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大家都在說人工智慧,其實現在我們真正做的是智能增強

機器之心_96
・2017/01/01 ・5773字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 593 ・九年級

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本文轉載自機器之心〈人們都在說人工智慧,其實現在我們真正做的是智能增強

  • 智能增強技術有助於提高人類的潛能——通過提高工人生產力、減輕一般任務的工作量以及為我們的生活提供更多方便。本文的作者是 Anupam Rastogi,他是 NGP 的成長期技術投資者,專注於企業中的物聯網、數據與機器學習的交叉領域。本文來自 CB Insights
Robot
智能增強技術有助於提高人類的潛能——通過提高工人生產力、減輕一般任務的工作量以及為我們的生活提供更多方便。圖/cbinsights 提供

自 20 世紀 50 年代以來,人工智慧(The Artificial Intelligence/AI)與智能增強(Intelligence Augmentation/IA)之間的爭論已經持續了半個多世紀。一般來說,智能增強指的是利用訊息技術來增強人類能力。這個想法自 1950 年被首次提出後,現在已經變得無處不在。如今人工智慧越來越多地被用於廣泛描述那些能夠模仿人類功能(比如學習和解決問題)的機器,但它最初所建立的前提條件是:人類智能可以被精確描述,且能夠用所製作的機器進行模擬。人工通用智能(Artificial General Intelligence/AGI)這個術語通常僅僅表示後者,該定義較前者更嚴格。當下存在許多人工智慧方面前所未有的炒作——其近來令人難以置信的增長曲線、無數的潛在應用、及其潛在的社會威脅。

更廣泛的人工智慧定義給一些人造成了困惑,特別是那些或許不太緊跟技術潮流的人。機器學習應用近期所帶來的一些十分顯著的進步有時會被錯誤理解和推斷,使我們以為人類即將取得 AGI 方面的進展、正在逼近為了社會秩序所需要的一切。

智能增強與人工通用智能技術之間可能會有一段持續進步的過程。我在本文中談到,我們所目睹的人工智慧領域的快速進展是來自於機器學習對其產生的強大驅動力。然而,滿足人工智慧——以及人工通用智能——的原始前提條件是大量的、額外的、在近期進展之上的技術突破。智能增強技術有助於提高人類的潛能——通過提高工人生產力、減輕一般任務的工作量以及為我們的生活提供更多方便。我們目前所看到的是機器在任務執行方面的能力提升,在這方面它們幾十年前就勝過人類了。而未來十年中,我們會看到機器學習技術進一步滲透眾多行業和生活領域,推動這種能力進一步地快速提高。

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舊聞新炒

如今所使用的許多人工智慧和機器學習演算法是幾十年前發明的。國防機構使用高級機器人、自動駕駛車輛和無人機的時間已將近半個世紀。第一個虛擬現實原型開發於 20 世紀 60 年代。然而截至 2016 年底,沒有一份主流出版物不對人工智慧即將產生的社會影響發表高論。根據 CB Insights 的數據,對利用人工智慧的創業公司的投資資金將於 2016 年達到 42 億美元,僅僅四年就翻了 8 倍以上。

發生了哪些變化?

影響因素有很多,但也有這樣一個共識:最近的許多事態發展,比如近期 Google 翻譯的巨大進展、Google DeepMind 在圍棋游戲中的勝利、亞馬遜 Alexa 的自然會話介面以及特斯拉的自動駕駛功能,都由機器學習的進步所推動,更確切地說是深度學習神經網路——它是人工智慧的一個分支。深度學習理論已經存在了幾十年,但是它開始看到了新一輪的焦點,以及自 2010 年左右開始顯著加快的進展速度。我們當下所看到的現象是一個雪球效應——深度學習在案例與行業中的影響——的開端。

指數般增加的數據可用性、雲經濟規模、硬體能力的持續提升(包括運行機器學習負載的 GPU 性能)、無處不在的連接、低功耗設備的性能以及演算法學習技術的迭代提升,這些都促成了深度學習在許多日常的情況中的可行性與有用性。深度學習以及統計分析、預測分析和自然語言處理方面的相關技術,已經開始被無縫嵌入到我們的日常生活與企業活動之中。

