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人類可能愛上機器人嗎?機器人能否學會愛與感受?

PanSci_96
・2019/06/07 ・4395字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 551 ・八年級

  • 文/Te-Yi Hsieh,現為英國University of Glasgow 博士生,主修 Neuroscience and Psychology。研究領域介於心理學、機器人學、神經科學的交界處。欲知更多研究相關資訊可關注:http://www.so-bots.com/
    Twitter: @TeYiHsieh

人工智慧(artificial intelligence,AI)、機器人絕對是近年最火紅的話題之一。人們開始意識到科幻電影裡的場景可能即將在現實生活中發生,一則以喜一則以憂。喜的是科技進步帶來的便利性,例如,機器人也許能補足老年化、少子化社會,照顧者短缺的問題;憂的是,機器人會搶走我們的飯碗,甚至,有些人開始擔心智慧爆炸(intelligence explosion)註1的極端情境。

從社會的層面來看,這些似人非人的機器人,究竟會在我們生活中扮演怎樣的角色?當它們擁有人類的外型、語言、甚至情緒表達,我們會只視它們為無生命的機器、工具嗎?這個問題,我們可以從 2001 年的電影《A.I. 人工智慧》(A.I. Artificial Intelligence)談起。

電影《A.I. 人工智慧》。圖/IMDb

人類能夠愛機器人嗎?《A.I. 人工智慧》

電影《A.I. 人工智慧》描述一個科技高度發展的未來世界(對現代來說仍是未來),一家機器人公司研發出第一個懂得「愛」的機器人小孩──大衛。在此同時,該公司的員工亨利與太太莫妮卡,正面臨親生兒子馬丁因絕症而冷凍睡眠的絕望中。這樣的家庭悲劇讓亨利成功為公司選中,成為這個新型機器人小孩的第一位使用者。

太太莫妮卡起初是憤怒且強烈反對。「沒有任何東西能取代我們的孩子!」她對亨利大吼。但日子一天天過去,大衛極盡真人的外貌、行為、情緒反應讓莫妮卡很難只把大衛當作一個「機器」對待,加上自己深知親生兒子馬丁也許永遠無法甦醒,莫妮卡開始放下心中的抗拒感,再次歡笑、重拾「當一位母親」的快樂。然而,這將是一個不可逆的決定,機器人小孩對特定對象的愛無法刪除,無法重灌,要是收養者事後反悔,機器人只能被送回原公司銷毀。

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正當大衛要在新的家庭展開生活時,意想不到的事發生了──莫妮卡與亨利的兒子馬丁的病情好轉,並從冷凍中甦醒。馬丁返家後為整個家帶來了不定時炸彈。人類的手足、同儕之間都時常互相較勁了,更何況是人機之間。馬丁打從心底認為大衛不配分散媽媽對他的愛。而大衛雖然僅是單純想得到母親的愛,卻不懂人類世界複雜的社交方式,無心之間做了許多傷害媽媽、傷害馬丁的行為。最終,莫妮卡、亨利為了保護兒子的安全,做出了棄養的決定。

機器人男孩大衛。圖/IMDb

就在莫妮卡即將載大衛回公司銷毀的前一刻,她心軟了,她打開車門,叫大衛快逃往樹林,遠離人群、不要被任何人類抓住、不要被銷毀。

「問題不是製造學會愛的機器人,真正的問題是⋯⋯人類能不能愛它們?」

機器人是否「為人」,標準在哪?

機器人能不能學會愛、有沒有感受力、有沒有意識?這可以是一個難以得到共識的哲學思辨。首先,何謂愛?何謂感受?何謂意識?科學家目前對人類的意識如何運作、在腦中的神經活動中如何產生都爭辯不休了註2,我們如何輕易定論機器人有沒有辦法擁有意識、學會愛呢?

