巴斯卡氣壓實驗｜科學史上的今天：9/19

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

「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。

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

不到一毫米身長的水熊蟲，是一種多細胞微小的生物，在 18 世紀被科學家發現，歸類於緩步動物門，目前全球大約有 1000 種被發現，棲息地包括淡水沉積物、苔蘚類的水膜，有少數種類棲息於海水的潮間帶，甚至在喜馬拉雅山脈或深海都可以發現牠們的身影。

聽起來毫不起眼…嗎？那你就錯了，牠可是目前是第一種被認證可在太空中生存的動物，堪稱地表上最強的生物！

環境不太舒適？ 那就「假死」一下吧

水熊蟲體長通常在 0.3-0.5mm 左右，擁有頭部和四個體節，身體的表面含有幾丁質（節肢動物外殼的成分），擁有 8 隻腳，末端有爪子、吸盤跟腳趾，在顯微鏡下觀察，看到牠們身形飽滿、動作又笨重，所以被科學家稱為「水熊蟲」。

在 2007 年 FOTON-M3 任務，水熊蟲在太空待了十天，隨後回到地球，發現約 70％ 的水熊蟲存活，並成功繁衍後代；而在 2019 年 2 月 21 日，以色列的太空船創世紀號墜毀在月球，卻意外發現有大量的水熊蟲在 DVD 大小的鎳片^［註1］。

水熊蟲可以在乾燥、高溫（約為150 °C）、絕對零度（-272℃），面對輻射以及真空下的環境存活，因為具有四種隱生狀態–低濕隱生、低溫隱生、變滲隱生跟缺氧隱生，面對不利於生存的環境，牠們會捲縮起來，讓水分排出、暫停身體代謝，處於「假死」的狀態！

科學家們表示微重力和宇宙輻射，對水熊蟲影響不大，未來有望在太空研究中扮演重要的角色！

水熊蟲可以上山下海，不禁讓人心想，那些因太空船墜毀而登上月球的水熊蟲，至今是否還能行動？ 

名字有「熊」、長了八隻腳，步態卻像蟲？

最近刊登在「美國國家科學院院刊」（Proceedings of National Academy of Sciences, PNAS）的一項新研究，透過用高速攝影記錄了水熊蟲的移動，意外發現水熊蟲的爬行方式跟比自己大 50 萬倍的昆蟲相似。

通常尺寸像緩步動物門一樣小的生物很少有腳，牠們不走路而只會四處滑動亂竄；水熊蟲卻擁有 8 隻腳，是一種很特別的生物，讓科學家不禁好奇，這麼微小的生物是利用什麼方式移動，於是對牠們進行了研究。

洛克菲勒大學的研究團隊，在顯微鏡下長時間持續觀察水熊蟲，並記錄其行走的步態（走路時身體各部位週期性的動態表現）。研究人員 Jasmine Nirody 表示，水熊蟲在沒有外力干擾下，有時牠們會很冷靜，以每秒半個身長的速度悠閒地漫步；當牠們看到對自己有吸引力的事物，這時會像踩了油門般，加快速度往目標物前進，可以達到每秒兩個身長。

研究團隊從水熊蟲移動的步態，以科學角度來解釋，我們平常走路，腳跟後蹬，此時會產生靜摩擦力，所以水熊蟲的爬行是靠著腳與地面接觸獲得動力，然而當我們行走在不同環境 （ 光滑或粗糙地面 ） ，會受到不同壓力、產生靜摩擦力不同，不過牠們的肢體協調很靈活，不管在大海或沙漠，牠們都會去應變不同環境！

水熊蟲跟昆蟲、甲殼類動物很相似，牠們都是在不同速度下步態相同，而脊椎動物會依據不同的速度改變其步態。

對此，研究團隊有兩種解釋，第一種是緩步動物可能跟螞蟻或是果蠅這類昆蟲或其他節肢動物有演化上的共同祖先，甚至有相似的神經迴路；第二種可能性是緩步動物和節肢動物並沒有共同的祖先，這兩類不同群體的生物為了生存，而演化出相同的行走。