機器和人類

在某些類型的任務上,機器的表現長期以來一直優於人類,尤其是那些與計算速度和規模相關的任務。三位學院派經濟學家(Ajay A. et al)在最近的一篇論文和《哈佛商業評論》上一篇文章假定最近機器學習的進展可以歸為機器「預測」中的進展一類。

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「機器的工作原理是機器使用了之前的蘋果圖像中的訊息,來預測當前的圖像中是否有蘋果。為什麼會用『預測』這個詞?預測使用的訊息是你沒有的但必須要生成的訊息。機器學習使用的數據是從傳感器、圖像、視頻、輸入的註釋、或者其他任何能被用比特/二進制(bit)表示的東西。這就是你擁有的訊息,機器用這樣的訊息去填補它缺失的訊息來識別物體,並預測下面會發生什麼。這是你沒有的訊息。換句話說,機器學習是一種預測技術。」

完成任何的主要任務都涉及這幾個要素:數據收集、預測、判斷和行動。人類仍然在基於判斷的任務(廣義)上遠超機器,而且 Ajay 等人假設這些任務的價值會隨著機器學習帶來的預測成本下降而增加。

過去幾年中,在深度學習的驅動下,雖然已經有了能夠展示類似人類軟技能的機器,機器在這些領域的能力幾乎無法達到「預測」中的水平。下面是一些人類擅長的領域,讓機器來模擬這些技能可能需要的新技術突破。

學會學習:最近機器學習使用中一些驚人的成果包括,觀察人類在多種實例任務中的行為(這種在手問題輸入和輸出的大數據集),同時「學習」使用深度神經網路方法。

常識:人類擅長運用「常識」,即用一種不加開放思考或無需大數據集的通用方法來做出判斷。在這個領域,除了在使用深度學習處理自然語言任務上有大進展外,機器相對來說還處在初步階段。研究常識推理的科學家估計機器想要運用常識就需要其他新的技術進展。我們(或者我們的孩子)在和 Alexa 或 Siri 時都要面對這個問題。

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直覺和歸零:人類大腦擅長直覺和歸零,例如從一個非常大的復雜又模糊的選擇集合中發現某個事實、想法或者行動過程。學界一直有人在嘗試做將直覺帶給機器的研究,但是在這個維度上的機器智能還普遍處於初級階段。

創造力:雖然有很多機器已經能生成一些和人類藝術大師的作品難以區分的作品,但它們在很大程度上還是基於學習這些大師已經創造出的模式。真正的創造力需要為問題生成之前從未見過的全新解決方案或真正創新的藝術成果。

共情:理解情緒、價值系統、設置願景、領導力和其他仍然還是人類專屬的軟能力。

多功能:同樣一個人可以合理地執行許多人物,比如拿起盒子、駕駛汽車去工作、帶小孩和發表演講。目前的機器和機器人都還是為特定的任務而打造的。

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IA and AI

根據以上的總結,我們可以得知:機器已經在學習(或者被稱為「預測」)的技能方面取得了長足的進展,它們進入了模仿「人類」真正的技能的早期階段。我們建議的分類方式是:將預測、第一階段的機器學習以及需要人類參與的自動化功能(human-in-the-loop automation capabilities)歸為「IA」技術。這些技術通常是使用機器獨有的能力(處理巨大數據集的能力)來有效地增強人類能力,系統最終的輸出通常還是由設計和訓練它們的人來決定,因為系統設計者會提供一些與機器互補的技能。

從根源上講,很容易把它與 AGI 弄混淆,所以我們使用了術語 AI 來描述我們在前面提到的機器擁有的那些屬於人類的判斷、學習和具備常識的能力以及具有先天創造力和同情心的特徵。對於強大的 AGI 而言,這也許只是它的一部分,但是要實現復雜的工作流程的全自動化就需要具有大多數這些技能的機器。

明確了這些概念以後,我們就可以知道如何對當前或者即將出現的那些可能會影響我們日常生活和工作的技術進行分類了:

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圖/cbinsights 提供

IA 和 AI 帶來的影響

有一個眾所周知的諺語:「我們總是更傾向於在短期內高估技術產生的影響,而在長遠上低估它」。這也被稱為「阿馬拉定律(Amara’s Law)」,人們經常用下圖來表示它。

