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微生物的奇幻旅程:食物為何變得好壞壞? ──「PanSci TALK:生鮮食品該如何保存」

衛生福利部食品藥物管理署_96
・2017/07/19 ・4438字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 516 ・六年級

本文由衛生福利部食品藥物管理署委託,泛科學企劃執行

文字記錄/陳亭瑋

食物是怎樣開始變質腐敗的?把生鮮食品「冰起來」,就能對付食品上的微生物讓食物不會「壞掉」嗎?而我們使用冰箱的方式,又真的正確嗎?

今年度食安系列講座第二彈「PanSci TALK:生鮮食品該如何保存?」的首位講者,輔仁大學食品科學系的陳邦元助理教授,這次帶領大家話說從頭,由食品微生物學的角度探討食物保存的基本原理。

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輔仁大學食品科學所陳邦元助理教授。圖/By PanSci

生鮮食品是活的還死的?

「首先,日常生活中的新鮮食品可以被區分為『動物性』跟『植物性』兩類。」動物性食品如肉品、水產等,最大的特色就是生物體本身已經死亡,體內的酵素會在動物死後自動開始分解自身組織,因此,即使能夠透過加工、真空等方式排除外界微生物的影響,動物性食品仍然會產生劣變。而新鮮的植物性食品如蔬果,組織仍然存活,體內的呼吸作用一般都還持續進行,但已經失去種植環境下持續供給的養分跟水分,隨著保存時間拉長,植物性食品的狀況也會逐漸損失水分、養分而劣化。

生鮮食品。圖/Anelka @ Pixabay CC0 Public Domain

既然食品本來就會變化,大家該如何判斷食物已經到了不堪食用的地步?「一般來說,當食品能從外觀發現有了腐敗、酸化、發黴、變色、產生黏液等較劇烈的變化,我們就會認為完全不適合食用了,而這類變化多是由『微生物』所引起的,包含食品科學上著重討論的幾類細菌、黴菌和酵母菌。」陳邦元老師表示,想完善保存食品,我們需要針對環境中微生物所需的幾個生長條件加以限制,盡可能減少微生物的生長以延長食品保存的時間。

看不見的微生物大軍,食品微生物學的基礎

「細菌存在於生活中各處,如果提供適當條件,可以生長得非常快速,例如金黃葡萄球菌每 12~15 分鐘就能分裂一次,8 個小時可以長到 100 萬個;一般的肉片或魚類,每一公克約有 10~10000 個細菌。而無論是哪種食物,細菌量只要到 500 萬個,大概都可以判定腐壞了。」陳邦元老師解釋道,「如果食物一開始就遭到污染,也就是沾染了比較多的細菌,腐壞的速度自然也會比未受污染的快上很多。」

一般的情況下肉眼看不見細菌,要經由電子顯微鏡才能一窺其真面目。圖/By 陳邦元老師簡報

「食品微生物學的主要內容便是著眼於微生物生長所需的因子,從而控制環境條件、研發出適合食品保存的方式。」影響食品中微生物生長的因子,可以分成內在因子、外在因子、微生物因子等。

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內在因子:自身條件的影響

食品原本就有的、天生會影響微生物生長的因子,我們稱之為內在因子,主要包括:

  • 水活性 Water activity

微生物要在食品上存活繁衍,需要環境中有夠高的水活性,也就是「微生物能利用的水分」之比例。以蜂蜜為例,蜂蜜是液體,但它的水分幾乎都被糖類包裹住了,微生物無法獲得水分,自然非常難存活;但仍有少數微生物可以在裡面休眠,如肉毒桿菌的孢子,這也是一歲以下的幼兒不能吃蜂蜜的緣故 ── 幼兒腸道被認為酸性不足、益生菌叢少,肉毒桿菌孢子若入侵便可能致命。

「一般生鮮食品的水活性都非常高,因此在保存上會應用醃製、乾燥等方法降低食品的水活性,避免微生物增生。」陳邦元老師說。

  • 酸鹼值 pH value

環境中的酸鹼值會影響生物體酵素的運作,也會影響微生物生長,大多數微生物生長的最適當的酸鹼值範圍在 pH 值 6.5~8.5 之間。 除了少數產酸細菌(乳酸菌、醋酸菌等)外,一般細菌生長酸鹼值範圍範圍在 pH 值 4.0~9.0,偏鹼性環境;相對來說,酵母菌(適合範圍 pH 值 1.5~8.5)、黴菌(適合範圍 pH 值 1.5~11.0)則較偏愛酸性環境。陳邦元老師提到,一般蔬菜偏鹼性,較容易因細菌造成腐敗;水果則主要偏酸性,常由黴菌或酵母菌造成腐敗。