但這只是兩種假設性說法，到底答案是什麼，還需要科學家們進一步研究。

水熊蟲的一小步，是科技上的一大步

水熊蟲的研究除了對動物運動學有很大的進展，科學們之後有望研究出，微小尺度行動的機器人！

例如 2020 年美國康乃爾大學跟賓夕法尼亞大學的研究團隊，設計出小於 0.1 毫米的微小機器人，一塊晶片上就可以製造出約一百萬個機器人。

這個微小型機器人由矽太陽能光電材料製作的簡單電路，跟四個電化學執行器製成的腳組成。研究團隊把機器人放在 200 微伏電壓、10 奈瓦功率的雷射光照射，從顯微鏡下觀察，會發現這些機器人在液體中游動。

這些機器人目前只能移動，其他功能還需要開發，水熊蟲的研究對微小型機器人的設計有很大的幫助，如果機器人再經過改良，在醫學上也有幫助，例如：運送藥物、人工受精、執行組織切片或微型手術等，雖然當中也有風險，需要經過跨領域的專家協助，找出適合臨床的使用。

除了微小型機器人，也對仿生機器人有幫助，其中昆蟲機器人考量到複雜機構學、運動學、動力學、昆蟲步態等研究，未來昆蟲機器人朝向以微小尺度、可進入角落或縫隙、環境監測等目標前進！

註解

1. 以色列的太空船創世紀號，是由「以色列方舟使命基金會」（Arch Mission Foundation）與其他民間機構合作發起的月球登陸計畫。由於該計畫的目的包括備份「地球生物學」的相關資料，基金會在發射計畫中，攜帶了一個稱作月亮圖書館（The Arch Lunar Library）的裝置，在大約一張光碟片大小的 25 片鎳片中，記錄了人類的歷史及科技等資料。此外，創世紀號裡也放入了25 名人類血液和毛髮樣本，以及部分生物的樣本，其中包括了本文所談論的水熊蟲，在經脫水乾燥後，保存於合成樹脂內。

參考資料

1. Creature Survives Naked in Space, SPACE.com
2. ‘Water bears’ are first animal to survive space vacuum, New Scientist.
3. The physics behind a tardigrade’s lumbering gait, Science Daily.
4. Electronically integrated, mass-manufactured, microscopic robots, Nature.

• 盧衍良｜成功大學航太博士，朝陽科技大學飛航系主任，曾任職飛安會工程師、考選部典試委員與交通部、民航局、陸委會等委員。

不會飛的我們，總想著要飛上天際，但人體本身可不適合長時間處在高空中。第一個要面對的就是高空缺氧問題，隨著高度上升，大氣壓力也越來越低，人體的肺氧分壓也隨之降低，使我們血液中的血氧飽和度也降低，一旦降到 90％ 以下時就有缺氧風險！而在高空中遠不止缺氧這項危險，會讓你耳鳴的飛機下降過程，以及較少聽過的高空減壓病，也都有可能發生在 3 萬 5 千英呎的高空上哦。

人類的身體與生俱來就不適合飛行，但我們卻利用智慧創造科技，改變了生活中的一切，至今已經飛行了 100 多年！今天就讓我們認識一下這些始終存在，卻也容易被忽略掉的航空生理症狀。

在此之前，讀者們也必須先有個基本認知：一般生活醫學討論的，都是在「正常環境下，人體產生不正常症狀」的治療問題；然而航空醫學所要探討的，卻都是「正常人體在不正常的環境下，產生生理問題」的預防與抑制。那麼，那些因為航空而導致的「高空缺氧問題」、「氣體膨脹效應」，以及「高空減壓病」等生理問題，究竟是怎麼一回事呢？

高處的空氣比較新鮮？真相卻是氧氣很稀薄

人類飛行首先要面對的就是「壓力變化」的問題。大氣壓力 (atmospheric pressure) 會隨著飛行的海拔高度越高而越來越低，人類能夠自主呼吸的能力也就跟著越來越低，如圖一所示。現代民航客機動輒會飛到 3 萬 5 千英呎 (feet, ft) 以上的高空，為了讓旅客們感到舒適，機艙加壓早已是法規的必備要求。

但考慮到機身內外壓力差過大將會影響飛機結構安全，多數飛機在飛行中最大內外壓差約為 0.585 個大氣壓力，讓機艙內的壓力相當於海拔 8000 英呎以下，這樣的環境便可以讓旅客處於正常自主呼吸的狀態。近年新出廠的飛機，雖然可以讓機艙壓力高度 (cabin pressure altitude) 更接近能讓人體感到舒適的環境，但仍然無法達到相當於地表的壓力。