根據心理學家 Haslam、 Loughnan、 Kashima 與 Bain(2009)所進行的大眾實際調查,以及其形成的理論,一個簡單的答案是:機器人也許可以學會情緒「表達」,但它們沒有「情緒感受力」。

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Haslam 及同事透過一系列調查研究,試圖找出「為人」(humanness)與「去人性化」(dehumanization)之間的界線。換句話說,找出有哪些重要因素,讓我們判斷一個對象「為人」;相對的,當沒有這些重要因素時,我們會把此對象判斷為非人。他們進行一連問卷調查研究,以及內隱聯結測驗(implicit association test,IAT)註3,測量參與者對四大類對象──人、機器人、動物、超自然事物──的想法及態度,並藉由比較「人」與「非人」對象的看法,歸納出哪些特質、心理狀態是專屬於「人」這個概念的。

結果發現,不管在東、西方的文化中,人們對「為人」的概念主要由兩個面向組成:

一是「人類天性」,包含有生命及無生命體本質上不同的所有特質,如情緒力(emotionality)、欲望(desire)、好奇心(curiosity)、自主行為能力(agency)等;

二是「人類特殊性」(human uniqueness),包含邏輯思考、推理等的認知能力,以及受社會、文化影響下的特質,如禮貌(politeness)、勤勉正直性(conscientiousness)等。

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缺少「人類天性」的特質,一對象會變得冷酷、機械化;而缺少「人類特殊性」的特質,一對象會趨近於動物。因此,人類與機器人的主要差異在於「人類天性」。機器人可以擁有「人類特殊性」,可以推論、理性思考;但不具有「人類天性」,無法感知情緒、產生自主欲望。

機器人也許可以有非常似人的外表、擬真的社交互動註4。但就本質上而言,它們的情緒表達再真實,都不是因為真的「感覺到」這些情緒而做出外顯反應,而是被設計、製造而得以如此。

機器人可以擁有人型的外表、情緒,但終究沒有感受(experience)的能力。圖/ Unsplash )

既然我們認為機器人實際上無法感受、沒有痛覺、不會真的有負面情緒,為何電影《A.I.人工智慧》中莫妮卡會忍不下心將大衛銷毀?難道只是電影劇情需求嗎?不盡如此。從目前人機互動(human-robot interaction)的眾多實驗結果來看,我們對待機器人確實會比對待電腦、家電等機器時,有更擬人的互動,尤其是當機器人具有擬人特質時(例如外貌、情緒)。

人會同情機器人?

Seo 與同事設計的研究 (2015) 中,受試者需要與機器人 Nao 合作進行遊戲。在遊戲進行數分鐘後,Nao 開始出現一些故障的跡象(這當然是實驗者事先設計好的),像是動作、說話變得不流暢等等,這樣的故障會隨著時間越來越明顯。而在 Nao 出現故障的狀況後,它會表現出害怕跟擔憂的樣子,並向受試者說它很擔心實驗者發現它故障,會把自己的記憶消除、它不希望忘記跟受試者玩遊戲的快樂回憶。然而最終,實驗者還是出現、並在受試者面前把 Nao 更新了,更新後的 Nao 會展現完全不同的說話方式跟特質(這是為了讓受試者相信記憶真的被消除了)。

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在這一連串的情境之後,受試者接著會填答一些問卷、回答他們在實驗中的感受。

Nao 機器人。圖/ Photo Pin

結果顯示,人們確實會對這個 Nao 產生同情、同理的情緒,有些人甚至替 Nao 向實驗者求情。

然而該研究並沒有直接比較人們對機器人、人、非擬人機器(如電腦)的反應,再者,自陳式問卷一直是被受質疑的測量方式。因此,目前已有很多神經心理學家,使用腦造影技術如「功能性磁振造影」(functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)來了解我們與機器人互動時大腦的活動。

在我們腦中比機器更接近人,但仍不是人

如 Krach 與其同事(2008)的研究,他們透過 fMRI 的技術發現,人們腦中掌管「心智理論」(the Theory of Mind,ToM)註5腦區──主要包含內側前額葉皮質(medial Prefrontal Cortex, mPFC)與顳頂葉接合(temporoparietal junction,TPJ)──在與擬人機器人互動時,活化程度會比與機器手臂、電腦(不具人型外表)互動時高。但仍比不上與真實人類對象互動時的大腦活動。

