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人口普查、打孔卡片、IBM——第一台插電的計算機│《電腦簡史》數位時代(一)

張瑞棋_96
・2020/08/24 ・3237字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

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計算機從齒輪時代邁入新的數位時代,有兩個重大變革,一是硬體零件,一是運算方式。硬體改用電子元件取代機械齒輪,運算方式則從類比轉為數位化。不過光數位化還不夠,還必須從十進位改為二進位,才可以在貯存、運算或傳輸各方面都達到最佳效果。這過程並非一蹴而成,而是多位先驅——或提出理論架構,或動手發明——闢出不同的進路,最後才匯聚成現代電腦的樣貌。

本文為系列文章,上一篇請見:將類比計算機推向顛峰,也為未來科技舖好沃土的凡納爾.布希│《電腦簡史》(二十四)

人口普查統計搞了八年!怎麼辦?

計算機什麼時候開始用電的?上一篇提到凡納爾.布希與學生於 1926 年發明的「連續積分儀」首度利用電錶與可變電阻,但其實這並不是第一台插電的計算機。事實上,早在特斯拉於 1896 年為西屋公司電建立交流電網之前,就已經出現使用電力的計算機了。

1880 年,美國展開十年一度的人口普查。調查員挨家挨戶詢問各項基本資料,在表格上填寫完成後,統一送回華府的「美國普查局」(United States Census Bureau) 進行各項統計與交叉分析。當時美國人口已超過五千萬人,如此龐大的資料全賴人工作業,最後花了八年的時間才處理完畢。

當時美國普查局有個新進的菜鳥叫何樂禮 (Herman Hollerith),前一年才從大學畢業,在這次普查負責工業數據的統計。他看見局裡堆積如山的普查資料,已經可以預見處理起來勢必曠日廢時,於是與部門主管畢林斯 (John Shaw Billings) 討論是否有更好的作法。畢林斯告訴他有一種雅卡爾織布機,利用打孔卡片自動編織圖案,或許可以用這樣的原理打造一部機器,幫忙統計資料。何樂禮聽了記在心裡,開始私下進行研究。

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何樂禮 (Herman Hollerith) 攝於1888年。圖/WIKI

如果結合打孔紙帶與繼電器……

一年後,普查計畫的主持人轉任 MIT 校長,回頭挖角何樂禮到 MIT 機械系任教,於是他只在普查局待了兩年,就於 1882 年前往波士頓。何樂禮在 MIT 執教之餘,仍抽空繼續研究自動統計的機器,不過教學工作遠比他想像的繁重,於是過了一年他就辭去教職,到華府的專利局工作。如此一來他有更多時間來設計機器,也可以順便學習如何為自己的發明布局專利。

1884 年,何樂禮提出第一項專利申請。在這個原始設計中,何樂禮用的是打孔的紙帶,紙帶上每一排有 26 格,藉由在不同位置打洞,來代表一個人的年紀、性別與人種。其中年紀就佔了 20 格,十位數與個位數各有 10 格代表 0 到 9,在其中兩格打洞表示歲數,因此只能記錄 00 到 99,百歲人瑞就沒辦法了。

紙帶通過滾輪時也會經過一排電刷,有打洞的那幾格,電刷會接觸到紙帶下方的金屬而構成電流迴路,對應的繼電器隨之啟動(裡面的電磁鐵通電後,產生磁力吸引金屬條移動),帶動計數器。整卷紙帶全部跑完,各項數字也就自動累加完畢。這就是史上首度使用電流的計算機——不過它只停留在設計圖的階段,並沒有真的製造出來。

打孔卡片取代紙帶,租賃合約取代買斷

因為何樂禮很清楚這樣一部機器仍無法應付人口普查。紙帶能再增加的寬度有限,所承載的資訊量遠遠不及普查的項目。此外也無法再進一步分類統計,例如不同性別或不同人種的年齡分布。因此何樂禮將專利申請送出去後,立即著手改善,最後他從當時的火車票得到靈感,用打孔卡片取代紙帶,一張卡片記錄一個人,便能放進更多個人資料。

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何樂禮設計的打孔卡片。圖/WIKI

同時他改用矩陣式的探針穿過卡片上的洞,與孔洞下方的水銀凹槽接觸,就可以從特定組合的電路得出對應項目的分類統計;若要做不同項目的統計分析,只要更換不同的探針頭就可以了。此外,何樂禮還裝設了卡片歸類匣,共有 22 格。卡片經過探針頭後,電子訊號同時打開它應歸類的格子,操作人員就知道這張卡片應該放置何處,不需要再靠人工判讀比對。