而高空飛行環境除了低壓以外，機外的零下溫度環境與較少的高空水分，即使機艙內部經過調溫控制，其溫度通常也會偏低，且空氣會變得十分乾燥，這些都是飛機爬升到高空所伴隨而來的環境條件。

如下表所示，隨著海拔高度越高，大氣壓力越低，人體的肺氧分壓也會跟著降低，連帶的也讓血液中的血氧飽和度降低。血氧飽和度是反映呼吸循環功能的重要生理參數，是一種衡量人體血液攜帶氧氣能力的指標，當血氧飽和度低於 90％ 以下時，人體就會有缺氧 (hypoxia) 的風險。

高空缺氧危害並沒有一定的症狀或過程，每位個案都會有所不同，不過在臨床上，高空缺氧的初期症狀會讓人產生如微醺般的欣慰感，由於心智反應變慢，因此會失去警覺功能，手腳動作也會不協調。在行為表現上，則會變得無精打采、對周遭警覺減弱、行動遲緩，甚至昏沉欲睡，沉浸在一種具有莫名安全感的狀態中。

如果在發現缺氧症狀產生的初期無法及時挽救，隨著缺氧時間持續，人體會逐漸出現更加嚴重的症狀，包括暈眩、頭痛、心跳加速、口唇或皮膚發紫等，此時患者視野會逐漸縮小，並且有一股興奮溫暖的感覺，心理上也會產生主觀自信感。若在此時缺氧狀況仍未改善，那麼接踵而來的就會是動作不協調、心智行為改變、判斷力變差，最後導致意識喪失，進而死亡。

缺氧危害的速度和發生高度有直接關係，醫學上用「有效意識時間」(time of useful consciousness, TUC) 來衡量。

如下表所示，一般噴射客機的巡航高度都在 3 萬多英呎的高空，從下表數據可知，當客艙顯著失壓使得機艙內的壓力高度相當於在 3 萬多英呎後，人體能夠應變的有效意識時間已經所剩不多。2005 年 8 月 14 日，太陽神航空 (Helios Airways) 的 522 號航班便是因為操作疏失，機艙未加壓而持續爬升高度，進而導致旅客與機組員，產生缺氧症狀而全數罹難的典型缺氧案例。

搭飛機時最討厭耳鳴了——氣體膨脹效應

飛機飛得越高，所處的外在環境除了大氣壓力降低外，其實空氣密度也會變小，使得空氣體積變大。存在於人體內的氣體膨脹後，對於人體耳朵、頭顱腔室與內臟器官都會產生影響，造成不適。如果你在搭機過程中脫了鞋子，在你下機時也會發現自己的雙腳都膨脹變大了！

人體耳朵可以說是最直接敏銳，能感應到外在環境壓力改變與氣體膨脹的器官。

當飛機離地爬升時，由於外在壓力逐漸降低，在耳朵內部壓力不變的情況下，耳膜便會因為內外壓力不同而向外鼓起。此時，連接咽喉和中耳的耳咽管（eustachian tube）也會開啟以釋放內部壓力，讓耳膜內外重新達到壓力平衡。通常在飛機爬升過程的壓力變化較不會產生持續性的耳朵不適，大多數的不適都是在下降階段發生。

由於耳咽管在醫學上有一個綽號叫「one way tube」，顧名思義就是一條單行通道的意思，為了避免中耳發生細菌感染，耳咽管只允許中耳壓力釋放，不會主動開啟讓外在空氣進入中耳。當飛機開始下降時，外在環境壓力漸漸上升，但耳朵內的壓力維持不變，這時耳膜便會開始向內鼓起，產生耳鳴等不適症狀。

由於耳咽管不會主動開啟，因此我們必須藉由某些強制手段讓它運動，例如嚼口香糖、吞嚥口水、喝水或打哈欠等動作，這些動作的共通點就是會讓耳咽管周邊的肌肉運動，讓耳咽管開啟以平衡壓力。

比較有意思的是，嬰兒在下降階段因為不知道怎麼減緩耳朵的不適感，因此在疼痛感作用下，哭泣是最好的改善之道！當嬰兒放聲大哭時，嘴巴打開剛好可以讓耳咽管附近的肌肉運動，達到平衡壓力的效果，還不懂事的嬰兒因為不適感降低，本能地就會哭得更大聲，好讓後續的不適感消除。他們並不知道大哭會影響其他旅客安寧，只知道大哭可以讓耳朵舒服一點。

