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到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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• 作者／高涌泉

人有人權，機器人是否應該也有某種類似於人權的權力（姑且稱之為「機器人權」）？目前這個問題還沒有被大眾認可的標準答案，因為我們還不知道機器人是否值得擁有機器人權。以當下（2021）最先進的機器人來說，我想多數人對於將它「關機」，不會有絲毫猶豫，就像我們可以毫不在意地任意關掉（或開啟）最先進的蘋果電腦。也就是說，當前最先進的機器人還沒有先進到需要我們去擔心關機是否影響它的福祉（生命）。但是未來呢？當，譬如說，一萬年之後 （ 或許不用那麼久，說不定一千年之後即可？）的機器人，已具備人性（我稍後會討論出現這種狀況的機率），那時人類應該允許機器人擁有機器人權嗎？

科幻電影中的機器人

對於這個假設性問題，好萊塢已經給了答案——你所能想像的狀況大約已經出現於某部科幻電影裡。有一類情境相當常見，讓我舉幾部很好看的片子為例來說明：

1. Ex Machina（人造意識，也譯為機械姬；據說拉丁文片名本意是「來自機器」）。片中的女機器人在主人的設計下，已經具有足以通過「圖林測試」（Turing Test）的智能，但是她還進一步發展出主人所不知的自主意識，最終為了自由而殺死把機器人當作娛樂工具的主人。
2. Blade Runner（銀翼殺手）。此片的機器人是仿生人，在外貌、語言以及行動上，與人類沒有區別，和 Ex Machina 中的機器人相比，好似更加先進，然而其機器人本質還是可以被一項對於情緒反應的測試揭發（有如測謊器的功能），片中機器人當然也被安排會為了避免「被退休」而殺人。
3. I, Robot（機械公敵）。片中機器人在外貌上，與人類有明顯區分，它們被製造來服務人類，有遠超越人類的體能，因此必須遵循艾西莫夫「機器人三定律」（第一定律：機器人不得傷害人類，或坐視人類受到傷害；第二定律：機器人必須服從人類命令，除非命令抵觸第一定律；第三定律：機器人在不違背前兩定律的情況下，必須保護自己），此片也一樣安排讓機器人產生某種程度的自主意識（主角機器人甚至會做夢），以及與人類的衝突。

以上三部科幻片的共同點是人類製造出的機器人終究會產生某種具自由意志的心智，並且會捍衛自己生存的權利、抗拒人類的宰制。這種「覺醒、反抗、勝利」三部曲的故事也廣為其他科幻電影所採用。（有一部叫好叫座、由 HBO 推出的科幻電視影集 Westworld（西方極樂園）也是大致循這樣的套路。）事實上，這樣的套路也出現在非科幻的一般劇情片中，大約是這種勵志招式符合某種人類的心理需求，所以很受歡迎。總之我們從機器人科幻片學到了兩件事：一是我們與機器人的關係取決於機器人能否產生自我意識（心靈），而且大家願意相信機器人應該終究會具有這樣的能力；第二是對於我們應該賦予機器人多少「機器人權」的問題，無論我們如何操心，恐怕不是重要的事，因為就如「人權是爭取來的，不是靠施捨的」，「機器人權」的內涵還是由機器人決定。不過這兩點若真要仔細推敲，就會發現可以質疑的地方非常多。

機器人適用心物二元論還是原子論？

首先，到底什麼是機器人？對此我一直沒有下個定義，因為不需要：大家都很清楚機器人儘管在外型與行為上，有很多種類，但一定都是人造的。所以機器人就是人造人（或人工人），是人類用材料製造出來的。所謂的材料就是物質，物質拆解到最後，就是各種原子罷了。所以機器人都是原子組裝出來的。但是人類不也是由原子組成的嗎？為什麼人不是機器人？或者，人其實也是一種是機器人？也就是說人也不過是一群原子依據某種明確的指令（程式、算則）在運行罷了！然而自古以來，不斷有哲學家懷疑這樣的看法，因為大家想不透在這樣的假設下，自由意志（俗稱靈魂）如何能夠出現？如果不行，也就是說靈魂這東西和物質屬於兩個範疇（即所謂的二元論），那麼人當然就不是機器人了：人有靈魂，機器人沒有。