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我們總是更傾向於在短期內高估技術產生的影響,而在長遠上低估它。圖/cbinsights 提供

我們可以在這個圖上看到,這條曲線在任何一個軸上都沒有刻度。對於曲線開始處的任何一點,我們不能準確地知道它距離拐點有多遠。但是這條曲線確實說明瞭一個很重要的趨勢——一項新技術的影響在其初始階段十分緩慢,然後隨著技術的發展和市場的大規模採用,該技術的影響顯著變大,最終趨於飽和。人們對於市場預期通常都會忽視這個趨勢。然後,當進入了所謂的著名的「市場炒作周期」,人們對於技術初期影響的預期遠遠超過了技術的真實影響力,因此,人們就會陷入一種失望的境地。隨著技術的影響繼續擴大並且達到一種較大的規模之後,該技術會達到生產率的巔峰。

我相信我們今天所看到的有關於術語「AI」的那些重大的發展和認知其實是「IA」曲線的上升階段,其中使用人工神經網路的深度學習(以及前面提到的一些驅動力如硬體、數據 、雲經濟學、連接性和其他演算法上的進步)正在推動我們走向該曲線上拐點。在許多情況下,相對於回歸(regression)和其他統計工具以及基於規則的系統和人工編碼實現的邏輯等現有「預測」方法而言,深度學習進行了進一步的提升。機器學習通過提高模型精度,增加處理數據能力以及提高對輸入的適應性而推動了發展的速度。

由於機器智能仍然存在上述限制,所以我認為全自動化技術的發展應該是一條全新的曲線。並且我相信我們還處於這條曲線的早期階段。

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全自動化技術的發展應該是一條全新的曲線。並且我相信我們還處於這條曲線的早期階段。圖/cbinsights 提供

之前已經有多個和 AI 以及奇點(singularity)相關的並且預測不準確的炒作周期了。許多 AI 先驅在 20 世紀 50 年代的早期認為,具備人類所有能力的機器將在十年或二十年之內就出現。這個目標沒有實現的原因不是因為沒有足夠強大的計算能力,而是在多個新的維度上的科學還沒有突破。然而這種根本性突破的時間很難預測以及調整。根據斯史蒂芬.霍金所言,截至到 2015 年,「人工智慧研究員還不能明確什麼時候可以建造出擁有或超過人類的 AI 機器。」

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我們可能正處於對於「AI」進行炒作的巔峰階段。然而,IA(如同上邊定義的那樣)提供了一個 5 至 10 年的巨大的投資機會。人類和機器正處於一個互補的階段,他們都有一些不同於對方的卓越的才能。這表明人類能夠專注於他們獨有的技能同時還可以享受鍛煉的樂趣,而機器專注於處理大多數那些不需要人類的判斷力,創造力和同情心等能力就能完成的常規任務。目前有很多文章已經寫了關於 IA 技術將會引起工作和勞動的性質的變化,並且這些變化並不容易。這篇文章就很好地進行了總結:「你使用機器的能力將決定你未來的薪資。」

即時創新和投資機會在何處?

我相信智能增強技術(運用深度學習以及其他機器學習技術實現人工增強自動化)在中期階段的影響比多數人認為的要大,而全自動化的影響則遠遠超出近期相關報導中指出的範圍。

本文無意揣測人工通用智能(AGI)是否還遠在十年或百年之後,亦非討論其將成為對社會的威脅與否。我的立足點在於,你是否對正在進行的投資或者即將創立的公司亦或項目有著五至十年的大規模願景。由機器學習推進的智能增強或人類增強技術具有立竿見影且顯著的價值,況且,在這條商業和社會成功之路上鮮有阻力,可謂是一片坦途。

一如傳統的 B2B 模式,我們尋找的方案是止痛藥而不是維他命,不僅能夠做到解決明顯的現有痛點,展示其強勁的投資回報率,與現有的工作流程高度合拍,還能與企業中買方、用戶和協調人三者利益一致。在這個領域,我保證有人參與的智能技術(智能增強)將有助於提高整體生產力、優化投資成本、提供個性化解決方案、或者助力為客戶提供新的產品。