1886 年,何樂禮完成了改良後的原型機,取名為「何樂禮電力製表系統」(Hollerith Electric Tabulating System)。經由畢林斯的協助,這部機器獲得巴爾的摩公共衛生署 (Baltimore Department of Health) 用來做死亡統計,取得不錯的成效,於是隨後紐澤西州以及紐約市的公共衛生署也陸續採購使用。從巴斯卡以降,多少計算機先驅充滿期待卻無法達成的事——計算機的商業化,終於在何樂禮手中達成。

這當然要歸功於何樂禮結合打孔卡片與電流控制,讓計算機展現巨大的效能。但除了技術因素之外,還有一個成功關鍵在於新的商業模式。何樂禮並不是直接將機器賣給客戶,而是透過西屋電氣這樣的大公司提供租賃服務,讓客戶每月支付租金即可。如此一來客戶就不會因為購置金額龐大而裹足不前,何樂禮也能取得資金專心研發,瞄準最大的目標—— 1890 年的人口普查。

人口普查大放異彩,商用市場勢如破竹

其實何樂禮根本沒有對手,另外兩家參與標案的廠商仍是用人工作業,測試成績遠遠落後,因此美國普查局毫不猶豫地選用何樂禮電力製表系統。結果這次只花了六年就處理完畢,雖然只比上次縮短兩年,看起來不多,但其實美國人口已成長到將近六千三百萬人,比十年前增加了四分之一。

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此外這次調查的項目也變多了,資料量大幅增加下,卻用更少的人力在更短的時間內完成(其實大部分的人力與時間都花在前置作業,他們得先將回收的調查表製成打孔卡片),已足以證明何樂禮這部機器確實有極大的效益。

用於1890年人口普查的自動製表機。圖/WIKI

何樂禮十年磨一劍,威震江湖。問題是人口普查十年才一次,在取得下次標案前,難道要喝西北風?何樂禮趕緊尋找新的客戶,他發現鐵道公司是最佳對象,因為如我們之前在巴貝奇的章節提到,隨著鐵路不斷增建,客運量與貨運量快速成長,鐵道公司每天都需要大量人力進行結算。如果獲得鐵道公司採用,就可以帶來穩定的收入。

不過原來針對人口普查設計的機器只能算是加法器,而鐵道公司進行結算時,加減乘除都會用到。因此何樂禮將萊布尼茲的步進滾筒整合進來,原本滾筒表面九根突起長條是以機械方式帶動齒輪,改成接觸導電而啟動繼電器,便能同樣用電流完成四則運算。何樂禮順便裝設了自動輸送卡片的機制,就不需靠人工一張一張的放進卡片。此外,他還從電話交換總機獲得靈感。當時仍是靠人工將電話線路在「插接板」(Plugboard) 上插拔來接通電話,何樂禮也在探針頭上加裝插接板,如此不用更換探針頭就能切換不同的交叉統計。

何樂禮終於在1896 年九月,獲得紐約鐵道公司同意採用這部全新的「整合製表機」(Integrating Tabulator)。有了這家全美第二大鐵道公司的合約,何樂禮在三個月後就放膽創業,成立「製表機器公司」(Tabulating Machine Company)。他不但再次贏得 1900 年人口普查標案,而且到了 1908 年,他的公司已經有三十家大型客戶,除了鐵道公司,還有壽險公司、公家機構,以及製造業。

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公司合併誕生 IBM,影響電腦發展一世紀

不過事必躬親的何樂禮也因為業務擴張而健康亮起紅燈,於是在一位金融家的規劃下,於 1911 年讓公司與另外三家分別製造時鐘、打卡鐘,與精密磅秤的公司合併為「計算—製表—記錄公司」(Computing-Tabulating-Recording Company,簡稱C-T-R)。何樂禮本身轉任技術顧問,繼續為新公司效力十年才功成身退。

1924 年,C-T-R公司更名為定位更明確、更具雄心的名稱:「國際商業機器公司」,也就是我們現在熟知的 IBM (International Business Machines Corporation)。

