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急急如「氯」令!先斬後奏的水庫消毒之戰──《我們如何走到今天》

PanSci_96
・2017/04/05 ・4142字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 538 ・八年級

只許成功不許失敗的氯革命

顯微鏡和測量方法兩者迅即在打擊細菌上開闢一個新戰線:藉由替廢棄物安排好輸送路線,使其遠離飲用水,人類可用新化學物質來直接打擊細菌,而非間接予以打擊。在這個第二戰線上,美國紐澤西州醫生約翰.李爾(John Leal)是關鍵戰士之一。一如他之前的約翰.斯諾,李爾是個既替人治病的醫生,也對更廣泛的公共衛生問題非常關注,特別是與受污染的供水有關的問題。

他的關注源於切身之痛:內戰期間他父親喝了充斥細菌的水,而在痛苦煎熬中慢慢死去。他父親的戰時遭遇,為受污染的水和其他健康風險在那個期間所造成的威脅,提供了有力的統計數據說明。第一四四團有十九人戰死,但有一百七十八人於戰時病死。

在美國南北戰爭時死於衛生環境的士兵比戰死的還多,約翰.李爾的父親就是受害者之一。圖/By Thure de Thulstrup, Public Domain, wikimedia commons

李爾嘗試用多種方法來殺菌,但早在 1898 年,就有種毒物特別引他關注:次氯酸鈣。那是種具有潛在致命性的化學物質,較為人知的名稱是氯,但當時也被稱作「漂白粉」(chloride of lime)。這個化學物質當時已作為公共衛生藥品廣為流通:爆發傷寒或霍亂疫情的房子和鄰里常用此化學物質殺菌。

但此舉完全未能壓制住靠水傳播的病,因為把氯投入水中的觀念,此時尚未獲普遍認可。歐美各地的城市居民,一想到漂白粉的刺鼻味,就必然聯想起傳染病。那肯定不是人希望在自己的飲用水裡聞到的氣味。大部分醫生和公衛當局不接受這一作法。

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有個著名化學家說:「化學殺菌這想法本身就讓人很反感。」

但有了工具讓李爾既可看到傷寒、痢疾之類疾病的病原體,又可測量病原體在水中的多寡,他始相信氯在用量得當的情況下,能比其他任何方法更有效地除去水中的危險細菌,且不會對飲水的人帶來任何威脅。

李爾後來在澤西市供水公司找到工作,負責監管帕塞伊克河(Passaic River)流域的七十億加侖飲用水。這一新工作,為公共衛生史上最古怪、最大膽的干預行動創造了有利條件。1908 年,該公司因為他們不久前完工的水庫、供水管承包工程(相當於今日價值數億美元的工程),陷入漫長的法律訴訟。此案法官批評該公司未能供應「純淨無害」的水,命令他們另外建造昂貴的污水管,以將病原體阻絕在該市飲用水之外。但李爾知道污水管效用有限,特別是在大暴雨時,於是他決定把他最近進行的氯實驗付諸最後測試。

在幾乎完全保密且未得到政府當局許可(和未知會一般大眾)的情況下,李爾決定把氯加入澤西市水庫。在工程師喬治.華倫.富勒(George Warren Fuller)協助下,李爾在澤西市外的布恩頓水庫(Boonton Reservoir)蓋了一個「漂白粉添加設施」。這作法風險極大,因為當時一般大眾反對以化學物質過濾,但法庭的裁定沒給他充裕的時間,而且他知道實驗室測試對外行人來說毫無意義。

「李爾沒時間做試點研究。他的確沒時間建造一個示範規格的設施來測試這項新技術,」麥可.麥圭爾(Michael J. McQuire)在《氯革命》(The Chlorine Revolution)中寫道:「李爾知道,如果漂白粉添加系統無法控制加入的化學物質的數量,輸送到澤西市的水裡殘留有大量高濃度的氯,這道工法就算失敗。」

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李爾後來在澤西市供水公司找到工作,負責監管帕塞伊克河流域的七十億加侖飲用水。這一新工作,為公共衛生史上最古怪、最大膽的干預行動創造了有利條件-把氯加入澤西市水庫。圖/By Lithium6ion, Public Domain, wikimedia commons