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機器學習技術正被應用於各大垂直產業的許多方面。這是一個關乎整體投資立論的全景話題(至少是獨立於其中),但我們可以通過一個簡明的列表來窺見一斑,看業內如何通過機器學習這一優勢來增強人類自身的能力、提高生產力以及優化資源使用方式。

企業——完成單調重復任務的機器人助手將更具功能性,並將在十年之內更加深入企業各個方面。使用增強技術實現的可穿戴式設備將有助於順利完成危險或者成本高昂的工作。

生產製造——合作型的智能機器人可以安全地與人類共事,並且完成那些複雜高危或者重復性的勞動,從而提高生產效率。

交通和運輸——各大科技公司和傳統製造商們正在就自動駕駛汽車開發進行一場公開而激烈的角逐。而一般駕駛情況下的減少駕駛員工作量的相關技術在短期內其收效是更可預見的。比如:高速公路,降低因人工駕駛車輛造成的誤操作率和交通意外,改善交通車流量及提高燃料使用效率。假以時日,完全自主的生態保障系統將改變都市生活結構,並隨之帶來更多衍生發展機會。

醫療保健——機器學習技術基於更為廣泛的數據庫,從而有助於醫療人員提供高精度,實現個性化診療。

農業——各類農用機器人、作物優化技術、自動灌溉技術以及蟲害預警系統將有助於大幅提高農業生產力。

由一個傑出學術團隊主持進行的百年人工智慧研究最近公佈了一份平衡報告,該報告對橫跨多領域的機器學習技術作了很好的總結和展望。CB Insights 則整理了廣泛應用於各行業創新初創公司的深度學習的各項技術。

到了術語更迭的時候了

由於人工智慧的範疇已經遠遠超出了其在科技工業的既有領域而滲入到各大傳統行業當中,它開始觸及許多並不深諳人工智慧科技相關術語的普羅大眾。

我們最好謹慎地使用「人工智慧」這個術語。為避免混淆,減小不利趨勢和監管的風險,以及更好地認知即將到來的術語更為豐富的時代,我們應該使用例如「智能增強」(IA)這類的術語來指代近期使用機器學習技術所取得的先進成果。我認為智能增強可以更好地闡釋人類與機器的共生關系,而現有技術的影響力正取決於這種關系。之所以這樣提,是因為我們不乏先例。隨著機器變得越發無所不能,從前被認為需要智能的情形就會從人工智慧的定義中清除。比如,光學字元識別(OCR)曾被認為是一種人工智慧科技,但它如今已相當普遍,並不在人工智慧考慮範圍之內了。

還是把人工智慧這個詞用做描述全自動技術吧,那些我們已經論證過的,那些讓我們糾於現狀卻不甚明朗的技術。而與此同時,我們更應該抓住因為智能增強的高歌猛進而帶來的機會。

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機器之心_96
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機器之心是中國領先的前沿科技垂直媒體,關注人工智能、機器人、神經認知科學等前沿科技以及深度科技思考,旨在通過高質量內容讓用戶更好地了解即將到來的下一次技術變革,同時啟發大家對人與科技的哲學思考。

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人與 AI 的關係是什麼?走進「2024 未來媒體藝術節」,透過藝術創作尋找解答
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/10/24 ・3176字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與財團法人臺灣生活美學基金會合作。 

AI 有可能造成人們失業嗎?還是 AI 會成為個人專屬的超級助理?

隨著人工智慧技術的快速發展,AI 與人類之間的關係,成為社會大眾目前最熱烈討論的話題之一,究竟,AI 會成為人類的取代者或是協作者?決定關鍵就在於人們對 AI 的了解和運用能力,唯有人們清楚了解如何使用 AI,才能化 AI 為助力,提高自身的工作效率與生活品質。

有鑑於此,目前正於臺灣當代文化實驗場 C-LAB 展出的「2024 未來媒體藝術節」,特別將展覽主題定調為奇異點(Singularity),透過多重視角探討人工智慧與人類的共生關係。

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C-LAB 策展人吳達坤進一步說明,本次展覽規劃了 4 大章節,共集結來自 9 個國家 23 組藝術家團隊的 26 件作品,帶領觀眾從了解 AI 發展歷史開始,到欣賞各種結合科技的藝術創作,再到與藝術一同探索 AI 未來發展,希望觀眾能從中感受科技如何重塑藝術的創造範式,進而更清楚未來該如何與科技共生與共創。

