卡爾文‧戈達德(Calvin Goddard)協助調查情人節黑幫大屠殺案件,為了釐清涉案槍枝來源,而開發了識別子彈和彈殼的比較顯微鏡,最後確認槍枝並非來自警方。

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比較顯微鏡是一種可並排分析樣本的設備,由透過光橋連接的兩個顯微鏡組成。樣本被放置在兩個載物台上,並使用連接兩個觀察頭光橋中的內置分割畫面同時觀察、比較可疑和已知的樣本。

用於比較彈道的比較顯微鏡具有長工作距離光學元件,還包括子彈座、鹵素或 LED 照明選項、偏光濾光片、放大倍率轉換器以及用於調整放大倍率和工作距離的輔助鏡頭。由於每支槍管內表面的製造痕跡都不相同,留在彈頭的細微特徵也不會一致。

加上射擊時,從裝填子彈到退出彈殼,彈殼在各步驟因為和槍枝組件的相互作用而留下獨特的痕跡,例如:撞針撞擊底火的撞針痕、火藥爆炸,彈殼向後撞擊槍機面所形成的彈底紋、只有具抓子鈎槍枝才會留下的抓子痕等。因此透過比較顯微鏡的比對鑑定可以用來確認涉案槍枝。

除了彈道比對外,比較顯微鏡還可以透過並排比較來確認簽名真偽,或是在確定歷史日期時使用。

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凡「做過」必留下痕跡

根據法國法醫學家羅卡(Edmond Locard)提出的羅卡定律(Locard exchange principle, 又稱羅卡交換定律):「凡兩個物體接觸,必會產生轉移現象」,也就是犯罪(嫌疑)者必然會帶走一些東西、也會留下一些東西,現場必會留下微量跡證。

因此,犯罪現場除了槍枝、子彈、彈頭和彈殼等物證外,槍擊殘留物(gunshot residues,GSR)或微量跡證(trace evidence)也是破解案件的關鍵。GSR是由槍擊後槍口排出的所有顆粒組成,主要包括炸藥底火、推進劑(火藥)、穩定劑和其他添加劑的燃燒或未燃燒完的顆粒。

GSR 顆粒最常見的特徵是其形狀和化學成分,華萊士(J.S. Wallace)和麥奎蘭(J. McQuillan)發現,所有檢測到的顆粒尺寸均在1微米到12微米之間,呈球形和不規則狀,主要成分為鉛、銻和鋇,可用掃描電子顯微鏡(SEM)配備能量色散X射線光譜偵測器加以檢測鑑定。

GSR通常是從嫌疑槍手的手上或其他物體上收集到,如果嫌疑者手上存在特徵性 GSR,通常會推測此人可能是開槍射擊者、開槍時靠近槍支,或處理被殘留物污染的槍枝或其他物體。

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J.S. Wallace和J. McQuillan使用SEM搭配能量色散X射線光譜偵測器比較K58和Gevelot手槍的GSR。
J.S. Wallace 和 J. McQuillan 使用 SEM 搭配能量色散 X 射線光譜偵測器比較 K58 和 Gevelot 手槍的 GSR。圖/顯微觀點

而在暴力犯罪中,體液是常見的證據。雖然現今常用 DNA分析,但顯微鏡仍發揮其作用。尤其位相差顯微鏡,可將樣品所造成的細微光程差轉變成明顯的光強度對比,能清楚觀察到在明野下透明的樣品,因此常用於自強姦受害者收集的陰道拭子中尋找精子。

另外,土壤也是調查犯罪的重要關鍵。偏光顯微鏡可對土壤顆粒的顏色、形狀和大小,以及當中的礦物質進行分類和分析。因此嫌疑犯鞋子上、屍體運送到埋葬地點的車輛外側或內部的土壤證據,都可能對調查起很大的作用。