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換言之,機器人似人的外表,會讓我們的大腦認為它們—某種程度上──是具有心智(mind)的。機器人對我們來說,不會完全等同於電腦、手機等沒有擬人特質的機器,但也不會對待它們(機器人),全然像對待其他人類一樣。

然而,不同證據在 Chaminade 團隊(2012)的研究中也被發現了。Chaminade 與同事比較了受試者面對人、機器人、電腦等不同對象時的大腦活動狀態,卻發現負責心智理論(ToM)的腦區只在與人互動時有顯著的活動。

支持不同假說的結果存在於目前文獻中,尚無法達成一個定論。這或許是因為此領域的新穎性,我們需要更多的「重複驗證研究」(replicate study)來確立一個現象的真實性,加上不同研究者使用的機器人、作業、研究環境、指導語有些不同,都可能為研究結果帶來變數。可以確定的是,此領域的研究結果將會相當可期,AI 機器人等科技在未來社會的利用,可說是一個相當確立的趨勢。從心理學、神經科學的角度來看人機互動,不但對機器人設計能帶來幫助,同時也使我們更了解人腦的認知運作方式。

AI 機器人等科技在未來社會的利用,圖/銀翼殺手2049@IMDb

大衛最後實現願望了嗎?

說到這裡,也許有些讀者還相當在意,《A.I. 人工智慧》中機器人小孩大衛最後到底怎麼了?大衛被放逐後,踏上了旅程尋找木偶奇遇記中的藍仙女,希望她能把自己變成一個真實的男孩,因為大衛深信,唯有這樣才能真正得到母親的愛。然而這個心願當然沒有實現,兩千年過後,地球已完全結冰、人類也已滅亡,外星人挖出了冰層中的大衛,欣喜於發現這個相當「原始」的機器人的同時,也決定為大衛完成心願──讓母親莫妮卡重生,但只能存活一天。在這得來不易的一天中,大衛終於得以享受專屬於母子的快樂時光,沒有亨利、沒有馬丁。夜幕將至,母親即將再度陷入永恆長眠之際,對著他輕輕說:「我愛你,大衛,我一直很愛你。」大衛流下眼淚,彷彿長久以來的願望終於實現,也終於能隨著母親,一同長眠。

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這樣有些令人惆悵的結局似乎也透露著,要機器處理人類的感情訊息何其困難(很多時候我們自己都無法理解了!)母親當然是愛著他的,但大衛直到最後一刻才明白。

以現在的技術,人類也許還無法製造出像大衛一樣,可以如此自然互動的社交機器人,但如果有一天我們的科技做到了,你會如何看待這些乍看與真人無異、但本質上截然不同的對象呢?

  • 註 1:智慧爆炸(intelligence explosion)意指當人工智慧學會自我進化,其所擁有的智能將在極短的時間內超越人類所擁有、所能控制的情況(參考資料 1)。但也有意見主張智慧爆炸不可能出現(參考資料 2)。
  • 註 2:有興趣了解神經心理學家關於「意識」的理論,可見參考資料 3 為一例。
  • 註 3:「內隱聯結測驗」最早由 Greenwald 及其同事(1998)提出,是一種藉由測量受試者對特定詞組的反應,來得知其內隱態度的測量方式。此方法,相較於自陳式問卷,較能排除受試者想符合社會期許所造成的答題偏誤。
  • 註 4:雖然這目前仍是非常難以達到的境界。人類的社交活動,仔細分析下來其實非常複雜且精細,包含了各種大大小小的社交線索。更有一派說法認為,人類大腦的認知能力遠超越其他物種就是為了應付複雜的社交場域—詳見參考資料 5。
  • 註 5:「心智理論」意指在瞭解他人的心智狀態的功能。例如,站在別人角度思考、同理他人,都是會使用到心智理論的情境。