從歷史看未來:AI 技術發展的 3 個高峰

其中,展覽第一章「流動的錨點」邀請了自牧文化 2 名研究者李佳霖和蔡侑霖,從軟體與演算法發展、硬體發展與世界史、文化與藝術三條軸線,平行梳理 AI 技術發展過程。

圖一、1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧」一詞

藉由李佳霖和蔡侑霖長達近半年的調查研究,觀眾對 AI 發展有了清楚的輪廓。自 1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧(Artificial Intelligence))」一詞,並明確定出 AI 的任務,例如:自然語言處理、神經網路、計算學理論、隨機性與創造性等,就開啟了全球 AI 研究浪潮,至今將近 70 年的過程間,共迎來三波發展高峰。

第一波技術爆發期確立了自然語言與機器語言的轉換機制,科學家將任務文字化、建立推理規則,再換成機器語言讓機器執行,然而受到演算法及硬體資源限制,使得 AI 只能解決小問題,也因此進入了第一次發展寒冬。

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圖二、1957-1970 年迎來 AI 第一次爆發

之後隨著專家系統的興起,讓 AI 突破技術瓶頸,進入第二次發展高峰期。專家系統是由邏輯推理系統、資料庫、操作介面三者共載而成,由於部份應用領域的邏輯推理方式是相似的,因此只要搭載不同資料庫,就能解決各種問題,克服過去規則設定無窮盡的挑戰。此外,機器學習、類神經網路等技術也在同一時期誕生,雖然是 AI 技術上的一大創新突破,但最終同樣受到硬體限制、技術成熟度等因素影響,導致 AI 再次進入發展寒冬。

走出第二次寒冬的關鍵在於,IBM 超級電腦深藍(Deep Blue)戰勝了西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov,加上美國學者 Geoffrey Hinton 推出了新的類神經網路算法,並使用 GPU 進行模型訓練,不只奠定了 NVIDIA 在 AI 中的地位, 自此之後的 AI 研究也大多聚焦在類神經網路上,不斷的追求創新和突破。

圖三、1980 年專家系統的興起,進入第二次高峰

從現在看未來:AI 不僅是工具,也是創作者

隨著時間軸繼續向前推進,如今的 AI 技術不僅深植於類神經網路應用中,更在藝術、創意和日常生活中發揮重要作用,而「2024 未來媒體藝術節」第二章「創造力的轉變」及第三章「創作者的洞見」,便邀請各國藝術家展出運用 AI 與科技的作品。

圖四、2010 年發展至今,高性能電腦與大數據助力讓 AI 技術應用更強

例如,超現代映畫展出的作品《無限共作 3.0》,乃是由來自創意科技、建築師、動畫與互動媒體等不同領域的藝術家,運用 AI 和新科技共同創作的作品。「人們來到此展區,就像走進一間新科技的實驗室,」吳達坤形容,觀眾在此不僅是被動的觀察者,更是主動的參與者,可以親身感受創作方式的轉移,以及 AI 如何幫助藝術家創作。

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圖五、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」展出現場,圖為超現代映畫的作品《無限共作3.0》。圖/C-LAB 提供

而第四章「未完的篇章」則邀請觀眾一起思考未來與 AI 共生的方式。臺灣新媒體創作團隊貳進 2ENTER 展出的作品《虛擬尋根-臺灣》,將 AI 人物化,採用與 AI 對話記錄的方法,探討網路發展的歷史和哲學,並專注於臺灣和全球兩個場景。又如國際非營利創作組織戰略技術展出的作品《無時無刻,無所不在》,則是一套協助青少年數位排毒、數位識毒的方法論,使其更清楚在面對網路資訊時,該如何識別何者為真何者為假,更自信地穿梭在數位世界裡。

透過歷史解析引起共鳴

在「2024 未來媒體藝術節」規劃的 4 大章節裡,第一章回顧 AI 發展史的內容設計,可說是臺灣近年來科技或 AI 相關展覽的一大創舉。

過去,這些展覽多半以藝術家的創作為展出重點,很少看到結合 AI 發展歷程、大眾文明演變及流行文化三大領域的展出內容,但李佳霖和蔡侑霖從大量資料中篩選出重點內容並儘可能完整呈現,讓「2024 未來媒體藝術節」觀眾可以清楚 AI 技術於不同階段的演進變化,及各發展階段背後的全球政治經濟與文化狀態,才能在接下來欣賞展區其他藝術創作時有更多共鳴。