氯化消毒的世界,成為孩子們的快樂天堂

那是史上第一次將城市供水大規模氯化。消息一傳出去,外界初步的反應似乎把李爾看成瘋子或某種恐怖分子,畢竟喝下數杯的次氯酸鈣會要人命。但李爾做過夠多的實驗,知道少量的這種化合物對人體無害,卻能殺死許多種細菌。這項實驗的三個月後,李爾被叫上法庭為他的作為辯護。整個訊問過程中,他極力捍衛他的公共衛生創舉:

問:醫生,你能舉出世上還有哪些地方,試過以同樣方式把漂白粉放進有二十萬城市居民的飲用水裡?
答:二十萬居民?世上沒有這樣的地方,它從未被人這樣試過。
問:從未?
答:它未曾在這樣的條件下或在這樣的情況下試過,但未來它會被使用許多次。
問:澤西市是第一個?
答:受惠於它的第一個。
問:澤西市是第一個被用來證明你的實驗有益或有害的地方?
答:不能這麼說,先生,是第一個受惠於它。實驗已經結束。
問:你有告知市民你要做這個實驗?
答:沒有。
問:你有喝這個水?
答:有,先生。
問:你會毫不猶豫把它拿給你的妻子和家人喝?
答:我認為它是世上最安全的水。

最後,這樁官司李爾幾乎全勝收場。此案的法官特助寫道:「關於那個問題,我裁定並報告,這個裝置能使輸送到澤西市的水純淨無害……能有效除去水中的……危險細菌。」支持李爾之大膽舉動的數據,幾年後即變得不容置疑:澤西市等享用加氯飲用水的城鎮,傷寒之類靠水傳播的疾病劇減。

李爾在澤西市法庭上接受反詰問時,控方檢察官一度指控他從其加氯創舉中牟取龐大金錢報酬。檢察官不屑說道:「如果這個實驗結果良好,那你可就發大財了。」李爾從證人席打斷他的發言,聳聳肩說:「我不知道哪裡可發財;對我來講沒有改變。」與其他人不同的,李爾未想過替他在布恩頓水庫率先使用的氯化技術申請專利。凡是想提供「純淨無害」水給自家客戶的水公司,都可無償採用他的構想。沒有專利限制,不用繳使用許可費,於是,全美,最後全世界,市政當局迅即把氯化列為標準作業程序。

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約十年前,大衛.卡特勒(David Cutler)和格蘭特.米勒(Grant Miller)這兩位哈佛大學教授,著手查明 1900 至 1930 年氯化(和其他濾水技術)在全美各地施行期間所帶來的衝擊。由於全美不同地方的疾病率,特別是嬰兒死亡率的現存資料非常廣泛,也由於當年氯化系統是以交錯方式啟用,卡特勒和米勒得以非常精確地掌握氯對公共衛生的影響。他們發現乾淨的飲用水使美國一般城市的總死亡率下降了四成三。更令人驚嘆的,氯與過濾系統使嬰兒死亡率降低了七成四,孩童死亡率也有幾乎一樣程度的降低。

在此應該停下來思考一下那些數據的意義,把它們抽離冷冰冰的公共衛生統計領域,放進實際生活經驗的領域。一直到二十世紀,身為父母者都還得面臨一個無可逃避的事實,即生下的子女裡至少有一個早夭的機率非常高。失去小孩很可能是今日我們最無法承受的悲痛,但在過去,那是稀鬆平常的人生遭遇。

一直到二十世紀,生下的子女裡至少有一個早夭的機率非常高。如今那一稀鬆平常的遭遇已變成難得一見,保住性命―保護自己小孩免受傷害―比以往容易許多。圖/By mulan @ flickr, CC BY-SA 2.0

如今,至少在已開發世界,那一稀鬆平常的遭遇已變成難得一見。保住性命──保護自己小孩免受傷害──比以往容易許多,功臣之一是大規模工程的施行,另一個功臣則是次氯酸鈣化合物和微小細菌兩者看不見的互撞。推動那場革命的人未致富,其中只有少數人出名。但他們在我們生活裡留下的印記,從許多方面來看,比愛迪生或洛克斐勒或福特的影響還要深遠。

自由的比基尼美女?都是「小氯氯」的功勞!