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  • 食品中的營養成分 Nutrient contents

很簡單,微生物需要獲得能量延續生存,營養源越多的食物他們越愛。

  • 抗菌物質存在與否 Antimicrobial agents

部分天然食品含有「抗菌成分」,因此能抑制某些微生物生長,最常見的就是大蒜,其精油有抗菌效果。

大蒜本身擁有抗菌成份,能幫助食品不受微生物影響。圖/MALIZ ONG @ PublicDomainPictures, CC License
  • 食品之生物性結構屏障 Biological barrier

如果食品的取用過程中能盡量維持完整結構,對抵抗細菌也有幫助。一顆完整的水果不會露出養分與水分,外部微生物無法取用,也就無法增生。另一個例子,絞肉相較於整體的肉塊,其結構已經被破壞、內部更容易受細菌污染,因此腐敗速度會比完整肉塊快很多。

  • 氧化還原電位 Oxidation/Reduction potential

食品所含成分各有其氧化還原電位,各種微生物也有自己對氧的偏好程度。氧化還原電位數值正值越大,代表越趨向「氧化狀態」,有利假單胞菌、嗜鹽菌等好氧菌生長; 氧化還原電位數值負值越大,則代表越趨向「還原狀態」,有利如李斯特菌、酵母菌等厭氧菌生長。

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外在因子:四面八方的推波助瀾

食品所處的環境也會影響微生物的生長狀況,稱為外在因子,而這也是食品微生物學主要操控的內容。主要的外在因素包括:

  • 食品所處環境之溫度 Temperature

食品保存的相關法規,對於各食品所處環境之溫度皆有限制,值得注意的是,保存食品不只限於低溫,常溫、甚至高溫,也都有一些條件可以保存食品。微生物最適合的生長溫度為 4~40 度,超商冬天有些飲品會放置於 60 度左右的保溫箱中,便是以高溫保存食品,提供大家更符合需求的選擇。不過,由於部分種類的細菌能在罐頭裡形成孢子,這類孢子會被高溫喚醒,因此這種高溫飲品通常不會放隔夜。

  • 相對濕度 Relative humidity

前面有提過食品的水活性會影響微生物生長,而食品外部的濕度當然也會有影響。絕大多數的微生物都喜歡潮濕的環境,細菌與酵母菌喜歡食品外部泡在水裡,而黴菌則不偏好過多的水分。

  • 氣體環境 Gas composition

一般空氣組成為 20% 的氧與 80% 的氮,其中氮氣為無色無味的惰性氣體,不容易與一般化合物或微生物作用,因此食品保存上常會使用真空或真空充氮(抽除空氣後填入氮氣)的方式。

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真的不要再說買洋芋片送空氣啦,那是食品保存技術啊。圖/41330@pixabay, CC License

微生物因子:互助與競爭

接著,陳邦元助理教授提到微生物間的互動關係。

「食品中含有多種不同微生物,彼此會互相幫助或競爭。舉例來說,跟鮮乳相較起來,優酪乳比較不容易嚴重變質,是因為優酪乳本身含有很多的乳酸菌,其他的菌種不容易在其中繁殖;但放置太久的優酪乳乳酸菌繁衍較多,可能讓優酪乳變得太酸不好喝。」

欄柵技術:控制各種因子以保存食品

欄柵技術 (Hurdle Technology) 會綜合以上提到的各種因子,藉由控制水活性、酸鹼值、微生物互動等,來延長保存期限。例如市面上販售的鮮魚,常會用三去法、真空加冷凍的方式加以保存 ── 除去頭、鱗與內臟三種最容易腐敗的部位,再擦乾後使外包裝真空並進行冷凍,結合幾個「外部因子」的概念,盡可能延長食品的保存期限。

