黑色素：不知如何淡斑，就怪你不了解我的生長史

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。

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。

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）」！

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。

以研華科技為例，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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

台灣有著獨特的產業結構，從精密製造、城市交通管理，到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全，都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是，這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示，這些都需要分秒必爭的即時回應。

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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• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《白斑症有解！微創表皮移植手術幫助皮膚平整、顏色均勻，整形外科醫師圖文解析》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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「曾經遇過一位老師，因為下巴有塊白斑，而相當困擾。」中國醫藥大學附設醫院美容醫學中心雷射美容科主任張長正醫師指出，「經過檢查後確認是黑色素細胞不足，雖然接受過治療，但沒有明顯改善，所以決定接受表皮移植手術。」

當時利用微創表皮移植系統吸取微泡，精準取下淺層表皮，然後移植到下巴白斑處。張長正醫師說，待受皮區癒合之後，再經過一系列的照光治療，讓移植皮膚的顏色符合周圍皮膚的顏色。表皮移植的成果看起來相當自然，從此不用再擔心下巴的白斑會引人側目，讓患者相當開心。

白斑症（Vitiligo）的成因大多與自體免疫有關，由於患者自身的免疫系統會攻擊自己的黑色素細胞，導致皮膚缺乏黑色素。張長正醫師說，有些外在因素可能對黑色素細胞造成影響，例如外傷、長期受到化學刺激等；另外也有部分患者的白斑與胚胎發育的過程有關。

白斑症患者的皮膚會失去黑色素細胞，而出現形狀不規則的白色斑塊。張長正醫師說，白斑症在身體任何位置都可能發生，讓患者相當困擾。

白斑症的治療包括藥膏、口服藥、紫外線照光治療等，張長正醫師說，如果確定缺乏黑色素細胞，在狀況穩定後可以考慮接受表皮移植手術。表皮移植的主要目的是獲得黑色素細胞，像播種一般，讓病灶部位長出具有黑色素細胞的表皮。

在進行表皮移植手術時，必須從取皮區取下表皮。張長正醫師說，一般常用的方法是以一個試管大的口徑覆蓋在取皮區，然後利用負壓抽吸，待皮膚形成水泡後，再用剪刀把水泡剪下來，移植到受皮區。但是這種做法會讓取皮區在癒合後的外觀較不理想，受皮區的結果也不甚美觀。因為一次取下一大塊水泡，沒有辦法符合周圍皮膚的顏色與質地，常常會有一塊一塊的凸起，類似鵝卵石步道。

另一個方法是使用皮膚切片筆，每彈一下可削下一片表皮，再分別移植到受皮區。張長正醫師說，這種做法也會讓受皮區在癒合後凹凸不平，不甚美觀。 

近年來發展出的微創表皮移植手術是運用水泡取皮的原理，但有大幅度的進化。張長正醫師說，微創表皮移植系統會稍微加溫，幫助皮膚形成水泡，然後使用負壓抽吸，讓皮膚形成許多個直徑約 1.8 mm 的微泡，微泡間的間隔約 2 mm。

微創表皮移植手術的優點在於水泡很小，所以取皮區的復原速度相當快。一般在兩個禮拜後就能完全癒合，幾乎看不到疤痕。張長正醫師說，微創表皮移植手術能夠精準取得淺層表皮，且排列非常整齊，因此在受皮區中，每個微泡都能以相同的速度生長，在癒合之後皮膚會比較平整，且顏色相近。白斑症患者想要接受治療的目的就是讓膚色均勻，所以在接受表皮移植後，醫師會測量黑色素指數，而微創表皮移植手術可以有高達八成、甚至九成的顏色相似度。 

除了用於治療白斑症，微創表皮移植手術還可運用於小範圍燒燙傷或困難癒合的傷口。張長正醫師說，傷口在癒合時都是由邊緣開始生長，範圍較大的傷口會需要較長的時間，而且癒合之後的疤痕會比較明顯。利用微創表皮移植手術能夠加速傷口的癒合，也可達到較佳的外觀。

微創表皮移植手術不需要麻醉，沒有明顯疼痛，在門診就可以進行，便利性高。張長正醫師說，接受微創表皮移植手術後，請依照醫師指示照顧傷口，並避免過度活動或摩擦受皮區。

筆記重點整理

1. 白斑症患者的皮膚會失去黑色素細胞，而出現形狀不規則的白色斑塊，在身體任何位置都可能發生。
2. 白斑症的治療包括藥膏、口服藥、紫外線照光治療等。如果確定缺乏黑色素細胞，在狀況穩定後可以考慮接受表皮移植手術，像播種一般，讓病灶部位長出具有色素細胞的表皮。
3. 微創表皮移植手術的優點在於水泡很小，所以取皮區的復原速度相當快。一般在兩個禮拜後就能完全癒合，幾乎看不到疤痕。
4. 微創表皮移植手術能夠精準取得淺層表皮，且排列非常整齊，因此在受皮區中，每個微泡都能以相同的速度生長，在癒合之後皮膚會比較平整，且顏色高度相近。
5. 除了用於治療白斑症，微創表皮移植手術還可運用於小範圍燒燙傷或困難癒合的傷口，能夠加速傷口的癒合，也可達到較佳的外觀。