氯化不只是為了挽救性命,還為了玩樂。一次大戰後,萬座加氯的公共浴室和泳池在美國各地開張;游泳成為必學的技能。在兩次世界大戰之間,新的戲水公共場所帶頭挑戰規範婦女端莊行為的舊規則。市立泳池興起之前,戲水女人通常全身裹得像要去坐雪橇一般。到了 1920 年代中期,女人開始露出小腿;低胸單件式泳衣於數年後出現。不久後,1930 年代,出現露背泳衣,接著出現兩件式泳衣。

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「整個來講,1920 至 1940 年,女人的大腿、臀形、肩膀、肚子、背部、乳形都開始公開暴露。」史學家傑夫.維爾策(Jeff Wiltse)在其研究游泳的社會史著作《爭奪的水域》(Contested Waters)中如此寫道。

我們能從單單物質的角度衡量這一轉變:十九、二十世紀之交,一般女人的泳衣需要十碼的布;到了 1930 年代底,一碼布就夠了。我們往往把 1960 年代視為變動的文化態度促使日常時尚有了最劇烈改變的時期,但比起兩次世界大戰之間女人身體愈露愈多一事,還是相形見絀。的確,若沒有游泳池興起,女人的時尚可能還是會找到另一個裸露的門徑,但即使真是如此,似乎也不可能發生得那麼快。

但氯化不只是為了挽救性命,還為了玩樂。一次大戰後,萬座加氯的公共浴室和泳池在美國各地開張;游泳成為必學的技能。在兩次世界大戰之間,新的戲水公共場所帶頭挑戰規範婦女端莊行為的舊規則。圖/IMDb

約翰.李爾把氯倒進澤西市水庫時,當然未特別想到讓戲水女人裸露大腿,但一如蜂鳥的翅膀,某領域的改變,在另一個層次的存在引發看似不相干的改變:一兆隻細菌死在次氯酸鈣之手,二十年後,對女人露出身體一事的基本看法徹底改觀。

一如許許多多文化改變,並非氯化一事獨力改變了女人的時尚。許多社會性、技術性因素合力使泳衣布料變少:各種早期的女權主義、好萊塢鏡頭戀物式的凝視,更別提那些穿著較暴露泳衣的明星。但若非大眾共同將游泳視為休閒活動,那些時尚會少掉一個重要的展示場所。此外,氯化之外的那些說法(同樣言之有理持之有故),通常奪走所有目光。

上街頭隨便找個人問什麼因素在推動女人的時尚,他們必然會指出好萊塢或印刷精美的通俗雜誌,但往往不會提到次氯酸鈣。


 

 

本文摘自《我們如何走到今天?印刷術促成細胞的發現到製冷技術形塑城市樣貌,一段你不知道卻影響人類兩千年的文明發展史》,麥田出版。

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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。

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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從羅馬帝國的浴池,到中古歐洲的隨地大小便:「水」如何影響都市衛生和疾病?——《世界史是由化學寫成的》
圓神出版‧書是活的_96
・2023/05/16 ・2009字 ・閱讀時間約 4 分鐘

羅馬浴場:帝國先進的水利設施

水與都市衛生也有很大的關係。人類總是居住在河川、湖泊、湧泉等可以立刻取得乾淨水源的地方。但隨著文明的發展,人口集中的都市日漸發達,水源也因此逐漸短缺,於是發展出可大量供應乾淨水資源的設備——上水道

所謂的上水道,指的是透過建造溝渠等方式,將水從郊外的湖泊或河川上游引進城市。

最早大規模建設上水道的是古羅馬人。他們不但整頓了上下水道、做出用水沖刷排泄物的馬桶,更驚人的是,他們甚至建造了公共廁所——考古學家曾在一處遺址裡挖掘出一千六百座馬桶。

在奧斯提亞安提卡挖掘到的羅馬公共廁所。圖/wikipedia

從西元前三一二年至西元三世紀左右,古羅馬建設了許多上水道,從數十公里遠處將乾淨的水引進都市。當時以建造地下管線為主,不過也會用石材和磚塊建造拱型的水道橋;而且為了保持水質,還沿著主要管線設置蓄水池和過濾池。這些運送到市區的水,會分配至公共浴池、宅邸、公共設施,以及讓民眾汲水的噴泉。