冰箱的食品保存秘訣

對一般人來說,比起水活性、酸鹼值和微生物,「溫度」會是比較容易控制的條件。那麼,將食品丟進冰箱裡就不會壞了嗎?陳邦元老師以一張各溫度區間的細菌分類(如下圖)解釋冰箱的應用方式。

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不同溫度範圍下,微生物生長曲線。圖/By 陳邦元老師簡報

大家可以看到,15~50℃ 是微生物繁殖快速的危險區,法規規定冷凍食品的品溫應保持在 -18℃ 以下;冷藏食品則是 7℃ 以下、凍結點以上,並且要避免劇烈之溫度變動。

一般家用冰箱的冷藏層大多設定在 4~5℃,這個溫度下大部分的細菌都無法生長,或者生長得非常緩慢,只剩下低溫菌、酵母菌以及黴菌,也所以這些微生物會是冷藏食物腐敗的主要原因。「也因此,烹煮完成的食物如果沒有要馬上食用,應該要盡量快速降溫到 15℃ 以下,避免食物處在危險的 15~50℃ 下太久。」陳邦元老師說。

以米飯為例,加熱後若沒有即刻食用,應盡快離開微生物(仙人掌桿菌)容易生長的溫度區間(圖中深橘色底處)。圖/By 陳邦元老師簡報

若想讓所有的微生物不生長,則得將外部溫度設定至 -10℃ 左右 ── 當然,還是很難保證百分之百。

來到冰箱的冷凍庫,熔點以下的低溫會使食品內部的水分凍結(即前面說的水活性下降),阻止微生物生長、降低酵素的活性,達到冷凍中食品的保存。「但是,即使將冷凍溫度控制在微生物完全無法生長的 -10℃ ,並確保食品解凍後沒有腐敗,也不代表食品完全不會變質。食品本身的酵素(內部因子)在 -10℃ 仍可能繼續運作,長時間下來,依然會影響食品的風味。」這也是為什麼冷凍食品還是有保存期限的限制。

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而陳邦元老師也提到冷凍儲存食品的缺點之一:一般家用冰箱的降溫速度較慢,容易在食品中形成冰晶,造成植物組織、動物組織破裂,因此許多冷凍過的食品會流失水分、口感改變。「另外,冷凍保存的食品水分容易昇華,肉品甚至會變色,因此如果要冷凍食物,尤其是肉品類,建議盡可能採取真空包裝。」

食品的凍結曲線,降溫速度越慢,越容易形成較大的冰晶。圖/By 陳邦元老師簡報

食品冷藏的注意事項

最後,陳邦元老師談到食品冷藏保存的注意事項。「應用生鮮水果天生的植物特性,冷藏保存應該盡量維持原本的生物結構、減少組織的破壞,例如葡萄先不清理蒂頭,則可以維持得比較良好;另外部分水果的型態如熱帶水果、沒有硬外皮如香蕉、枇杷等容易凍傷,不能冷藏。」

而生鮮水產與肉品的保存期限通常是 3 天,他提醒大家若選擇放在「冷藏」,要注意盡量維持食品表面的乾燥。「肉品、魚類尤其容易有組織液滲出,因此超級市場的肉品底層會有吸水墊,減少肉品表面的水分可以防止細菌聚集生長;但若是從傳統市場購入,通常不會有吸水墊,保存時要注意盡可能維持乾燥。」

更多關於生鮮食品的居家保存,歡迎閱讀下半場講座紀實《生鮮食品買回家了,該如何保存?

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衛生福利部食品藥物管理署_96
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衛生福利部食品藥物管理署依衛生福利部組織法第五條第二款規定成立,職司範疇包含食品、西藥、管制藥品、醫療器材、化粧品管理、政策及法規研擬等。 網站:http://www.fda.gov.tw/TC/index.aspx

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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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家中養貓狗,寶寶可能更健康?研究證實毛小孩有助於提升新生兒免疫力
PanSci_96
・2024/08/25 ・1454字 ・閱讀時間約 3 分鐘

  • 文/林芸寬、張愷丰、張庭瑀、郭亮均、林詠真 

最新研究:寵物與新生兒健康的密切關聯

現代家庭飼養寵物的比例逐年上升,貓狗已成為人類最親密的夥伴。農業部最新(2023)的資料發現,臺灣飼養貓狗的比例上升,家犬較上一期(2021)增加 19%;家貓較上一期增加 50%。然而,許多新手父母常擔心,飼養貓狗可能會影響新生兒的健康,像是引發呼吸道過敏等疾病,但近期的科學研究提供了相對令人安心的解答。 

