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醫療機器人和神戶醫療產業都市——日本,百聞不如醫見(2)

miss9_96
・2017/01/03 ・2657字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

續前篇:《醫院該不該以賺錢為目的?一窺日本醫療國際化的現況

日本在機器人領域的發展,不論在二次元或三次元裡都十分成功。筆者在這次的訪日行程裡,有幸見識到了日本的醫療機器人,在機器人協助患者行走的過程裡,雖然不像駕駛鋼彈、EVA 般的帥氣,但老婆婆用我聽不懂的日語,表達出滿足的喜悅,卻是充滿了真實和感動。

從來沒想過,「想站起來」這個念頭,對某些人可能是種恐怖的經驗。

「回家以後,我覺得更有信心了」,患者露出了微笑這麼地說著。

從床上起身、平穩的散步,這對我們而言都是再簡單不過的事情。但對於腦中風、脊髓受損等疾病導致肌肉萎縮的患者來說,這種動作可是異常艱鉅的行為!他們因為疾病導致下肢的肌力減弱而難以行動,又因為缺乏使用,再惡性循環進一步地下肢肌肉萎縮,最終導致行動不便。

在 JR 東京綜合醫院裡,引入了復健用的下肢醫療機器人:HAL®(Hybrid Assistive Limb®。HAL 醫療機器人並不像我們想像中的那種人形機器人,它的運算電腦外觀僅是一塊白色版子,繫在患者的背後,連通的四具馬達縛在患者的大、小腿處,同時會有量測皮膚電位的電極貼片黏於患者的大腿,穿戴完畢後,患者的下身像是穿上了一套白色的外骨骼機器似的。HAL 醫療機器人的原理是「動之前,大腿皮膚已經先有感覺了!」,當患者的大腦傳遞「移動大腿」的訊號時,即使患者沒有意識到「移動」的念頭,其神經訊號已經從大腦透過脊髓,傳遞到大腿的肌肉裡,而大腿皮膚表面也呈現了電位的變化。而就在此刻,電極貼片將電位變化傳給患者背後的運算電腦,由電腦協調四具馬達的出力,以協助患者運動!

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HAL®(Hybrid Assistive Limb®)
HAL®(Hybrid Assistive Limb®)

在 JR 東京綜合醫院裡,我看到了一名約莫 60 歲的患者穿戴後 HAL 醫療機器人後,從舉步艱難,慢慢地變成了平穩行進(仍需復健師視情況調整電腦參數)。而患者也透過翻譯告訴我們,使用 HAL 醫療機器人後,原本對於「起身、走路」感到恐懼的心理,漸漸地有勇氣和力量去克服了,這對於患者來說,是極大的信心鼓舞!

JR 東京綜合醫院的田中清和醫師告訴我們,目前 HAL 的租金約 25 萬日幣/月,而復健的收費約 1 萬日幣/小時。雖然學理上的研究未到完備的程度,但由於有許多的需求,目前仍是供不應求的狀態。

神戶醫療產業都市

1995 年 1 月 17 日清晨,芮氏 7.3 的地震襲擊了日本關西。一夕之間,六千多名神戶市民,離世了。

1995 年的神戶大地震,摧毀了神戶市,許多建設和公共設施都付之一炬。儘管傷痛,神戶市開始對於都市的未來討論和深思,究竟,神戶的未來要變成什麼樣的都市呢?數年的討論期裡,各種想像都被提出,也有人認為神戶可規劃成有著眾多娛樂產業的休閒都市。但最終,市政府選了一條艱難的道路,他們要將神戶打造成未來的醫療產業都市

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在 1998 年左右,日本的經濟仍屬於強勁成長的時代。日本理化學研究所(日本重大國家研究機構,近似於台灣的中央研究院)位於神戶市的分院起了重大的磁吸作用,有專精於 iPS 萬能再生細胞研究的「多細胞系統形成研究中心(RIKEN Center for Developmental Biology)」、以及擁有超級電腦——「」的「計算科學研究機構(RIKEN Advanced Institute for Computational Science)」等機構,再加上神戶市立中央市民醫院等臨床單位,這些重要的研究單位,吸引了許多生醫廠商進駐到神戶空港外的人工島上,形成醫療產業聚落。從 1998 年的 0 間廠商開始,到了 2015 年已經超過 300 間醫療廠商進駐,目前超過 7000 名員工,估計帶來的經濟效果約 1600 億日圓。

神戶的港灣人工島。圖/wiki
神戶的港灣人工島。圖/wiki

而神戶市政府在推動醫療產業都市時,了解到政府單位並沒有能力分析、規劃醫療產業,因此神戶市政府協助成立了獨立的財團法人——「先端醫療振興財團」。雖然從中文的角度裡看到財團二字,但該法人的目的是支援神戶醫療產業都市的發展、連結產官學的力量以提高醫療產業、建構適於次世代醫療的發展環境等。先端醫療振興財團目前的理事長是開創癌症免疫療法的本庶佑(ほんじょたすく)教授,神戶市每年撥出 40 億日幣推動醫療產業都市,其中的 15 億日幣交由先端醫療振興財團全力推動醫療產業化。

神戶醫療產業都市推動醫療用機器人、長照用機器人的產業化,在基礎研究上也利用超級電腦——「」的能力,縮短新藥開發等研究的時間與金錢成本。同時也有次世代抗體藥物和 iPS 醫療產品的研究正在進行,同時由於受到國際的重視,世界衛生組織(World Health Organization / WHO)也和先端醫療振興財團、神戶大學等在 2016 年的 9 月開始合作進行失智症的臨床研究,希望能對失智症做到早期發現、早期診斷、早期介入的「先制醫療(pre-emptive medicine)」目的!

