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解析《攻殼機動隊》的未來科技:光學迷彩、腦機介面都不是幻想?

活躍星系核_96
・2017/04/21 ・3504字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 547 ・八年級
  • 文/許經夌|中原大學物理系副教授
    中原大學物理系副教授,更為人所知的身分是動漫畫評論團體「傻呼嚕同盟」的 ZERO 老師。自幼被《科學小飛俠》中的大反派物理博士辛格萊爵士所製造的機械鐵獸吸引,因而「誤入歧途」投身物理學界。擅長從熱門動漫中找出有趣的物理問題,曾因「超級英雄的物理學」線上開放課程獲得教學特優教師獎。

你能預測未來的科技嗎?

對於沒有哆啦 A 夢時光機的我們來說,預測未來可是件非常困難的事,但是漫畫家士郎正宗在《攻殼機動隊》這部傑作中做到了!

這部漫畫最早是從 1989 年開始連載的,至今已經超過了 28 個年頭,但是現今看起來不但不過時,其中種種關於未來科技的想像,更可說是在逐漸實現中。

讓士兵像變色龍一樣的「光學迷彩」

翻開漫畫,一開始最讓人印象深刻的,可能就是主角草薙素子在執行暗殺任務時所使用的「光學迷彩」(Optical Camouflage)。迷彩的概念大家應該都不陌生,在軍事上已被廣泛採用,士兵的迷彩服不僅平時看起來帥氣,在戰場上更可融入背景,不易被敵人發現,提高了存活率。

草薙素子在執行暗殺任務時便使用了「光學迷彩」。圖/臉譜出版提供© Shirow Masamune/Kodansha Ltd.

但是,傳統迷彩有著一個大弱點:它的圖案是固定的,一旦環境背景改變了,例如穿著綠色叢林迷彩服的士兵進入了灰濛濛的城鎮中時,就很容易暴露出來,被敵人逮個正著!

而所謂的光學迷彩,就是利用光學的原理,主動地隨著環境改變其表面的顏色與圖案,隨時保持在與背景融合的狀態中,所以又被稱為「主動式迷彩」(Active Camouflage)。這個概念推到極致,也會讓人聯想起《哈利波特》中的「隱形斗篷」(Invisible Cloak)。

source:IMDb

要實現光學迷彩,其中的關鍵問題是在於:要如何將「原本應該被身體擋住的背景」重現在身體表面上?

只要能解決這個問題,身體看起來就會有如「透明人」,難以被人發現。東京大學的館暲教授實驗室是這方面研究的先驅,有趣的是,《攻殼機動隊》也正是他們實驗室必讀的參考文獻。他們的設計原理說穿了相當容易理解,就是利用有著高反射特性的材料來製作服裝,然後用攝影機拍攝身體後面的影像,再投影到身體的前方。

這個方法雖然簡單有效,但是目前還難以真正運用在軍事上,因為要讓一位士兵的身影「消失」,就至少得出動一台攝影機及一台投影機跟著他,這也太不實際了吧!

可是隨著科技發展,只要利用裝在身上的微型攝影機取代大型攝影機,並且以軟性顯示器技術來製作可以顯示影像的服裝,取代投影機的投影成像,光學迷彩的實現也許不是那麼遙遠。

圖中央為東京大學館暲教授實驗室呈現的光學迷彩示意圖。圖/截自實驗室官網

也有科學家嘗試以另一個思路來實現光學迷彩:所謂的「透明」,就是光線可以直接穿透而不受阻礙,如果有某種材料能讓光線轉彎而「繞過」物體,那麼該物體看起來就會像是透明的了。

這種可以讓光線大幅度轉彎的材料,就是近年來備受矚目的「超穎材料」(Metamaterial,或譯為「超材料」),它是以奈米科技製作的人造材料,其中的週期性奈米結構,可以讓特定波段的電磁波產生顯著的偏折,而我們熟悉的可見光,其實也是一種電磁波,當然也可以藉由設計恰當的超穎材料加以偏折,現在杜克大學等研究機構已經製作出可使微波、紅外線轉彎的超穎材料,他們也期待未來能將這項技術應用到可見光波段上。

當然,以目前的發展情況看起來,這些光學迷彩的技術就算是成功了,一時之間大概還是難以緊緻化。我們可以開玩笑地說,要做出有如《攻殼機動隊》動漫畫或電影裡的光學迷彩「緊身衣」,以凸顯出穿著者玲瓏有致的好身材,大概會是下一個階段的發展難題。

「腦機介面」:可以意識或是靈魂可以被上傳嗎?

source:IMDb

除了光學迷彩之外,《攻殼機動隊》世界中無所不在的「腦機介面」(Brain-Computer Interface)技術,更是預言了當今科技的努力方向。透過腦機介面,人腦可以直接向電腦或機器下達指令,也能直接接收電腦所傳送過來的資訊,甚至能夠透過電腦與網路相連,使自己的意識遨遊在廣大的網路資訊之海。

對於越來越依賴行動裝置及網路的現代人來說,腦機介面如果成真,那可是不得了的方便!