最新研究指出,飼養貓狗,可能更能減少新生兒感染呼吸道疾病的機率。 圖/envato

科學家發現,飼養貓狗也許有益家庭中新生兒的健康。最新研究證實,家中貓狗不僅能增添樂趣,更能減少新生兒感染呼吸道疾病的機率。早在 2012 年,就有芬蘭研究團隊追蹤鄉村地區 397 名新生兒,自出生到一歲的健康狀況,發現有飼養貓狗家庭中的新生兒,較少感染呼吸道疾病。研究詳實記錄貓狗與新生兒的互動頻率,及其對新生兒健康的影響。

腸道菌相的力量:微生物如何提升寶寶免疫力

今(2024)年聖路易華盛頓大學兒科團隊發表在《Pediatrics》的最新研究,分析新生兒的就醫紀錄,並透過對父母的訪談,探討「親餵母乳」、「家中飼養貓狗」、「新生兒醫療需求」三者間的關係。研究發現,親餵母乳且家中有飼養貓狗的新生兒,出生六個月內對醫療服務的需求相對較低。華盛頓大學團隊推測,這可能是貓狗身上的微生物 ,增加了環境中微生物多樣性,並影響新生兒的免疫力。 

環境中微生物多樣性,與新生兒免疫力的關係為何?至今仍是未解的問題,但根據現有的研究,這很可能與新生兒體內「腸道菌相」的差異有關。「腸道菌相」是胃腸道中的微生物群落,由細菌、病毒和真菌組成,它們在我們的免疫系統發展中扮演了重要角色,特別是在生命的早期階段,對腸道的健康和功能有著深遠的影響。

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為何養狗的新生兒感染率更低?

2023 年的一項研究,進一步探討環境中微生物多樣性與新生兒免疫力之間的關係,揭示腸道菌相的多樣性在在影響了新生兒的健康。研究顯示,家中飼養狗的新生兒,其腸道中的梭桿菌、科林氏菌和瘤胃球菌等菌群明顯較多,這些菌種的豐富性有助於免疫系統的發育,也可能有助於減少新生兒過敏與氣喘的風險。

有趣的是,這份研究也提到,對於喝配方奶的新生兒而言,其腸道菌相的組成與養狗有關,「與狗接觸」可能成為他們獲取環境微生物的替代途徑,補充因缺乏母乳餵養而缺少的微生物,從而幫助免疫系統的發展。

小孩與狗的接觸,反而可能成為獲取環境微生物的途徑。 圖/envato

目前研究雖無法直接證實接觸貓狗可以增強免疫力,但可以確定的是,接觸貓狗的小孩,腸道內的微生物多樣性高,也比較不容易生病,新手父母可以不用太擔心養狗對小孩發育的影響。同時,與狗接觸還能改變嬰兒腸道中的微生物組成,這或許有助於減少呼吸道疾病的發生風險。

資料來源: 

  1. https://www.moa.gov.tw/theme_data.php?theme=news&sub_theme=agri&id=9418
  2. https://publications.aap.org/pediatrics/article/130/2/211/29895/Respiratory-Tra ct-Illnesses-During-the-First-Year
  3. https://www.nature.com/articles/s41390-024-03200-9
  4. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/cea.14303
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當人們對細菌一無所知、當醫生不洗手:生產,就像是去鬼門關前走一趟──《厲害了,我的生物》
聚光文創_96
・2022/09/13 ・1767字 ・閱讀時間約 3 分鐘

無知的代價:產褥熱

故事說到這裡,此時此刻,人們依然只能透過顯微鏡、放大鏡等工具,追尋微生物的芳蹤。當然啦,發現微生物是一回事,要確認這些微生物與特定疾病的相關性,並且證實它們的致病性與致病機制,則完全又是另一回事。