土壤鑑測也很重要
土壤鑑測也很重要。圖/Adobe Stock
  • Bullets for my Valentine
  • Lee, H. C. (1998). Applying Microscopy in Forensic Science. Microscopy and Microanalysis4(S2), 490–491
  • Wallace, J.S., & McQuillan, J. (1984). Discharge Residues from Cartridge-operated Industrial Tools. Journal of The Forensic Science Society, 24, 495-508.
  • 孟憲輝(2015)。物證鑑識在槍擊現場偵查上的應用。刑事政策與犯罪研究論文集,18,313-340。
  • Gunshot Residue (GSR)

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被垃圾科學耽誤的人生:哈沃德的冤獄與平反——《法庭上的偽科學》
商周出版_96
・2024/01/04 ・4615字 ・閱讀時間約 9 分鐘

紐約市沃斯街四十號,無辜計畫

哈沃德的故事:因被冤枉身陷囹圄三十四年

基思.艾倫.哈沃德可以說是一名倖存者。他被維吉尼亞州錯誤定罪,但是逃過死刑執行。而且還是兩次。梅克倫堡矯正中心在一九八四年爆發了所謂的「大逃亡」(The Great Escape)1,那是有六名死囚越獄的空前維安漏洞,哈沃德面對其後的嚴密禁閉也倖存了下來。哈沃德面臨過殘酷的獄警、僅存的希望全被澆熄、父母的死訊,他的身分也被侵蝕到只能淪為 1125797 號罪犯,但是他倖存了下來。

他在維吉尼亞州刑罰體系中所有最嚴酷的監獄裡倖存下來了,先是梅克倫堡,接著是奧古斯塔(Augusta),然後又在蘇塞克斯二監(Sussex II)待了十年,還有現在的諾托韋,他在諾托韋那樣環境惡劣的監獄醫務室裡進行了重大的腸道手術,並且活了下來。雖然很勉強。

圖/unsplash

在被錯誤監禁的三十四年裡,哈沃德排的這條等待救援的隊伍從未向前移動。大量監禁讓他身邊的囚犯如雨後春筍般湧現,因此這條隊伍只會越排越長。他最初因為傑西.佩隆的入室謀殺案和對他妻子特蕾莎.佩隆的性虐待案而被關到梅克倫堡時,維吉尼亞州每十萬名居民中有大約一百五十人遭到監禁。

當我們發現特蕾莎用過的性侵採證套組、把它送去做 DNA 檢驗時,維吉尼亞州的監禁率已經超過每十萬名居民有四百五十多名囚犯,每十萬名黑人居民則是超過兩千四百人。2在那個看不見的國度裡,到底住著多少無辜的 1125797 號囚犯,我們不會知道。但是統計顯示,在維吉尼亞州和全國有數千名無辜的人被關在牢裡;他們大部分人都永遠不會再拿回他們的名字了。

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圖/unsplash

維吉尼亞州剝奪了哈沃德生命中的每一個里程碑。他沒能結婚,沒有小孩,沒有做過除海軍之外的其他職業。他在二十幾歲之後,除了監獄檔案的照片,就只有一張自己的照片。他具有指標意義的生日,三十歲……四十歲……五十歲……六十歲,都是在鐵牢裡度過的,他只是沒死而已。

事情一開始不是這樣的。他也曾經奮鬥過。他從獄中出庭為自己辯護一事,曾經讓他的有罪判決遭到撤銷。為他贏來一次重新審判的機會、再一次讓真相大白的機會。但是當陪審團第二次做出有罪判決、上訴法院也維持這個裁決時,哈沃德體內的鬥志突然被掏空了。他決定放棄,讓餘生都在監獄裡度過。就像他有一次對我說的:「我就待在牢裡等死算了。」

重新審判:不可靠的咬痕證據

就訴訟而言,二○一六年發現了性侵採證套組,州也同意進行檢驗,這使得前進的道路變得清晰。哈沃德和史蒂夫.錢尼不同,他不需要維吉尼亞州法院或是其他法院承認咬痕證據完全不可靠。他不需要新法律或是定罪完善小組就可以重返法庭。也不需要當初把哈沃德的牙齒和特蕾莎.佩隆大腿上的咬痕「配對」的六名牙醫取消他們的證詞。