IBM的前身——“Computing-Tabulating-Recording Company” 。圖/WIKI

雖然公司名稱用的是「商業機器」,但如我們所見,百年來IBM 一直都是以計算機為事業核心。這當然都源自於何樂禮的發明與開拓出來的商用市場,在他奠定的基礎上,IBM繼續成長茁壯,不斷在電腦的發展上扮演舉足輕重的角色。

除了孕育出 IBM,何樂禮對於電腦的技術創新也做出直接的貢獻。是他率先引進電力,開啟計算機從機械式轉向電子式之路;是他率先將打孔卡片實際用於計算機(雖然是巴貝奇最早提出,但畢竟他的分析機從未建造出來),引領後世繼續使用打孔卡片將近一世紀;也是他率先將插接板用於變更運算,而為後來的可程式化計算機仿效。

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雖然何樂禮的自動製表機與現代電腦還有一大段距離,但是計算機能跳脫窠臼,往現代電腦邁進,何樂禮絕對居功厥偉。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 951 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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除了蚯蚓、地震魚和民間達人,那些常見的臺灣地震預測謠言
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/02/29 ・2747字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

災害性大地震在臺灣留下無數淚水和難以抹滅的傷痕,921 大地震甚至直接奪走了 2,400 人的生命。既有這等末日級的災難記憶,又位處於板塊交界處的地震帶,「大地震!」三個字,總是能挑動臺灣人最脆弱又敏感的神經。

因此,當我們發現臺灣被各式各樣的地震傳說壟罩,像是地震魚、地震雲、蚯蚓警兆、下雨地震說,甚至民間地震預測達人,似乎也是合情合理的現象?

今日,我們就要來破解這些常見的地震預測謠言。

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漁民捕獲罕見的深海皇帶魚,恐有大地震?

說到在坊間訛傳的地震謠言,許多人第一個想到的,可能是盛行於日本、臺灣的「地震魚」傳說。

在亞熱帶海域中,漁民將「皇帶魚」暱稱為地震魚,由於皇帶魚身型較為扁平,生活於深海中,魚形特殊且捕獲量稀少,因此流傳著,是因為海底的地形改變,才驚擾了棲息在深海的皇帶魚,並因此游上淺水讓人們得以看見。

皇帶魚。圖/wikimedia

因此,民間盛傳,若漁民捕撈到這種極為稀罕的深海魚類,就是大型地震即將發生的警兆。

然而,日本科學家認真蒐集了目擊深海魚類的相關新聞和學術報告,他們想知道,這種看似異常的動物行為,究竟有沒有機會拿來當作災前的預警,抑或只是無稽之談?

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可惜的是,科學家認為,地震魚與地震並沒有明顯的關聯。當日本媒體報導捕撈深海魚的 10 天內,均沒有發生規模大於 6 的地震,規模 7 的地震前後,甚至完全沒有深海魚出現的紀錄!

所以,在科學家眼中,地震魚僅僅是一種流傳於民間的「迷信」(superstition)。

透過動物來推斷地震消息的風俗並不新穎,美國地質調查局(USGS)指出,早在西元前 373 年的古希臘,就有透過動物異常行為來猜測地震的紀錄!

人們普遍認為,比起遲鈍的人類,敏感的動物可以偵測到更多來自大自然的訊號,因此在大地震來臨前,會「舉家遷徙」逃離原本的棲息地。

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當臺灣 1999 年發生集集大地震前後,由於部分地區出現了大量蚯蚓,因此,臺灣也盛傳著「蚯蚓」是地震警訊的說法。

20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

新聞年年報的「蚯蚓」上街,真的是地震警訊嗎?

​當街道上出現一大群蚯蚓時,密密麻麻的畫面,不只讓人嚇一跳,也往往讓人感到困惑:為何牠們接連地湧向地表?難道,這真的是動物們在向我們預警天災嗎?動物們看似不尋常的行為,總是能引發人們的好奇與不安情緒。

如此怵目驚心的畫面,也經常成為新聞界的熱門素材,每年幾乎都會看到類似的標題:「蚯蚓大軍又出沒 網友憂:要地震了嗎」,甚至直接將蚯蚓與剛發生的地震連結起來,發布成快訊「昨突竄大量蚯蚓!台東今早地牛翻身…最大震度4級」,讓人留下蚯蚓預言成功的錯覺。

然而,這些蚯蚓大軍,真的與即將來臨的天災有直接關聯嗎?