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圖/《世界史是化學寫成的

古羅馬的公共浴池規模龐大,內部裝潢也十分豪華。一般來說,每座城市至少都有一座公共浴池,做為重要的社交場所。裡面設有專用的房間,由專人在身上抹油,並用木製或骨製刮板將身上的汙垢連同油脂一起刮除,以及不同水溫的浴池、蒸氣烤箱、健身房、圖書室等,民眾還可以在公共浴池內的講堂談論哲學和藝術。

高跟鞋、斗篷和香水 衛生觀念的倒退

然而,隨著羅馬帝國覆滅,大部分的上水道也遭到破壞。一直到中世紀晚期,不但上下水道長期不見天日,連公共廁所也消失了。當時的基督教教義認為,所有肉體欲望都要盡可能節制,裸體入浴是深重的罪孽。公共浴池就別提了,連自家也未設置洗浴設備,可說完全不具備衛生觀念。

這麼一來,城鎮會變成什麼樣子呢?

民眾在道路和廣場上隨意大小便。只能隨便處理的結果,使得排泄物滲入地下,導致病原菌汙染水源。

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貴婦們身穿下襬寬大的長裙,就是為了方便隨地排泄;十七世紀初問世的高跟鞋,則是為了避免街上的糞尿泥濘弄髒腳而設計出來的——所以當時的高跟鞋不只是鞋跟,連鞋尖也會墊高。據說,當時甚至有鞋底高達六十公分的超級高跟鞋⋯⋯

另外,民眾會從二樓或三樓的窗口,將尿壺裡的排泄物直接往路上傾倒,所以外出時需要穿上斗篷,以遮擋這些「天上掉下來的禮物」。由於危險有可能隨時從天而降,當時的紳士才會養成護衛淑女走在道路正中央的習慣。

英國版畫家霍加思(William Hogarth)筆下的倫敦街頭:當街傾倒糞便的場景。圖/wikipedia

當時的人不太洗衣服,也完全不泡澡或沖澡。為了掩蓋體臭,有錢人會噴上大量的香水,香水工業發達的背後,其實是這個緣故。

乖乖照規定,才叫有禮貌

當時的人一旦感覺到便意,根本不在乎時間、地點,直接公然在外排泄。就連十七世紀的法國代表性建築凡爾賽宮,在早期的建設工程中,根本不包含廁所用和浴室用的水道設備。

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宮殿裡,像是太陽王路易十四和著名的瑪麗.安東尼王后,他們所使用的都是坐式馬桶——臀部挖空的椅型便器,而排泄物就積放在下方用來承接的盆子內。當然,國王的馬桶不但鋪上了天鵝絨,還以金銀刺繡做為裝飾,是非常豪華的設計。

這個時代的凡爾賽宮,包含王公貴族、僕人在內,推測約有四千人住在裡頭,但宮中的坐式馬桶僅有不到兩百八十具,數量嚴重不足。因此,在宮中舉辦豪華絢麗的舞會時,愛乾淨的人還會帶著攜帶式便座,再由僕人負責將桶內的排泄物倒進庭園裡;當然,宮中的排泄物也一樣倒在這裡。至於未自備便器的人,則會直接在走廊、房間角落、庭園草叢裡大小便。結果,以美麗聞名的庭園處處充滿糞便,散發出嚴重的惡臭。

宮殿的庭園造景師見狀,非常憤怒,便在庭園裡插了一座「禁止進入」的牌子。一開始大家還不放在眼裡,直到路易十四下令要遵守立牌的指示,賓客才開始守法。

事實上,法語「禮儀」(uiquette)的原義就是「立牌」——最基本的禮貌,其實就是遵守既有的規定。而從這段軼事中,我們也可以預見,惡劣的衛生條件,必然為生命帶來重大威脅。

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——本文摘自《世界史是化學寫成的:從玻璃到手機,從肥料到炸藥,保證有趣的化學入門》,2022 年 2 月,究竟出版,未經同意請勿轉載。

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終結鼠疫!「臺灣醫學衛生之父」——高木友枝
PanSci_96
・2023/03/26 ・3213字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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1901 年,一場可怕的災難無聲無息地降臨到臺灣,無數看不見的細菌跟在老鼠身上,穿越過大街小巷,讓鼠疫在臺灣各地四散傳播,最終有 4 千多人染疫,3 千 6 百多人因此身亡,就連當時負責收治、隔離傳染病的「台北避病院」院長本田祐太郎也不幸殉職。