我們只要頭腦動念一想,隨時隨地都可以調閱電腦裡的資料,也能直接喚出電腦進行複雜的計算,更可以即時上網搜尋大量的資訊,與成千上萬的網民交流。這麼一來,傳統教育中的「記憶」與「背誦」就不再重要,人腦的價值可以更發揮在「思考」與「創意」的方向上。

當然,《攻殼機動隊》也預言了這樣「方便」的世界,可能會帶來怎麼樣的麻煩。個人的隱私權會大受影響不說,當電腦病毒或駭客入侵,出問題的可不只是電腦,連人的腦袋都會跟著遭殃,輕則記憶遭到竄改,重則整個大腦神經迴路跟著電腦一起被燒掉!

以腦機介面目前的發展趨勢來看,要達到《攻殼機動隊》所呈現的世界,還有一大段路要走。非侵入式的腦機介面,像是在頭部接上電極所讀取的腦電圖(Electroencephalography, EEG),雖然在醫療上已被廣泛應用,甚至有腦波控制的玩具產品面市,但是其訊號讀取及解析方面仍有許多困難。而侵入式的腦機介面,例如以人工手術的方式植入電極直接與腦部神經相連,或像《攻殼機動隊》漫畫中所想像的,利用微機械(Micromachine, MM)來執行相關的腦機連接手術,除了技術上的難題要克服之外,人類對於「異物」侵入身體的先天性恐懼,更是心理層面上的大障礙。

《攻殼機動隊》的腦機連接裝置屬於侵入性的介面。圖/臉譜出版提供© Shirow Masamune/Kodansha Ltd.

但還是有許多科學家十分樂觀,他們認為,目前腦機介面發展的最主要應用,就是連接人工裝置(也就是所謂的「義體」或「假體」)去取代原有功能已經喪失的神經或器官,例如使殘障人士藉由仿生義肢、電子耳、電子眼等裝置去重獲運動或感知的能力,長遠來看,這也會是人類對抗老化衰弱的有效手段,企冀永生的人類,未來不但不會排斥這樣的技術,甚至像《攻殼機動隊》中全身「義體化」的生化人(Cyborg)的出現也將是大勢所趨。

就算是全身義體化了,腦細胞也總有一天會衰老,那麼,能不能逐漸地把人腦的功能轉移到電子腦中?甚至把人格與意識也一併轉移過去?沿著腦機融合的話題往前走,就一定要問到人類的終極問題:到底什麼是「生命」?什麼是「靈魂」?

現在的科學對這些問題還沒有解答,甚至對人類意識的運作機制都還搞不大清楚。但是科學界主流的看法是:我們的「意識」(Consciousness),或者你要套用《攻殼機動隊》中的慣用詞,叫它「靈魂」(Ghost)也可以,和我們的腦部神經網路結構密不可分。甚至有學者主張,我們人類思考的根源,推到大腦神經元連結上的電傳導訊號時,是和量子力學中所呈現的隨機現象息息相關的。

如果我們的意識真的是基於量子現象,那麼根據量子力學中的不可複製定理(No-Cloning theorem),我們每一刻的意識與思考都是獨一無二的,不可能複製到別的個體或是轉移到電腦上。就這個觀點來看,《攻殼機動隊》漫畫中所描繪的「靈魂翻印」技術會伴隨著「資訊劣化」現象,也不算是沒有道理的想像呢。

攻殼機動隊》中充滿了對未來科技的前瞻想像,讓人不得不佩服士郎正宗研讀相關資料的認真態度,以及他天馬行空的想像力。我們沒有時光機,但是藉由《攻殼機動隊》這扇「窗戶」,我們可以窺見未來世界各式各樣可能實現的科技風貌,還真是充滿樂趣的享受啊!

文章轉載自OKAPI,原文為「不是幻想,是真的!《攻殼機動隊》中的未來科技大解析」。文章圖片由臉譜出版社© Shirow Masamune / Kodansha Ltd.提供,更多內容請參考《攻殼機動隊 Complete Box》。

 


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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia


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控制進食時間與熱量,小鼠可以更長命?

台灣科技媒體中心_96
・2022/05/22 ・2156字 ・閱讀時間約 4 分鐘

目前越來越多動物實驗的研究結果顯示,「特定時段禁食」在延緩老化或延長壽命上的效果,不比「限制總熱量攝取」差,甚至效果更好。

圖/envato elements

控制吃飯時間,可以延長壽命?