參考資料

  1. Ted Talk「人工智慧的長期未來
  2. The implausibility of intelligence explosion
  3. Graziano, M. S., & Webb, T. W. (2015). The attention schema theory: a mechanistic
  4. account of subjective awareness. Frontiers in Psychology, 06. doi:10.3389/fpsyg.2015.00500
    Haslam, N., Loughnan, S., Kashima, Y., & Bain, P. (2009). Attributing and denying humanness to others. European Review of Social Psychology, 19(1), 55–85.
  5. Adolphs, R. (2009). The Social Brain: Neural Basis of Social Knowledge. Annual Review of Psychology.
  6. Seo, S. H., Geiskkovitch, D., Nakane, M., King, C., & Young, J. E. (2015). Poor thing! would you feel sorry for a simulated robot? Proceedings of the Tenth Annual ACM/IEEE International Conference on Human-Robot Interaction – HRI ’15. doi:10.1145/2696454.2696471
  7. Krach, S., Hegel, F., Wrede, B., Sagerer, G., Binkofski, F., & Kircher, T. (2008). Can machines think? Interaction and perspective taking with robots investigated via fMRI. PLoS ONE, 3(7), e2597. doi:10.1371/journal.pone.0002597
  8. Chaminade, T., Rosset, D., Da Fonseca, D., Nazarian, B., Lutcher, E., Cheng, G., & Deruelle, C. (2012). How do we think machines think? An fMRI study of alleged competition with an artificial intelligence. Frontiers in Human Neuroscience, 6. doi:10.3389/fnhum.2012.00103
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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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AI 破解生命密碼!AlphaFold 3 揭開蛋白質折疊的終極謎團
PanSci_96
・2024/10/07 ・1619字 ・閱讀時間約 3 分鐘

AlphaFold的誕生:人工智慧的奇蹟

2018 年,Google 旗下的 DeepMind 團隊推出了第一代 AlphaFold,這是一款基於深度學習的 AI 模型,專門用於預測蛋白質的三維結構。AlphaFold 的命名取自「fold」一詞,意為折疊,指的是蛋白質在胺基酸鏈構成後迅速摺疊成其功能所需的三維結構。

AlphaFold 的突破在於其能夠預測出蛋白質折疊的可能性,這是一個傳統計算方法無法達到的領域。第一代 AlphaFold 在國際 CASP 比賽中取得了一定的成功,雖然其預測準確度尚未達到實驗室標準,但其潛力讓科學家們充滿期待。

歡迎訂閱 Pansci Youtube 頻道 獲取更多深入淺出的科學知識!

為什麼蛋白質結構預測如此重要?

蛋白質是生命的基石,它們的功能取決於其複雜的三維結構。然而,僅靠實驗技術來解析蛋白質的結構既昂貴又耗時。過去科學家依賴於如 X 光晶體繞射等技術來解析蛋白質的結構,然而這種方法雖然精確,但往往需要數年時間來得出一個結論。

到目前為止,人類已知的蛋白質數據庫中,全球僅解析了大約 22 萬種蛋白質的結構,這遠遠不足以滿足生物學和醫學研究的需求。尤其是人類的許多蛋白質結構仍然未知,這成為阻礙醫學進步的一個主要瓶頸,特別是在藥物開發和疾病治療上,因此如何加速對蛋白質的結構的解析至關重要。

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AlphaFold 2:技術飛躍

2020 年,AlphaFold 2 橫空出世,改進了多項技術,預測準確度大幅,幾乎達到了與實驗結果相媲美的程度。這一成就震驚了全球生物學界,許多科學家開始將 AlphaFold 2 應用於實際研究中。

AlphaFold 2 的成功源自於其三大技術革新:

  • 注意力機制:模仿人類的思維模式,從大局出發,關注蛋白質結構中的每一個細節,進而提高預測的準確性。
  • 多序列比對功能:通過搜尋類似的胺基酸序列,推斷新的蛋白質結構。
  • 端到端預測模式:利用深度學習神經網路,不斷反饋預測結果,持續優化模型。
AlphaFold 2 預測準確度大幅提升。 圖/envato