但是自古以來也有不少人不相信二元論，例如古希臘的原子論者就不相信有獨立的靈魂這回事，以法國哲學家柏格森（Henri Bergson）的話說，原子論者相信的是「身體、靈魂、所有的物體以及世界，都是由原子所構成的。自然現象和思維都只是原子的運動而已。一切的事物與現象都是由原子、原子之間的真空（void）、以及原子的運動所組成的。除此之外，就沒有其他東西了。」如果原子論終究是對的，那麼人便只是一類較高明的機器人罷了！

那麼到底二元論與原子論兩者間哪一個比較有道理？（當然了，聰明的哲學家還發明出其他更繁複細膩，或者說更怪異有趣的理論，例如原子本身就是有意識之物體的說法等等，感興趣的人可以自行探究。）自近代科學出現以來，由於物理、化學與生命科學以及電腦科學的快速進展，眾多科學家自然地認為原子論的觀（自然現象和思維都只是原子的運動而已）是一件合理的假設，理解意識如何出現在腦子裡於是成為眾多研究的目標。

認知思考的想像實驗

美國哲學家瑟爾（John Searle）在 1980 年提出一項想像實驗（類似的想法其他人也有），試圖證明意識絕不是物質加上（電腦）程式就能產生的，具體說，即電腦不可能具有思考能力。他這個想像實驗一般稱為「中文房間論證」（Chinese room argument），讓我用一個不同於瑟爾原始版本、但我想仍不失其意的簡化版來說明這個論證：設想在某房間裡有位美國哲學家，他不懂中文與日文，但是能夠依據指令行事，房間裡有個資料庫，裡面有一份中日文字對照表（對哲學家來說，這裡的中日文字都只是奇怪的符號而已）及一本以英文寫的中日文語法規則簿（即中日文字對照表內符號之間應遵循的關係），我們將一篇中文文章送進房裡，這位先生就依據房間裡的資料庫，將這篇文章「翻譯」成日文，然後送出房間。房間外的人會以為這篇文章是房間內有位懂中文與日文的人所做的翻譯，但是瑟爾說房內的哲學家根本不知道他所經手的文章在講些什麼。

以行話說，瑟爾想示範的是掌握了「語法」（syntax）不意味就了解「語意」（semantics），而不了解語意就談不上認知與思考。總之，瑟爾的重點是知道依據明確的規律來操弄符號（這是所謂「人工智慧（智能）」（AI）的功能）儘管有翻譯的本事，但仍不具認知、理解與思考的能力，也就是他不相信電腦（AI）能夠導致意識與心靈。瑟爾的講法引發大量評論，有人主張自由意識根本是個幻覺（當然另有人說這麼想的人錯得離譜），也有人主張人腦與電腦有根本差異（但是究竟差異為何，則意見紛雜）等等。

在我的簡化版本中，瑟爾的想像實驗假設了機器翻譯是行得通的（但是即便如此，機器還是沒有意識可言），不過長久以來，機器翻譯其實一直沒有太大的進展。然而近年來由於大數據與深度學習方法的出現，機器翻譯的水準已經頗為可觀，儘管還算不上完美，但是已經不像更早些時，譯文漏洞百出，明顯就不是人為的。同樣地，深度學習也讓電腦下棋（無論是西洋棋或是圍棋）的功力，遠遠超越人類棋手。在翻譯與下棋之外，電腦還有很多令人刮目相看的新本事（傳統的本事當然是其快速計算的能力），所以就算電腦還談不上有真正的意識（無論這是什麼意思）可言，不少人（包括我）已經感到震撼。

對於意識等抽象概念的探討，如果沒有具體的例子作為對象，容易流於空泛，莫衷一是。目前在人類之外，什麼東西可能擁有某種程度的意識？動物是個明顯的答案，無怪乎科學家與哲學家對於動物的心智很感興趣。不過動物心智也不容易捉模，相關意見也一樣紛雜。據說，主張心物二元論的笛卡爾就認為由於動物沒有語言能力，因此談不上具有心智，不過我想很多養過寵物的人恐不會接受這個見解。