美國德克薩斯大學西南醫學中心的小彼得.奧唐納腦研究所 (Peter O’donnell Jr. Brain Institute) 研究團隊,今(2022)年 5 月 5 日在國際期刊《科學》(Science)公開研究論文,使用小鼠為實驗對象,研究進食熱量與進食時間,與小鼠壽命之間的關係。

團隊先讓小鼠自由的取食飼料 6 週後,再分成 5 個不同組別,分別是:

  1. 只能在日間每隔 90 分鐘進食、
  2. 只能在晚間每隔 90 分鐘進食、
  3. 只能在日間開始兩小時內進食、
  4. 只能在晚間開始兩小時內進食、
  5. 全天內每隔 160 分鐘允許進食。

這 5 組小鼠被限制攝取的熱量相同,實驗過後,再和完全自由取食且沒有限制熱量攝取的小鼠比較。

研究結果顯示,與完全自由進食的小鼠相比,有限制進食時間的小鼠平均壽命較長,其中第 2.4 組(只能在晚間每隔 90 分鐘進食,以及只能在晚間開始兩小時內進食)延長壽命的效果最好,平均可延長 35% 壽命;而只能在日間進食的兩組小鼠,平均可延長20%壽命。

與完全自由進食的小鼠相比,有限制進食時間的小鼠平均壽命較長。示意圖/envato elements

研究也觀察到其它有趣結論:

  • 隨著年齡增長,五組小鼠的體重,都比自由進食的小鼠更輕,且在非主要活動的時間(白天)進食的小鼠,白天的活動變多了。
  • 在完全自由取食的小鼠肝臟中,原本與老化相關的基因表現隨年齡增長而改變,有些基因表現降低,有些增加,且基因表現的晝夜節律性也隨老化而降低。但在只能晚間進食的兩組小鼠身上,這些因老化而造成的改變較少。

作者根據研究結果指出,僅僅限制熱量攝取而不在特定時間禁食,可以延長小鼠的壽命,禁食可以對延長壽命效果有加分的作用,而不是主要造成效果的原因。

研究凸顯了「晝夜節律」的重要性

國立陽明交通大學生化暨分子生物研究所教授 許翺麟 表示,目前越來越多,動物實驗的研究結果顯示,「特定時段禁食」在延緩老化或延長壽命上的效果,不比「限制總熱量攝取」差,甚至效果更好。

特定時段禁食,有可能比限制總熱量更能延緩老化。圖/envato elements

過去研究飲食中,熱量限制對老化與壽命的影響時,常常無法分辨原因到底是因為「總卡路里攝取較少」還是「固定且有規律的長時間禁食」。最近幾年,科學家開始針對此一問題進行更深入的研究。

去年一項使用小鼠的研究顯示,限制飲食的熱量可延緩老化的效果,可能大部分來自於長時間且有規律的禁食[1]。此外,另一項在果蠅的研究中也指出,不但是要有規律的禁食,何時禁食也同樣重要。最有效延緩老化的方式,要與動物本身的生理時鐘配合,在本來就比較少進食的時候進行禁食[2]

  • 編註:小鼠是夜行性動物,上述文字中的「日間」指的是白天光線照射,對小鼠而言是休息和睡眠的時段,「晚間」沒有光照,才是小鼠活動和主要進食的時段。

這次的研究中更進一步證實,單純只是限制總熱量攝取,只能提供很少的延長壽命效果,反而熱量限制並配合生理時鐘進行間歇性禁食的效果最好。小鼠是夜行性動物,日間禁食對延長壽命的效果,遠比夜間禁食的效果更加顯著,至於每日禁食 12 小時或 22 小時則差異不大。此外本研究也顯示,調控生理時鐘的基因在調控老化上的重要性。

配合生理時鐘進食很重要。圖/envato elements

人類比照辦理也會有用嗎?

許翺麟教授 說明,本研究最大的限制來自於其僅用單一品系、單一性別的小鼠來進行研究。從過去其他研究已知,飲食限制對不同品系與不同性別的動物,效果不盡相同。因此本研究雖然頗具參考價值,但是能否推論到其他品系的小鼠,甚至其他物種與人類,仍有待未來更多研究來支持。

雖說人類遠比實驗動物複雜,會影響老化的因素也不僅止於飲食,然而維持平衡且有規律的飲食習慣,加上適當的限制進食時間,也許是一種相對可行,且有效促進健康老化的方式。也期待未來更多相關研究,能協助我們進一步釐清這些結果在人類中是否相同。

參考文獻


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