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蚯蚓與地震有關的傳聞,被學者認為起源於 1999 年的 921 大地震後,在此前,臺灣少有流傳地震與蚯蚓之間的相關報導。

雖然曾有日本學者研究模擬出,與地震相關的電流有機會刺激蚯蚓離開洞穴,但在現實環境中,有太多因素都會影響蚯蚓的行為了,而造成蚯蚓大軍浮現地表的原因,往往都是氣象因素,像是溫度、濕度、日照時間、氣壓等等,都可能促使蚯蚓爬出地表。

大家不妨觀察看看,白日蚯蚓大軍的新聞,比較常出現在天氣剛轉涼的秋季。

因此,下次若再看到蚯蚓大軍湧現地表的現象,請先別慌張呀!

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事實上,除了地震魚和蚯蚓外,鳥類、老鼠、黃鼠狼、蛇、蜈蚣、昆蟲、貓咪到我們最熟悉的小狗,都曾經被流傳為地震預測的動物專家。

但可惜的是,會影響動物行為的因素實在是太多了,科學家仍然沒有找到動物異常行為和地震之間的關聯或機制。

遍地開花的地震預測粉專和社團

這座每天發生超過 100 次地震的小島上,擁有破萬成員的地震討論臉書社團、隨處可見的地震預測粉專或 IG 帳號,似乎並不奇怪。

國內有許多「憂國憂民」的神通大師,這些號稱能夠預測地震的奇妙人士,有些人會用身體感應,有人熱愛分析雲層畫面,有的人甚至號稱自行建製科學儀器,購買到比氣象署更精密的機械,偵測到更準確的地震。

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然而,若認真想一想就會發現,臺灣地震頻率極高,約 2 天多就會發生 1 次規模 4.0 至 5.0 的地震, 2 星期多就可能出現一次規模 5.0 至 6.0 的地震,若是有心想要捏造地震預言,真的不難。 

在學界,一個真正的地震預測必須包含地震三要素:明確的時間、 地點和規模,預測結果也必須來自學界認可的觀測資料。然而這些坊間貼文的預測資訊不僅空泛,也並未交代統計數據或訊號來源。

作為閱聽者,看到如此毫無科學根據的預測言論,請先冷靜下來,不要留言也不要分享,不妨先上網搜尋相關資料和事實查核。切勿輕信,更不要隨意散播,以免造成社會大眾的不安。

此外,大家也千萬不要隨意發表地震預測、觀測的資訊,若號稱有科學根據或使用相關資料,不僅違反氣象法,也有違反社會秩序之相關法令之虞唷!

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​地震預測行不行?還差得遠呢!

由於地底的環境太過複雜未知,即使科學家們已經致力於研究地震前兆和地震之間的關聯,目前地球科學界,仍然無法發展出成熟的地震預測技術。

與其奢望能提前 3 天知道地震的預告,不如日常就做好各種地震災害的防範,購買符合防震規範的家宅、固定好家具,做好防震防災演練。在國家級警報響起來時,熟練地執行避震保命三步驟「趴下、掩護、穩住」,才是身為臺灣人最關鍵的保命之策。

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忠泰美術館新展《未來的生命,未來的你─數位、機器與賽博格》9/9 登場
PanSci_96
・2023/09/08 ・6294字 ・閱讀時間約 13 分鐘

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15 組國內外藝術家與團隊開啟新生命與未來情境的提問、想像與思索

「你是否曾想像,在身體中植入機械,人機融合並化身為賽博格的自己?」

忠泰美術館即將於 9 月 9 日至 2024 年 1 月 28 日推出全新當代藝術展《未來的生命,未來的你數位、機器與賽博格》(The Future Life, Future You – Digital, Machine and Cyborgs)。延續上檔展覽中以建構城市與文明的基礎「人」出發,由反思擁有肉身的「人類」存在與本質,進一步探問「生命何為」,思考人與科技共構的未來生命情境與議題。本展邀請沈伯丞擔任策展人,匯集來自英、美、法、日、德國與埃及、西班牙、墨西哥、臺灣共 15 組國外內藝術家與團體,帶來 6 組全球首展與 4 組全臺首度亮相的新作,透過 AI 演算、大數據、深偽技術、穿戴裝置、賽博格等科技與藝術的結合創作,映射出藝術家們對未來生命形貌的多元想像。

生命何為:生命是什麼?能做什麼?為了什麼?