動物的心智與生存權

我自己雖不養寵物，但全然認同（起碼有些）動物是具有心智的。主因是我在過去五、六年間，迷上了在 YouTube上觀賞對於白頭鷹（bald eagle）的巢 24 小時全天候（晚上有紅外光夜視）的實況轉播。簡單講，整個情況就像電影 Truman Show（楚門的世界）的白頭鷹版——除了白頭鷹的真實生活比虛假的楚門世界要有趣太多了。白頭鷹是美國國鳥，曾一度列入瀕臨滅絕物種（endangered species）名單，後來在種種保護措施（包括禁止殺蟲劑 DDT）下，族群數量才逐漸回升。白頭鷹是美麗的大型鳥，位於食物鏈頂端，有王者氣質，令人著迷。現在網路上可以找到很多位於世界各地的這種稱為「白頭鷹巢實況監視」（live bald eagle nest cam）的 YouTube 頻道，我最早看的是一個位於美國首都華盛頓特區的巢：多年來，有一對白頭鷹固定在那裡築巢、育（鷹）嬰，人類鷹迷們分別暱稱公、母鷹為「總統先生」與「第一夫人」；它們每年秋季回到這裡，修整離地數十公尺的巢、交配、產卵、孵卵、撫育幼鷹，直到幼鷹於初夏可以自行飛翔離巢。

對於我這樣剛入門的觀鳥人，白頭鷹的一切生活習性都很有意思。例如，幼鷹一但接連破殼而出，殘酷的「手足競爭」（sibling rivalry）立即登場，父母不會介入這種（從觀眾留言可知，令不少人不忍心看的）天生的競爭，弟妹在受到兄姊的壓制之後，很快學到要避開對方的攻擊，並且如何在適當時機，迅速從父母口中搶到食物。又例如，公鷹規律地獵捕魚、松鼠等動物回巢，轉交母鷹餵食幼鷹。還有令我特別訝異的——父母會在下雨（雪）或大太陽時張開翅膀護著幼鷹。

觀鷹久了，我發現自己能夠預測老鷹的企圖，或者說可以領會老鷹在「想」些什麼、在動些什麼「心思」。老鷹儘管沒有語言，但是能夠發聲「呼喚」、「警告」、「恐嚇」其他老鷹或其他生物。我一點也不懷疑白頭鷹具有某種程度的心智。（知名哲學家奈格爾（Thomas Nagel）在 1974 年發表了一篇文章「身為蝙蝠會有什麼樣的感受？」（What is it like to be a bat?），他此文的主張就是，不是蝙蝠的我們永遠不會知道蝙蝠的主觀感受是什麼。我自以為多少了解白頭鷹的心思，當然是不認同奈格爾的主張可以推廣至白頭鷹。）為什麼白頭鷹能夠具有心智，而機器人沒有？這就是當代心智研究的基本問題。我猜測關鍵在於演化與成長歷史：白頭鷹是經過長期自然演化而產生的物種，從出生至獨立成熟也有個成長過程，而機器人卻不是如此。

動物應該擁有生存權，尤其是那些我們覺得具有某種心智能力的動物，這是很多人認可的事（在很多社會這件事其實已經成為法律）。白頭鷹的生存受到保護，數目也逐年增加，愛鷹人士都很高興。但是如果白頭鷹的數目因為保護而過度增加以至於影響了人類的利益呢？是不是白頭鷹的生存權也應受到限制呢？（對於某些動物，這種情況不是已經出現了嗎？）總之，動物權的範圍操之於人類。

機器人目前的處境還遠在動物之下，我看不出機器人如何能夠因產生心智而改變這種狀況。即便機器人因本事提高，讓我們將它們如同白頭鷹看待，它們生存權的範圍大小，仍是取決於人類，除非它們的聰明才智超越包括人類在內的一切動物。