圖六、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」分成四個章節探究 AI 人工智慧時代的演變與社會議題,圖為第一章「流動的錨點」由自牧文化整理 AI 發展歷程的年表。圖/C-LAB 提供

「畢竟展區空間有限,而科技發展史的資訊量又很龐大,在評估哪些事件適合放入展區時,我們常常在心中上演拉鋸戰,」李佳霖笑著分享進行史料研究時的心路歷程。除了從技術的重要性及代表性去評估應該呈現哪些事件,還要兼顧詞條不能太長、資料量不能太多、確保內容正確性及讓觀眾有感等原則,「不過,歷史事件與展覽主題的關聯性,還是最主要的決定因素,」蔡侑霖補充指出。

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舉例來說,Google 旗下人工智慧實驗室(DeepMind)開發出的 AI 軟體「AlphaFold」,可以準確預測蛋白質的 3D 立體結構,解決科學家長達 50 年都無法突破的難題,雖然是製藥或疾病學領域相當大的技術突破,但因為與本次展覽主題的關聯性較低,故最終沒有列入此次展出內容中。

除了內容篩選外,在呈現方式上,2位研究者也儘量使用淺顯易懂的方式來呈現某些較為深奧難懂的技術內容,蔡侑霖舉例說明,像某些比較艱深的 AI 概念,便改以視覺化的方式來呈現,為此上網搜尋很多與 AI 相關的影片或圖解內容,從中找尋靈感,最後製作成簡單易懂的動畫,希望幫助觀眾輕鬆快速的理解新科技。

吳達坤最後指出,「2024 未來媒體藝術節」除了展出藝術創作,也跟上國際展會發展趨勢,於展覽期間規劃共 10 幾場不同形式的活動,包括藝術家座談、講座、工作坊及專家導覽,例如:由策展人與專家進行現場導覽、邀請臺灣 AI 實驗室創辦人杜奕瑾以「人工智慧與未來藝術」為題舉辦講座,希望透過帶狀活動創造更多話題,也讓展覽效益不斷發酵,讓更多觀眾都能前來體驗由 AI 驅動的未來創新世界,展望 AI 在藝術與生活中的無限潛力。

展覽資訊:「未來媒體藝術節——奇異點」2024 Future Media FEST-Singularity 
展期 ▎2024.10.04 ( Fri. ) – 12.15 ( Sun. ) 週二至週日12:00-19:00,週一休館
地點 ▎臺灣當代文化實驗場圖書館展演空間、北草坪、聯合餐廳展演空間、通信分隊展演空間
指導單位 ▎文化部
主辦單位 ▎臺灣當代文化實驗場

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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AI 能像人類一樣思考?諾貝爾物理學獎研究助力人工智慧模擬人類大腦
PanSci_96
・2024/11/14 ・2117字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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即使再怎麼模仿,AI 終究無法以與生物相同的方式思考吧?畢竟電腦的電子元件和我們大腦中的神經細胞結構截然不同。再怎麼模仿,AI 終究無法以與生物相同的方式思考吧?

錯,可以。

2024 年諾貝爾物理學獎跌破所有專家的眼鏡,頒給了兩位研究機器學習的科學家——約翰·霍普菲爾德(John Hopfield)和傑佛瑞·辛頓(Geoffrey Hinton)。他們以「人工」的方法打造了類神經網路,最終模擬出生物的「智慧」,奠定了當代深度學習的基礎。

為什麼解決人工智慧發展瓶頸的,竟然會是物理學?物理要怎麼讓 AI 更像人類?