有時候，我們因為感冒產生的輕微發炎，使得耳鳴的感覺無法消除，此時，也可以藉由閉嘴捏鼻吐氣的強制手段，改善耳朵的不適感，這種方式在醫學上稱為持續閉氣用力動作（valsalva maneuver，又稱伐氏操作），如果做了這個強制動作還無法改善耳鳴問題，那麼便有可能是發炎問題嚴重，一定要借助醫生的診斷處方做必要治療了。

除了耳朵不適感外，由於飲食中難免會吃進許多氣體，再加上食物的消化過程也會產生氣體，這些氣體在腸道中存在，在爬升階段也會讓搭機旅客感到不適，最常見的就是有股想放屁的強烈感覺，當然也有些人會產生便意，甚至是急需到洗手間解便的不適感。為了避免在飛行爬升階段產生這些不適症狀，建議平時能有良好的排便習慣，以免腸道內有過多宿便存在。此外，搭機前盡量不要食用大量餐點，也最好減少食用容易產生氣體的食物，例如豆類或汽水與可樂類蘇打飲料，而嚼食口香糖除了吞嚥口水外，也會吞進不少空氣，此行為也建議避免。

潛水完先別急著搭飛機——高空減壓病

高空減壓病也稱為氣栓症，通常沒有一定症狀，較容易被忽略病因。

在正式介紹這個疾病之前，讓我們先回想一下開汽水的過程：當環境壓力越大，氣體溶解在液體中的數量就越多，溶解度越高，而當瓶蓋被旋開的那一刻，因為瓶內壓力急速降低，你會發現原本溶解在汽水中的氣體大量釋出形成氣泡，而高空減壓病的根源，就像是這些冒出來的氣泡一樣，這些氣泡將對人體造成危害！

人類呼吸過程，除了吸取氧氣並排出二氧化碳外，佔空氣比例 4／5 的氮氣也會隨著呼吸過程在人體內循環。當飛機離地爬升，隨著環境氣壓急速降低，原本已溶解於體內的氮氣，因溶解度遽降而生成大量的氣態氮氣在人體內。當溢出的氮氣量遠超過肺臟的排出量時，氮氣就會形成氣泡在血液中循環，產生各種不同類型的臨床症狀，在醫學上稱為減壓症，由於這類症狀易發生於高空環境，因此被稱為「高空減壓病」。

高空減壓病的臨床症狀非常多元，因壓力遽降而釋出的氣泡，將隨著血液流竄到體內四周，如果在關節附近或是深部肌肉組織聚集停滯，就會產生屈痛或是鈍痛。此外，也可能產生氣哽，導致胸口灼熱、刺痛、乾咳和呼吸困難；神經上的症狀則有視覺障礙、頭痛與肢體癱瘓等；而在皮膚上則有可能產生紅疹塊、刺痛、癢及水腫等。

當你出國旅遊從事水肺潛水 (scuba diving) 運動後再搭機時，由於潛水活動是在高壓環境下呼吸空氣，故大量氮氣會溶解於身體內各組織，也是常見高空減壓病的形成原因。若是潛水潛得越深越久，氮氣的溶解量就會越多速率也越快；而潛水完後，細微氣泡就會形成在體內組織，如果你潛水完後立刻搭機飛行，被保存在體內的氣泡便會膨脹進而阻塞血管、壓迫神經或引發血液病變，發生高空減壓病。臨床上，潛水後的建議飛行最低高度約為 5000 英呎，以避免出現高空減壓病的症狀；然而一般民航客機的加壓系統，通常會讓機艙內壓力相當於海拔 8000 英呎，因此無法抑制此類症狀發生，因此建議潛水後，至少 24 小時內應避免搭機飛行。

身體卯足全力對抗環境！達成你想飛上天的夢想

一般民眾較常知道的是搭機過程會讓味覺與嗅覺變差，所以飛機餐會變得不那麼美味。相較起來，高空缺氧、氣體膨脹效應，以及高空減壓病就較容易被忽略，期望讀者們閱讀完本文後，可以對自己的身體有更多認識，讓搭機旅遊變得更加美好。

• 〈本文選自《科學月刊》2021 年 2 月號〉
• 科學月刊／在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。