在那個對微生物一無所知的年代,該有多可怕?圖/envatoelements

然而,產業救星巴斯德先生在拔了一根草、測了測風向以後,敏銳的發現,風向是會改變的。在與微生物和疾病的永恆戰鬥中,人類也不會永遠的屈居下風。

巴斯德的重心,逐漸從化學轉移到微生物之上。他雖然不是醫生,也不是婦女,卻對婦女的生死大關特別有興趣。

在十八世紀到十九世紀之間,有多達百分之三十的婦女,會在生產後的「產褥期」,受到細菌感染而持續發燒,稱為「產褥熱」(puerperal fever)。

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當時,產褥熱的致死率相當高,一旦受到感染,有百分之七十五的產婦可能會挺不過去,一手接生一手送死,悲傷的故事在醫院裡不斷上演。

被忽視的警告:「不要碰完屍體去接生!」

一八四三年,美國醫生霍姆斯(O. W. Holmes)在論文中提到,不少醫生會在解剖完屍體之後,再為產婦進行接生,這些產婦中,染上產褥熱的比例也偏高。

但是,當時的醫學界並不認同霍姆斯的觀點,將他的提醒當成了耳邊風。

進產房前,別忘了先寫遺囑!圖/聚光文創

與此同時,在著名的維也納大學醫學院中,匈牙利醫師塞麥爾維斯(Ignaz Philipp Semmelweis),正為了附屬醫院中,遲遲無法下降的產婦死亡率而苦惱著。

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即使進行了詳細的大體解剖,塞麥爾維斯也無法找出產褥熱的原因,只能眼睜睜的看著產婦一邊期待著新生命的降臨,一害怕著死神將揮舞著鐮刀,收割她們的性命。

心痛的塞麥爾維斯,於是將目光轉向產房細節。他注意到,如果產婦居住在解剖室旁的產房,產褥熱的比例更居高不下;反觀助產士教學病房裡的產婦,死亡率就明顯較低。

塞麥爾維斯於是推測,或許在屍體中帶有某種毒素,經由負責解剖的醫生、實習生的雙手,在接生或產檢之際進入產房,造成了產婦的死亡。

只是洗個手,死亡率剩下原本的 1/4

一八四七年,塞麥爾維斯決定,要求產科裡所有醫生、實習生,特別是那些剛進行過大體解剖的小夥伴們,在為產婦接生或檢查之前,務必要用肥皂與漂白水浸泡、清洗雙手,並澈底刷洗指甲底下的汙垢。

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果不其然,一個簡簡單單的洗手動作,就讓院內產婦的死亡率,從百分之十二下降到百分之三!可喜可賀!

即使塞麥爾維斯發現「洗手」就可以降低產婦的死亡率,但它的發現並未被醫界重視。圖/envatoelements

按照常理思考,我們可以大膽推測,接下來的劇情發展應該是:「塞麥爾維斯被譽為英雄,他所推行的洗手習慣,立刻被全世界廣泛採用……」

NO~NO~NO,塞麥爾維斯拿到的,可不是這麼簡潔、老生常談的劇本,故事尚未劇終,本章節依然未完待續。

事實上,他的重要發現並沒有受到醫學界的認可,連病房主任也說,死亡率的下降,是醫護同仁們用心禱告的結果,跟洗不洗手什麼沒啥關係。

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不僅論點違背主流風向,許多醫生甚至覺得,塞麥爾維斯的說法,根本就是在說「醫生手很髒」或「病從醫生來」,對此,他們表達強烈的不憤怒與不滿。

讀到這裡,我們或許會覺得,只是洗個手,有那麼痛苦那麼難嗎?殊不知,即便是疫情當前的今日,對於這個倡導手部衛生的建議,依然有人會感到不滿與抗拒。

如此一想,一百多年前的醫生們不想洗手,好像不是多麼不可思議的事情了。

沒想到竟然連醫生都會不想洗手!圖/聚光文創

──本文摘自《厲害了,我的生物》,2022 年 8 月,聚光文創,未經同意請勿轉載。

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聚光文創_96
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據說三人出版社就算得上中型規模,也許是島嶼南方太過溫暖,我們對出版業的寒冬始終抱持著浪漫與天真。 作者們說,出版市場很艱困,但我們依然想在翻譯領軍的文學市場中,為本土的作者、原創故事發聲。 喜歡做為升學孩子減輕壓力的書,不要厚重百科類型、沒有艱澀的專有名詞,很多重大發現的背後故事更值得我們好好品味。