圖/unsplash

哈沃德很幸運:他有 DNA 。檢測開始之後,就會像是一顆小圓石被丟出來,滾下山坡引起 被壓住的真相一波又一波的雪崩。其規模之大,會讓哈沃德甚至不需要重回法庭。

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他幾乎立刻就被排除在可能的嫌疑人之外,也就是說所有檢驗項目,包括性侵採證套組、凶手蓋在特蕾莎頭上的尿布,以及她被性侵時的沙發墊,上面的生物證據都不可能是他的。

我的辦公室裡傳來更多歡呼聲。這種感覺不同於最初發現物證箱時的那種驚喜。是好消息,但也是預期中的結果。無辜計畫法律團隊的每個人都相信基思.哈沃德是清白的,也都知道他是清白的。

圖/unsplash

之前在訴訟中移交的文件就已經證明了:刑事專家不實宣稱在犯罪現場收集到的血清證據,根據在 DNA 之前的血型技術無法確定。其實在審判之前就可以將哈沃德排除在取樣之外了。後來他又被排除在 DNA 證據之外,就是理所當然的了。

接著,我們得知 DNA 分析人員可以從保存的生物樣本中發展出完整的基因輪廓。這表示除了可以排除哈沃德是 DNA 的來源,甚至還有可能得知到底是誰的 DNA ;不同於史蒂夫.錢尼案中的 DNA 已經受到毀損,只能夠做到排除錢尼。

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圖/unsplash

從每一件證據中提取的 DNA 輪廓都沒有更新的資訊。它們都來自同一名男性,既不是基思.哈沃德,也不是特蕾莎的丈夫傑西。反而是一名陌生人把他的 DNA 留在整個犯罪現場。發現證據的位置和特蕾莎的證詞完全一致,因此顯得更有說服力,這份證據也與哈沃德自己的陳述一致;哈沃德說他從來沒有進過佩隆家。

證人誤認是錯誤定罪一大主因?

這在大多數州就足以推翻有罪判決了。但也還是有可能出現荒謬的「沒被起訴的共同射精者」理論。不過,這個案件中有一名受害者還活著。特蕾莎強忍著痛苦和性侵她的人共度了三小時。她知道那天晚上只有一個入侵者。一名殺了她丈夫的凶手。一個「咬了她的人」。

圖/unsplash

早在 DNA 排除哈沃德之前,特蕾莎本人就為哈沃德的清白提供了最有說服力的證據:她拒絕指認哈沃德。哈沃德是因為咬了他的女朋友而被逮捕,而且還戴著手銬,在這樣容易誤認的情境中,特蕾莎都沒有指認哈沃德就是毀了她家庭的那名水手。

她的這個立場在兩次審判中都沒有絲毫動搖。許多犯罪受害者很可能會接受暗示,或是不論有意或無意,急著指認被警方確信是凶手的那個人。的確,證人指認時的誤認,通常是因為警方的建議而導致的無心之過,是錯誤定罪的一大主因。

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除了咬痕,另外的唯一證據就是駐衛指認了哈沃德。然而,即使在當時,他的證詞也是勉強得來而且不可靠的,我們得知在取得他的證詞時,用了可以「強化」記憶的祕密催眠,因此顯然缺乏可信度。

圖/unsplash

即使用催眠誘導的指認可以相信,不過駐衛也只是說在襲擊案發生當晚,他有看到哈沃德回到基地。是的,他是說那個人穿了血跡斑斑的制服,不過那人其實不是基思.哈沃德,而且在當時的紐波特紐斯,喝醉酒的水手在酒吧跟人打架,然後滿身是血回到船上,也不是什麼罕見的事。歸根究柢,不論證人指認的這番話具有多少分量,它都不代表哈沃德那天晚上有進入佩隆家。只有洛威爾.萊文和阿爾文.凱吉的專家證人證詞明確說出了這一點。而 DNA 也證明了兩位牙醫是錯的。

真正的兇手到底是誰!?