過街老鼠還能人人喊打,但看不見的鼠疫卻依然難以預防,於是,時任臺灣總督府民政長官的後藤新平特別請來了「鼠疫專家」高木友枝來臺灣。他一舉讓臺灣醫療升級成 2.0 版本,成功撲滅了令人頭痛的鼠疫,到了 1910 年,該年度臺灣因鼠疫死亡的人數一口氣降至僅僅 18 人。

究竟是多麼強大的存在,有如外掛般推動臺灣的公共衛生發展呢?高木友枝在臺灣醫療史上有重要的一席之地,被杜聰明譽為「臺灣醫學衛生之父」。

臺灣總督府衛生課長高木友枝。圖/國立臺灣圖書館

空前成功的霍亂防治經驗

雖說高木友枝是後藤新平在帝國大學唸書時認識的好友,但真正讓後藤新平延請高木來到臺灣的理由,還是著眼於他於傳染病防治本身的強大實力與經驗。

1894 年,中日之間爆發甲午戰爭,隨著戰爭而來的,除了硝煙戰火,更有無數傳染病趁虛而入,當時,高木友枝就曾深入香港進行鼠疫調查。

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隔年,日本的軍事用船上爆發霍亂,高木友枝被派往似島臨時陸軍檢疫所擔任事務官,最後製造出了霍亂血清、成功治療了霍亂患者,締造了史上首次用血清治療霍亂的成功案例。

這漂亮的第一仗,建立了高木友枝在公衛領域的名聲,接下來他擔任了各種公衛相關職位,更在 1897 年成為日本代表,前往莫斯科參加萬國醫事會議,以及柏林萬國癩(痲瘋)病會議。

而面對臺灣的鼠疫,高木友枝認真制定了兩大方針:撲滅鼠類、接種疫苗。

雙管齊下撲滅鼠疫

消滅老鼠說起來容易,做起來卻不簡單,高木友枝首先針對船舶、火車等處頒布了相關檢疫辦法,對外部來源進行控管。對內部原有的潛在病原呢,高木友枝則採用了軟硬兼施的方式,除了用獎勵的方式鼓勵大家捕鼠,也會請衛生警察加強規範清潔不合格、或沒有配合捕鼠的家戶,最後則透過重新規劃城市分區,來提升臺灣的衛生條件。

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1919 年臺北廳實施家戶大清潔。圖/中央研究院台灣史研究所檔案館

另一方面,高木友枝也全力支持鼠疫疫苗接種計畫,一步步降低感染率與死亡率,最終讓鼠疫逐漸絕跡。後來,高木友枝將這段時間內的研究與行政措施出版成德文著作《臺灣的衛生事情》,為這段歲月留下了光輝的紀錄。

鼠疫病死者與患者統計對照表。圖/國立台灣師範大學台灣史研究所范燕秋

然而,撲滅鼠疫並非高木友枝對臺灣醫療衛生唯一的貢獻,他還有許多影響更加深遠。

為醫之前必先學為人 高木友枝的醫療教育理念

1902 年,高木友枝開始擔任臺灣總督府醫學校的校長。

就任醫學校校長期間,他創立了「臺灣醫學會」,嘗試聯合當時的臺灣醫界力量,為公衛盡一份心力。同時,他還創辦《臺灣醫學會雜誌》,讓大家可以透過刊物去探討西方醫學研究的成果,同時對總督府的衛生政策提出建議。

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高木友枝在臺擔任教職時,從不會有種族偏見,也不禁止學生在學校使用母語,用一顆尊重臺灣文化的心,栽培新一代的醫生。同時,他也非常重視學生的品格教育,對每一屆畢業生都會給出同樣的勉勵:

為醫之前,必先學為人。

1912 年前後,臺灣總督府曾意圖逮捕當時從事抗日活動與學生運動的蔣渭水、杜聰明等人。當時他們尚在醫學院就讀,高木友枝身為校長,以「教育獨立」、「校園自治」的理念一肩扛下總督府的壓力,甚至對學生表達自己不反對相關運動的立場。

種種事蹟,都在這些學生心中留下了無法取代的重要形象。

為科學研究奠定基礎建設

除此之外,高木友枝對於當時的臺灣科學研究也奠定了重要的基礎。

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當時基礎建設並不發達,臺灣各處仍處於瓦斯與自來水缺乏的時代,要進行實驗可說是非常不便:加熱試管得用酒精燈、想要有壓力的水也得自己生,總之就是十分麻煩。於是乎,高木產生了設立基礎研究機關的念頭,並且拿著草案去找了後藤新平。