AlphaFold 3:下一代 AI 的力量

隨著 AlphaFold 2 的成功,DeepMind 並未停止其腳步。2024 年 5 月,AlphaFold 3 正式推出,這標誌著 AI 技術在生物學領域的又一個里程碑。AlphaFold 3 的改進再次吸引了科學界的目光,它強化了注意力機制,並引入了擴散模型,這使其能夠更快且更準確地預測複合蛋白質的結構。

擴散模型是一項關鍵技術,它能夠生成大量的可能蛋白質結構,並快速篩選出最可能的解答。與此同時,AlphaFold 3 還內建了「減幻覺」功能,這讓其在產生結果時能夠避免過多不切實際的預測,提升了結果的可信度。

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AlphaFold 的實際應用:醫學與藥物開發

AlphaFold 3 的誕生,不僅是一個技術突破,還為醫學和藥物開發帶來了巨大的希望。過去,癌症治療中的標靶藥物需要經過漫長的實驗才能確定其作用原理,然而現在,通過 AlphaFold 的預測,科學家可以更加精確地針對癌細胞中的錯誤蛋白質,設計出更有效的藥物。

除此之外,AlphaFold 3 還在抗病毒藥物、抗生素以及阿茲海默症等領域展現了潛力。其能夠預測蛋白質與其他分子(如DNA、RNA)的交互作用,這使得研發新藥的過程大大加速。

AlphaFold 3 的挑戰與未來

儘管 AlphaFold 3 取得了驚人的進展,但其仍然面臨一些挑戰。首先,目前 AlphaFold 3 的模型尚未完全開源,這限制了研究人員對其內部運作的了解。為此,一些科學家已聯名要求 DeepMind 開放其程式碼,以便進行更深入的研究和應用。

不過,隨著 AlphaFold 3的逐步推廣,生物學家相信它將繼續改變生物學研究的方式。未來,這項技術有望在解決更多未解難題中發揮關鍵作用,並為醫學領域帶來更大的突破。

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泛科學院_96
・2024/07/08 ・2458字 ・閱讀時間約 5 分鐘

下載 Youtube 影片、自動生成影片逐字稿、AI 智慧翻譯、匯出雙語 SRT 字幕、字幕內嵌 MP4 影片,甚至是把你的電腦當成 AI 運算伺服器、使用多模態 AI 模型來做圖片辨識……這一切的一切通通都免費,敢有可能 (Kám ū khó-lîng)?

今天的影片要來跟你分享開源 AI 套件 Ollama,這個開源套件AJ 最近上課演講工作坊逢人必教。

今天的影片,我們要手把手教你使用 Ollama 在你的電腦裡執行各種免費開源 AI 模型,希望你能跟我一樣成為 AI 暈船仔……Ollama 真香……啊扯遠了,我們沒有點數可以送。

今天的影片會分成三個部分:

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  1. Ollama 安裝與模型下載
  2. 結合 Memo 翻譯影片字幕
  3. 用多模態模型做圖片辨識

Ollama 安裝與模型下載

首先我們要先安裝 Ollama:

來到 ollama.com 點選 Download,下載適合自己的版本後進行安裝,安裝完畢之後,啟動 Ollama。以我的電腦來說右上角就會出現一個小小的 Ollama 圖示,這樣就成功安裝囉!

接著我們需要下載 AI 模型到你的電腦:

回到 Ollama 首頁,點選右上角 Models,這邊就會列出所有官方支援的模型,比如最近很流行的 Meta LLAMA 3、微軟的 Phi3、法國 Mistral AI 公司的 Mistral、Google Gemini 模型的開源版 Gemma 都有,你可以挑選喜歡的來測試。

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比如我點選 LLAMA 3 的連結,模型頁面有兩個地方要注意:一是模型大小,LLAMA3 是 4.7G,一般而言要玩大模型,電腦記憶體至少 16G,預算夠就 24G 不嫌多;如果你是使用一般文書電腦,記憶體 8G 的話,建議你現在馬上停止你的任何動作。我有測試過電腦會直接當機……不要說我沒有提醒你。