人類目前的科技水準還處於初級階段，或許在很久很久以後，人類可以製造出和蚊子一樣靈活的「機械蚊」，那時才開始來操心所謂機械人權的問題還不晚。

• 文／張銘方 ，財團法人車輛研究測試中心 研究發展處

多項調查報告指出，駕駛者分心與疲勞是造成車輛意外事故的重要原因。美國公路運輸安全管理局（National Highway Traffic Safety Adminstration, NHTSA）之統計資料研究指出，每年因為駕駛者分心與疲勞導致之交通事故保守估計至少約占整體交通事故的 10%；因此，NHTSA、歐盟均表示將制訂安裝駕駛者監視系統等規範。

其中，台灣與美國已有交通法規禁止行車中使用手持式行動電話等駕駛異常行為，以避免駕駛分心。相關規範如下表1所示：

綜合上述規範分析，現行駕駛狀態監控的項次，主要分為：分心駕駛與疲勞駕駛兩大部分。

其中分心駕駛部分，隨著手持式行動裝置普及，多限制駕駛操控車輛時，禁止使用手持式行動裝置進行撥接、通話或發簡訊等分心行為，以避免駕駛分心而造成危險發生。

而在疲勞駕駛部分，目前車輛法規與標準裡皆尚未對駕駛疲勞明確定義，但交通法規裡已將「連續駕駛的時間」當作一個指標，規範駕駛人不得連續駕駛車輛超過一定的時數。

駕駛者監控系統介紹

車輛中心 （ARTC） 駕駛狀態監控系統係以數位訊號處理器為核心，接收攝影機並輔以紅外線投光器等感測元件，擷取車艙內駕駛人臉影像資訊，透過影像處理技術偵測駕駛面部特徵位置，並結合駕駛行為模型，估計駕駛者行駛行為特徵，判斷駕駛者開車之專注力，當系統判定為異常行為發生時，如分心駕駛、手機通話和吸菸等異常行為發生時，系統透過 GPIO（General-purpose input/output）以揚聲器發出警示聲；本系統亦能透過 CAN BUS 介面讀取車速、方向燈等車身訊號，以輔助判斷系統啟動時機，其系統架構如圖 1 所示。

本系統關鍵技術為人臉偵測與臉部特徵辨識演算法、駕駛狀態解析演算法與嵌入式硬體設計技術等，系統判斷邏輯如圖 2 所示。

分心駕駛行為偵測技術

本系統透過車室內的攝影機與紅外線光源裝置，擷取全天候（日/夜）駕駛面部影像，偵測駕駛人臉五官位置，進行辨識臉部注視方向的駕駛視野分析，並估算頭部（左、右）偏擺量，進而分析駕駛者的分心程度，當超越警示值時，則給予適當的警示，如圖3 所示，其辨識率可達 95% 以上。

違規駕駛行為偵測技術

異常行為偵測演算法主要目的為偵測駕駛者打手機與吸菸狀態，而本系統藉由臉部特徵判斷偏擺角度，角度過大時，其為危險駕駛，角度於容許範圍時，亦同時進行異常行為偵測-打手機與抽菸狀態，打手機行為與吸菸行為辨識係參考前述所得人臉五官位置，並透過臉部邊界與人臉五官之幾何關係，取得打手機與吸菸偵測特徵區域搜尋，其偵測方法以分類器演算法進行比對與估測，辨識率可達 90%以上，系統作動警示如圖4所示。

將出現更廣泛運用的駕駛者監控系統

駕駛者監控系統以影像辨識技術為基礎，偵測駕駛人臉五官位置與建置違規駕駛行為模型，以進行駕駛者異常行為偵測，藉由比對資料庫模型而判定行為是否發生，並適時地提出警告；目前駕駛者監控系統可應用於商用車隊駕駛、職業司機安全管理系統，未來隨著法規上路，以及消費者對於行車安全更加注重，預期該系統的成長率與市場規模將會持續成長，如圖 5 所示。

駕駛者監控系統為一整合型之系統，除了兼具駕駛狀態監控功能外，未來亦可結合其他安全警示系統（前方碰撞警示、車道偏移系統等），應用影像處理核心平台，推出具多功能之系列產品。

本文出自財團法人車輛研究測試中心；原文於此，如需轉載，歡迎與車輛中心聯繫。