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日常生活中，每天多少會曝曬微量的陽光。未受保護的皮膚，不知不覺地損壞、老化。這種情形在正中午，或是夏季尤為明顯。^[1]雖然人體本身的黑色素，可以對抗紫外線，但是濃度因天生膚色而異，保護力通常又不太足夠。^[2]美國西北大學（Northwestern University）研究團隊於是人工合成，可以塗抹皮膚的「超級黑色素」（Super Melanin）。^[1]

抗氧化

氧化壓力（oxidative stress）是阻礙皮膚正常修復的主要機制之一：^[3]帶有氧氣的自由基（free radicals），即活性氧化物（reactive oxygen species），^[4]在皮膚曬傷或化學灼傷後，會被釋出抵禦微生物，並散佈發炎訊號。可是當它們的量太多，氧化了酵素、核酸、細胞膜的脂質，以及結構性蛋白等，便會導致細胞功能失常或死亡。因此，氧化還原（reduction-oxidation）是局部性傷口治療的關鍵。^[3]

木犀草素（luteolin）、維生素C、甲殼素（chitosan）、丁香酚（eugenol）、添加薑黃素（curcumin）的聚乳酸奈米纖維，以及檸檬酸（citrate）水凝膠等，都具有這種抗氧化的功效。不過，科學家希望能找到，生物相容性跟藥效傳遞更好的化合物。^[3]

合成黑色素顆粒

紫外線曝曬後，體內濃度增加的黑色素，會清除自由基。理所當然地，奈米等級的合成黑色素顆粒（synthetic melanin particles；SMPs），就成為西北大學研究團隊開發的對象。^[3]奈米是極為渺小的單位，在同樣的體積範圍內，能創造非常龐大的表面積，來產生反應。^[5]他們以此技術，分別做了多孔而有高表面積的SMP_Hi；以及表面積與天然黑色素接近，無孔洞的SMP_Lo。^[3]然後將這兩種合成黑色素顆粒，加到普通乳液裡。^[2]抹在皮膚受到氮芥（nitrogen mustard）和紫外線傷害的小鼠身上，進行測試。氮芥是一種治療皮膚淋巴癌的局部化療藥物，能引起刺激性皮膚炎和水泡等劇烈反應；而紫外線曬傷，則會使皮膚發炎。^[3]

實驗觀察皮膚受創的表面積與深度、發紅和水腫的程度、結痂脫落的速度，以及免疫反應等。SMP_Lo跟SMP_Hi只是停留在皮膚表面，不會穿透角質層。^[3]然而，研究團隊解釋，它們的訊號會傳遞給下方的表皮，「與整個身體溝通」，抑制過度亢奮的免疫反應，進而促進癒合。^[1]使用合成黑色素顆粒的小鼠，復原狀況優於不給藥的對照組：^[3]以氮芥傷害來說，面積減半，而且原本16天以上的恢復期，縮短為10至12天。^[2]其中SMP_Hi又更勝一籌，第11天就有50%的結痂剝落；SMP_Lo此時僅30%；而對照組尚無動靜。^[3]

另外，研究團隊從西北紀念醫院（Northwestern Memorial Hospital），取得腹部整形手術（abdominoplasty）割除的人體皮膚。處理過後，放在培養皿裏頭，以氮芥進行破壞，再測試合成黑色素顆粒的療效。SMP_Lo顯然有清除受損組織，並預防水泡的功能；而SMP_Hi的表現不如預期，或許是因為採用的組織，缺乏完整的免疫系統支援，並不代表正常運作的情況。整體而言，研究團隊仍然認為高表面積的合成黑色素顆粒，對傷口復原的效果會比較好。^[3]

成立公司

研究抗紫外線的初衷，促成了可以防曬、抗老、療傷迅速，甚至可能保護放射線治療病患的超級黑色素。他們受美國國防部（Department of Defense）及國家衛生研究院（National Institutes of Health）贊助，其他相關研究，還包括用黑色素染色的軍服，來吸收神經毒氣等。^[1]最近西北大學團隊已經成立公司，在持續測試產品效果的同時，打算將超級黑色素商業化，^[2]希望能造福大眾。^{[2, 6]}

1. Paul M. (02 NOV 2023) ‘‘Super Melanin’ Heals Skin Injuries From Sunburn, Chemical Burns’. Feinburg School of Medicine, Northwestern University, U.S.
2. Service RF. (02 NOV 2023) ‘Synthetic ‘super melanin’ speeds skin repair’. Science.
3. Biyashev D, Siwicka ZE, Onay UV, et al. (2023) ‘Topical application of synthetic melanin promotes tissue repair’. npj Regen Med, 8, 61.
4. ‘Free radicals vs. reactive oxygen species: what’s the difference?’. (30 AUG 2021) Cell Guidance Systems.
5. ‘What Is So Special about “Nano”?’. U.S. National Nanotechnology Coordination Office. (Accessed on 12 NOV 2023)
6. Northwestern University (03 NOV 2023) ‘‘Super melanin’ heals skin injuries from sunburn, chemical burns’. YouTube.