點開 Latest 選單可以依照需求選擇不同版本的模型:

不過我們直接點選最右邊複製執行指令,打開電腦的終端機程式,或著命令提示字元,貼上,這樣電腦就會開始下載並且自動安裝囉。

你可以用 ollama list 指令查看現在電腦內有哪些模型,如果硬碟容量有限,用 ollama rm 後面加上模型名稱可以刪除模型。比如:ollama rm llama3。我們這邊另外安裝 llava 模型:ollama run llava,這樣準備工作就完成囉。

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Ollama + memo

最近只要演講上課,我一定會分享 Memo 這套好用的軟體,我們之前也有一支影片分享他的用法。

最近 Memo 更新之後,我們就可以直接使用 Ollama 結合特定的模型來進行字幕的翻譯。舉例來說,我們打開 memo,複製 Youtube 網址;我們用這支 楊立昆 的演講,貼上網址,開始下載,下載完畢後使用電腦進行語音辨識,接著我們就可以使用 Ollama 搭配剛剛準備好的 LLama3 模型來做翻譯!


翻譯完畢之後就可以匯出 SRT 字幕


如果你本身是影片創作者,這招就可以輕鬆製作你的 SRT 字幕,再也不用花時間對字幕時間軸了。

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或者你要把影片字幕直接內嵌在做簡報的時候播放影片:


匯出 MP4 格式,語言選雙語。如果你還沒用過這招處理影片,我強烈建議你一定要試試看!

Ollama + Enchanted

接下來我們要分享另一套非常實用的工具——Enchanted。他也是開源,可以讓原本是文字介面的 Ollama
提供類似 ChatGPT 的對話視窗,甚至支援圖片辨識的多模態模型 llava,Mac 用戶可以直接去 App Store 免費安裝。


同時開啟 Ollama 跟 Enchanted LLM:

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就擁有一個漂亮的視窗介面,可以優雅的啟用各種想要測試的 AI 模型,他甚至有手機版 APP!用手機連線自己的蘋果電腦跑 AI 模型?這……這,真的可以免費用嗎?

讓我來試試看!

首先要先安裝 ngrok 這套程式,選擇自己的作業系統然後下載。Windows 用戶應該直接安裝就可以了,Mac 的用戶在終端機執行這行 Sudo 指令把程式解壓縮到 user local bin 資料夾,接著註冊一個免費的 ngrok 帳號。

複製 ngrok config 指令,貼回自己電腦的終端機,把連線金鑰寫入自己的電腦。

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最後一步,啟動連線,指令是:ngrok http 11434 –host-header=”localhost:11434″

一切順利的話就會看到類似這個畫面。

然後把 forwarding 的網址複製,打開 iPhone 或 iPad 的 Enchanted app,在設定 Setting 裡面把 Ollama 網址貼上,這樣就可以遠端調用電腦的 Ollama 來使用 AI 模型,比如選用稍早下載的 LLava 多模態模型。

傳一張照片,問它這是什麼?

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是不是非常神奇呢?
快練習把 ollama、ngrok 跟 Enchanted 串起來跟朋友炫耀吧!

總結

今天的影片跟各位分享了基於 Ollama 這個開源 AI 套件的各種有趣應用,你是否有成功在 iphone 上打造自己的 AI 服務呢?

  1. 太複雜了我決定躺平
  2. 笑話,我可是尊榮的 GPT Plus 用戶
  3. 沒有 Mac 電腦不能玩……嗚嗚嗚
  4. 你怎麼不介紹那個 ooxx Ollama 套件

如果有其他想看的 AI 工具測試或相關問題,也可以留言告訴我們~

更多、更完整的內容,歡迎上泛科學院的 youtube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得

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我是泛科學院的AJ,有15年的軟體測試與電腦教育經驗,善於協助偏鄉NPO提升資訊能力,以Maker角度用發明解決身邊大小問題。與你分享人工智慧相關應用,每週更新兩集,讓我們帶你進入科技與創新的奇妙世界,為未來開啟無限可能!