哈沃德的案件已經走向崩解。真正的證據(affirmative evidence)不是指向他有罪,而是指向另一個第三人。無論在哪一州,這個「新發現」的證據應該都對推翻任何一個有罪判決綽綽有餘了,但是維吉尼亞州和大多數州都不一樣。維吉尼亞州是全美國對無罪主張最有敵意的州之一。被判無期徒刑的囚犯很少有活著走出來的。要讓無辜者重獲自由,通常前提是必須破案。

然後「聯合 DNA 索引系統」(CODIS)就找到他了:在訴訟中喊出了「將軍!」

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圖/unsplash

根據美國的 DNA 數據庫「聯合 DNA 索引系統」,確定性侵取證套組、沙發墊和尿布上的 DNA 是來自一名叫做傑里.克羅蒂的人。在這起性侵謀殺案發生時,克羅蒂是卡爾文森號航空母艦的一名水手,這艘航空母艦當時停泊在紐波特紐斯的船塢。

基思.哈沃德也在這艘船上服役。克羅蒂和哈沃德長得有點像,他曾經因為綁架罪而在俄亥俄州的監獄服刑,並在十年前死於獄中。在哈沃德入獄期間,他還犯下其他暴力犯罪,但是都沒有像一九八二年對佩隆一家的暴行那樣殘忍;當然,除非克羅蒂還犯了其他沒有被偵破的案件,或是被以為已經破案的犯罪。

全美國對無罪主張最有敵意的州?

媒體壓力再次升高。但不是像一九八二年那樣,當時行凶的水手逍遙法外,因此有兩名美國參議員敦促要盡速逮捕他;這次的壓力是要推翻多年前因為媒體推波助瀾而造成的有罪判決。

圖/unsplash

弗蘭克.格林(Frank Green)是《里奇蒙時報》(Richmond Times-Dispatch)的記者,他長期以來都對維吉尼亞州對無辜者的敵意有批判性觀察,他詳細報導了哈沃德的故事,從聲請推翻他的有罪判決的那一刻起。連諾托韋裡面的囚犯都注意到了。

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哈沃德在監獄裡的朋友們都為他打氣。他們開始從監獄圖書館的報紙上剪下與哈沃德案件有關的新聞剪報,並保留給他。隨著哈沃德的案件從一團混亂的垃圾科學訴訟,轉變成教科書等級的 DNA 平反案件,格林的報導刊登位置也越來越靠近頭版。當哈沃德的聲請在等待維吉尼亞州最高法院的決定時,他成了頭版新聞,而當 DNA 檢驗證明哈沃德是無辜的時候,他直接登上頭條。

圖/unsplash

既然已經在「聯合 DNA 索引系統」找到符合者了,但凡有一點基本的正當程序概念,都會覺得繼續監禁哈沃德是不可接受的。他顯然是無辜的。任何殘存的反對意見都消失無蹤了。

總檢察長在一場匆忙召開的新聞發布會上,公開承認哈沃德是無罪的,並要求該州高等法院盡速對其聲請做出裁決。維吉尼亞州最高法院在第二天就宣布基思.哈沃德是一個無辜的人。

——本文摘自《法庭上的偽科學》,2023 年 12 月,出版,未經同意請勿轉載。

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原文注釋

  1. Bill McKelway, “From the Archives: How the 1984 Escape from Virginia’s Death Row Happened,” Richmond Times-Dispatch, May 30, 2009,瀏覽日期二○二一年七月五日,richmond.com/from-the-archives/from-the-archives-how-the-1984-escapefrom-virginias-death-row-happened/article_19ea1684-9af2-5d24-86ab-5875eaf2068c.html。 ↩︎
  2. Prison Policy Initiative, Virginia profile,瀏覽日期二○二一年七月五日,www.prisonpolicy.org/profiles/VA.html。 ↩︎
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