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從巴甫洛夫的狗到赫布理論:理解學習的基礎

為了解答這個疑問,我們需要一些背景知識。

20 世紀初,俄羅斯心理學家巴甫洛夫發現,狗在食物還沒入口前,就會開始分泌唾液。他進行了一系列實驗,改變食物出現前的環境,比如讓狗習慣在聽到鈴聲後馬上得到食物。久而久之,狗只要聽到鈴聲,就會開始分泌唾液。

大約 50 年後,神經科學家赫布(Donald Hebb)提出了一個假說:大腦中相近的神經元,因為經常同時放電,會產生更強的連結。這種解釋稱為「赫布理論」,不僅奠定了神經心理學的發展,更成為現代深度學習的基礎。

然而,赫布理論雖然描述了鄰近神經元的關係,卻無法解釋大腦如何建構出如此複雜的聯想網路。

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霍普菲爾德網路:物理學家對神經網路的貢獻

然而,赫布理論雖能描述神經元之間的關係,卻缺乏數學模型。物理學家約翰·霍普菲爾德從數學家約翰·康威(John Conway)的「生命遊戲」(Game of Life)中獲得靈感,試圖建立一個可以在電腦上運行的記憶系統。

霍普菲爾德受「生命遊戲」啟發,嘗試建立電腦記憶系統。圖/envato

「生命遊戲」由數學家康威(John Conway)發明,玩家開始時有一個棋盤,每個格子代表一個細胞,細胞可以是「活」或「死」的狀態。根據特定規則,細胞會根據鄰居的狀態決定下一次的生存狀態。康威的目的是展示複雜的系統不一定需要複雜的規則。

霍普菲爾德發現,這個遊戲與赫布理論有強大的關聯性。大腦中的大量神經元,在出生時處於初始狀態,經過刺激後,神經元間的連結會產生或斷裂,形成強大的記憶系統。他希望利用這些理論,創造一個能在電腦上運行的記憶系統。

然而,他面臨一個難題:赫布理論沒有明確的數學模型來決定神經元連結的規則。而在電腦上運行,必須要有明確的數學規則。

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物理學的啟發:易辛模型

霍普菲爾德從物理學的研究中找到了類似的模型:易辛模型(Ising Model)。這個模型用於解釋鐵磁性物質的磁性特性。

在鐵磁性物質中,電子具有「自旋」,自旋產生磁矩。電子的自旋方向只有「向上」或「向下」,這就像生命遊戲中細胞的「生」或「死」。鄰近的電子會影響彼此的自旋方向,類似於細胞之間的互動。

易辛模型能用數學描述電子間的相互影響,並通過計算系統能量,得出自旋狀態的分佈。霍普菲爾德借用了這個概念,將神經元的互動視為電子自旋的互動。

他結合了康威生命遊戲的時間演化概念、易辛模型的能量計算,以及赫布理論的動態連結,創造了「霍普菲爾德網路」。這讓電腦能夠模擬生物大腦的學習過程。

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突破瓶頸:辛頓與波茲曼機

約翰·霍普菲爾德於1982年發明聯想神經網路,即「霍普菲爾網路」。圖/wikimedia

然而,霍普菲爾德網路並非完美。它容易陷入「局部最小值」的問題,無法找到系統的全局最優解。為了解決這個問題,加拿大計算機科學家傑佛瑞·辛頓(Geoffrey Hinton)提出了「波茲曼機」(Boltzmann Machine)。

辛頓將「模擬退火」的概念引入神經網路,允許系統以一定的機率跳出局部最小值,尋找全局最優解。他還引入了「隱藏層」的概念,將神經元分為「可見層」和「隱藏層」,提高了網路的學習能力。

受限波茲曼機(Restricted Boltzmann Machine)進一步簡化了模型,成為深度學習的基礎結構之一。這些創新使得 AI 能夠更有效地模擬人類的思維和學習過程。

AI 的未來:跨學科的融合

霍普菲爾德和辛頓的工作,將物理學的概念成功應用於人工智慧。他們的研究不僅解決了 AI 發展的瓶頸,還奠定了深度學習的基礎,對現代 AI 技術產生了深遠的影響。因此,2024 年諾貝爾物理學獎頒給他們,並非意外,而是對他們在跨學科領域的重大貢獻的肯定。

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AI 的發展,離不開物理學、生物學、數學等多學科的融合。霍普菲爾德和辛頓的工作,正是這種融合的典範。未來,隨著科學技術的進步,我們有理由相信,AI 將越來越接近人類的思維方式,甚至可能超越我們的想像。

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PanSci_96
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