當 AI 人工智慧、機械穿戴手臂從科幻電影橋段躍入我們的日常生活中,科技改變生活,也逐漸影響了生命的樣貌與演化,生命開始超越人類肉身的物理型態時,我們又該如何去思考未來的生命與生活?忠泰美術館本次邀請沈伯丞擔任策展人,以其長期的藝術計畫「再・創世:智慧生命的衍生型態」研究為基礎,從生命是一個持續發展中、創造中的概念出發,策劃當代藝術展《未來的生命,未來的你─數位、機器與賽博格》,從藝術視角思辨,當科技介入了生活與生命,生物六大分類之外是否還將多出「科技界」?物競天擇「演化論」與科技始終來自於人性的「控制論」交會之下,未來的生命與生活情境又會有怎樣的想像。

沈伯丞表示:「展覽所意欲投射的並非僅是關乎生命的『科技』,更是關乎新科技情境中『生命樣態』的人文思索與美學關懷。」,展覽邀請了 Aiden Faherty、Hassan Ragab、Jake Elwes、JIZAI ARMS project team、Mal Bueno、Markos Kay、Martin Backes、Moon Ribas、Patrick Tresset、Universal Everything、陳乂、陳萬仁、陽春麵研究舍─陳姿尹、莊向峰、黃新、蘇匯宇,國內外共 15 組用創作回應科技浪潮的藝術家與團隊,透過3個子題「流動的生命與身體」、「數位裡的你與數位的它」和「機器、人與賽博格」,引領觀者凝視現場作品,直面新生命與新生命情境的提問、想像與思索。

「流動的生命與身體」 當科技鬆動了生命與身體定義

地球上的生命經歷數十億年的自然演化,形成了如今的物種樣貌,隨著科技的日新月異,無序且隨機的自然演化過程被演算與邏輯控制。隨著科技而流動的生命觀點與身體型態,恰是「人擇」的證明,人與動物、有機體與無機體,現實與虛擬之間的邊界逐漸模糊鬆動,生命與身體的型態也有了更多的解讀。

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英國藝術家傑克.艾維斯(Jake Elwes)首度在臺展出的〈Zizi 動起來:深偽變裝烏托邦〉,將深偽技術(deepfake)與酷兒群體結合,從 AI 演算中誕生的變裝皇后們,在如同櫥窗的螢幕中不斷流轉變換軀體與角色,企圖反思人工智慧的族群概念,打破固化的性別與身體定義。臺灣藝術家蘇匯宇的〈The White Waters〉三頻道錄像作品,以「後人類」敘事補述經典傳說《白蛇傳》,從文本中人、蛇異種的身體流動,解構生物界的邊界。埃及建築師哈桑.拉賈(Hassan Ragab)的系列影像,提取人與建築的影像,透過 AI 圖像生成系統 Midjourney、Stable Diffusion 等,將建築從「生活機器」,幻化為能走秀、跳舞的人形「生物活體」。

美術館還將於 11 月中旬加碼開放忠泰企業大廳展區,展出英國藝術團體Universal Everything的知名作品〈變形〉,巨型人形影像,邁著未曾停止的步伐,宛如電影《驚奇4超人》般從石頭、火、水、金屬等自然的元素不斷地演化變形,映照著生命與人類的演化從不止息。

「數位裡的你與數位的它」 演算法環境中人類與生命的形象

當生命與身體在演化與演算交會時被重新定義,數位維度中對「自我」與「他者」的認知也將有所轉變。

1、「你」:人類於演算環境中的形象

關於人類於數位環境中對「自我」的認定,甫獲得林茲電子藝術獎的臺灣藝術團隊陽春麵研究舍─陳姿尹、莊向峰,於本展中將得獎作品《Inter net》系列延伸出兩組全新現地創作,接續探討 AI 演算中「我」的形象。空間互動裝置〈Inter net – Labeling me〉中,可見 AI 判讀標記、搜尋引擎記錄,以及機器人與觀者「眾包標註」下的「我」的形象。單頻道演算影像裝置〈The Portrait – The Crowd’s Portrait of Me〉與〈The Portrait – My Self-Portrait〉將描述藝術家的文本轉換成特徵向量,以看似雜訊的影像,勾勒出數位足跡中的認知肖像。