具有 864 個機櫃的超級電腦「京」。圖/wiki
具有 864 個機櫃的超級電腦「京」。圖/wiki

我個人認為……

看了日本對於醫療國際、產業化、HAL 醫療機器人,以及神戶醫療產業都市後,我對於日本政府在處理「跨領域」和「未知性高」的事物態度上,有了極大的印象。日本政府對於難以管理的「醫療國際、產業化」任務,毅然的設立了獨立的法人來推動這項任務,也藉此避免了政府內各部會權責重疊、資源浪費的問題。儘管目前成效尚不及亞洲鄰國,但他們「以當地人需求為本、以當地醫療自主為目的」的俄羅斯海參崴醫療影像中心的範例,令人印象深刻。檯面上因為北方四島而交惡的兩國,但民間的互動卻如此的活絡。

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而在 JR 東京綜合醫院裡,能夠親眼看到患者的微笑,讓我覺得 HAL 醫療機器人真的是很棒的東西!而這種能夠改善患者生活的智慧醫療工具,也許就是台灣打開鄰11ㄅ國醫療市場的方式之一。而神戶醫療產業都市裡,我看到了日本政府極為大膽的一面。神戶市每年超過 5 億台幣的費用交給了先端醫療振興財團分配運用,神戶市政府對專家團隊的信任,以及規劃後,不論世界和政局如何改變,依舊對於未來超過十年以上的堅持、毅力(神戶於 1998 年設定未來將朝向醫療產業都市,至今堅持了 18 年),都讓我感到非常的有意思!回頭看看台灣,我覺得兩國在醫療上都各有所長,也許未來有一天,兩國能夠有機會一起交流,甚至一起合作開展未來的醫療啊!

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miss9_96
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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9

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AI 可以設計散熱,但誰敢讓它出貨?林唯耕談算力背後的物理現實
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/08/20 ・2819字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 高柏科技 合作,泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時,曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏,那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓,引來眾多師生抗議。

「從此以後,我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中,帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言:在理論模型中,氨是太空熱控系統的理想介質;但在現實的辦公大樓裡,它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯,但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險,以及必須為後果負責的工程師。

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高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ,曾任職於美國 OAO 工程部熱流組,深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球,他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心:當晶片運算速度無止境攀升,那股伴隨而生的熱,究竟該往哪裡去?

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗,彷彿進步毫無邊界。然而,每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護。在物理現實面前,再動聽的發表會敘事也必須低頭。

晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護 / 圖片:envato

回顧個人電腦發展早期,晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後,鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級,其實更像是對空間的極限勒索:晶片功率翻倍,發熱源的面積卻沒變大,機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出,散熱設計的核心只有三要素:功率、熱源面積與空間限制。他舉例,在標準的 1U 機箱中,若發熱面積約為三十乘三十毫米,氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數,而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於,風扇轉速提升的背後,是噪音、電力損耗與空間占用。

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因此,「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫,而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱,卻也將新的挑戰帶入機房:漏液風險、流道堵塞、材料相容性,以及維運時的難度。工程的進步,本質上鮮少是徹底消滅問題,更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的,不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人,是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中,沒有空氣能讓風扇製造對流;受光面溫度破百度,陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射,以及熱管與環路型熱管(LHP)來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱,冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力:在他設定的特定條件下,實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能;但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變,移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦(kW)。他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此,太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度,偏好無馬達幫浦的被動式設計;但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度,往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒:技術是否「先進」,與它是否「適合」當下的場景,始終是兩回事。

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他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。/圖片:envato

好論文,為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」,而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作,還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據,在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時,也曾遇過實驗數據無法複製,或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠,而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝,高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」,每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作,並指派專業人才在過程中持續微調、校正,確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測,但由於儀器預設以「水」校正,換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算,卻發現缺乏重複性,數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面,改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證,才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號,而在於那段不夠優雅的挫折:假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻,企業需要的不只是會算數的人才,而是能洞察研究何時「走鐘」,並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

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林唯耕坦言,過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」,進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽,卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計,若無法穩定生產或贏得客戶信任,也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案,誰來負責出貨?

訪談尾聲,主持人國威提出了一個時代難題:假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計,企業該選擇全面擁抱 AI 的速度,還是保留緩慢但穩定的工程驗證,以規避潛在的失效風險?

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是:兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案;但工程師仍須實作原型,進行嚴苛的性能與可靠度測試,最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺,而是基於一項事實:AI 的資料庫裡,通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節,且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代,最稀缺的未必是熟練下指令(Prompt)的人,而是具備這種能力的人:能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來,並且願意為最終的量產品質負起責任。

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大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中,雲端是由龐大的機房架構而成,裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張,都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值,就是不讓這筆物理帳單,被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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