計畫很快就取得了共識。1907 年,日本特別撥下了一筆經費,準備成立「臺灣總督府中央研究所」,其下分別有化學部及衛生部,而首任所長正是高木友枝。

日治時期的臺灣總督府中央研究所(簡稱中央研究所)。圖/wiki

1939 年,中央研究所在幾經改制後撤廢,另成立農業試驗所林業試驗所工業研究所熱帶醫學研究所。雖然「中央研究所」不復存在,但其打下的基礎仍成為了臺灣早期學術研究發展最重要的支柱。而部分單位如林業試驗所、農業試驗所亦延續至今,繼續為臺灣做出貢獻。

1919 年高木接到一項令人意想不到的任務。時任臺灣總督的明石元二郎創立了「臺灣電力株式會社」,並制定了當時臺灣最大規模的電力建設案──日月潭水力發電計畫。

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這案子有多大,其中出現弊案的可能性就有多大。為了避免這些事情影響工程進度,明石元二郎特別找來了高木擔任社長(沒錯他又一次地空降了),而且,這個位子一做就是十年。

想見識高木友枝的廬山真面目?彰化高中就看得到!

高木友枝在臺灣的期間,充分發揮了一位知識份子的影響力,不僅推動了公共衛生發展、培育了無數重視德行的學生、促成了研究院的誕生、監督了水力發電的開發,更是用一顆溫暖而充滿人道精神的心,溫暖了無數學子。

在他過世後,杜聰明等人特別撰文表達自己對他的懷念,黃土水更特別為他雕塑了半身像,如果你想瞧瞧高木友枝這位一代宗師的真面目,可以去彰化高中的博物館看看這件國寶級作品喔!

  1. 張名榕。高木友枝典藏故事館落腳彰化高中,教者之愛打動人心。台電月刊,677 期。https://tpcjournal.taipower.com.tw/article/3203 
  2. 林炳炎。重塑台灣醫校長高木友枝博士的雕像。https://www.lib.ntu.edu.tw/CG/resources/U_His/academia/no2-ch3.htm
  3. 鈴木哲造(2007)。日治初年台灣衛生政策之展開——以「公醫報告」之分析為中心。臺大歷史學報,37,143-180。https://www.his.ntnu.edu.tw/publish01/downloadfile.php?locale=en&periodicalsPage=3&issue_id=33&paper_id=193
  4. 鼠疫:疾病介紹。衛生福利部疾病管制署。https://www.cdc.gov.tw/Category/Page/iCortfmEfVKqcZMeDdEuDA
  5. 陳恒安(2017)。漱口水、高木友枝與《台灣的衛生狀況》。科技大觀園。https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000003/detail?ID=d9810238-4efa-47b0-a619-94d98a603f77
  6. 莊永明(1998)。台灣醫療史: 以臺大醫院為主軸。遠流出版,頁 711。
  7. 林炳炎(2013)。高木友枝醫學博士的學術生涯。https://pylin.kaishao.idv.tw/wp-content/uploads/2013/11/20131114drtakaki.pdf
  8. 劉仁翔(2020),明治初期岩田技師的臺灣中部地區鼠疫調查報告。國史館臺灣文獻館電子報,197 期。https://www.th.gov.tw/epaper/site/page/197/2729
  9. 避病院。維基百科,自由的百科全書。https://zh.wikipedia.org/wiki/避病院
  10. 范燕秋。醫療衛生歷史篇:日治時期。國家圖書館,臺灣記憶展覽。https://tme.ncl.edu.tw/tw/醫療衛生歷史篇#h1-
  11. 劉士永。日治時期臺灣的防疫與衛生行政。https://www.ntl.edu.tw/public/Attachment/1119143647100.pdf
  12. 魚夫。中央研究所──日治時期臺灣學的重鎮。天下,獨立評論。https://opinion.cw.com.tw/blog/profile/194/article/4481?fbclid=IwAR2kIbtcHiFZizClhLs0RxSs7GjDNwA9POujMN-YLkmI7Gq5i3RRMYfwxj4
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