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陳萬仁作品〈歪腰一下〉,位於美術館天井中,讓觀者以仰望的視角,觀看由藝術家 3D 繪製的人形,將現實去背進行數位縫合,行走於數位時空裡無止盡的空循環與延伸。墨西哥藝術家馬爾.布埃諾(Mal Bueno)全球首次展出的作品〈終曲〉,將與作品互動的觀者形象上傳到數位維度中,直覺呈現數位演算法中的「你」。

2、「它」:演算誕生的新生命型態

當現實生活中的元素與概念轉化成編碼再重新生成,人的意識與選擇,又會如何影響新生命情境?臺灣藝術家黃新的全新創作〈生成速寫:多肉植物園〉即時演算影像裝置,便是將多肉植物由演算法生成速寫畫,以程式的幾何造型來解構日常的場景。陳乂的人造風動模擬裝置〈風場〉,以風量、風向與風的聲音資訊作為採集與實驗項目,將 AI 演算法生成的數據模型匯入機械裝置結合,由蘆葦般的發光體演繹一段模仿自然風吹的搖曳姿態。

以數位人造生命為題,英國藝術家馬科斯.凱(Markos Kay)的〈非生物起源〉,直接在數位環境中生成擁有鮮豔色彩,如同細胞般的新物種,藝術家試圖透過創作生命探詢生命起源。在 TikTok 抖音擁有超過 50 萬粉絲的「Coolacloy」,創作者是來自美國的藝術家艾登.費海提(Aiden Faherty),本次展出的影像作品〈穿越超驗森林之旅〉為藝術家首次於國際間展出的作品,透過 AI 深層學習模型捕捉自然界資訊生成的生態系,讓觀者進入現實與想像無縫融合的《愛麗絲夢遊仙境》。

德國藝術家馬丁.貝克斯(Martin Backes)的擴增實境創作〈我知道什麼?我只是個機器?!〉,讓觀眾透過行動裝置與懸浮在美術館空間內的正圓球形機器人相遇、對話,藝術家試圖透過 AR 擴增實境昭示數位維度裡的新生命型態。

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「機器、人與賽博格」 人與科技重新共構的生命情境

科技趨勢預言家凱文.凱利(Kevin Kelly)曾提出「科技界」的概念,即科技體為生命的第七種型態,而人工智慧的發展,彷彿回應著此概念,預告了人與機器之間的新關係網路。法國藝術家帕特里克.特雷塞特(Patrick Tresset)透過作品〈人類研究 #2─公雞與狐狸等的大虛幻〉,思考著機器、人之間的多重可能性。機器手臂進行素描繪圖,如同人類般觀察、提筆,探索著機器如何學習成人的過程,同時也由此行為反思機器的「創作」是否為創作?是否為「藝術」?

機器學著成為人,而人則試圖將肉體改造為混合機器的「賽博格」。被喻為世界上第一位女賽博格藝術家的西班牙藝術家穆恩.里巴斯(Moon Ribas),通過將地震傳感器植入體內,讓身體與大地的律動結合一體。首次在臺展出的作品〈在蒙塞拉特山等待地震〉為一支雙人舞作,由地球掌控節奏和強度,而藝術家則透過接收地震波動的強弱來詮釋舞曲。日本東京大學實驗室研究計畫的自在肢計畫團隊(JIZAI ARMS project team),則以外掛型態研究開發穿戴式機器人模組《自在肢》,形似電影角色「八爪博士」的穿戴肢,能由使用者自由改變其穿戴型式,試圖探索賽博格社會中,不同「數位賽博格」之間所能發生的互動。

忠泰美術館導入 AI 技術應用 生成語音導覽、展覽主視覺

忠泰美術館持續透過當代藝術展覽及視角回應美術館長期關注的「城市」與「未來」議題,忠泰基金會執行長李彥良表示:「科技帶領著當代生活不停地變動與發展,也改變著人們的生活型態與認知。我們該如何在這樣的環境中找到適應並前進的方式?希望藉由本展所開啟的對話,能提供我們對於近未來想像的素材與方向。」

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館方也嘗試於展覽周邊事務中導入 AI 技術應用,包括結合 Bing Image Creator AI 繪圖工具製作的展覽主視覺,以及 AI 聲音生成技術製作的語音導覽等。本展中多件影像創作,忠泰美術館與連續 17 年全球電視銷售第一的三星電子攜手合作,使用擁有 AI 影像升頻技術的 Neo QLED 8K,結合量子 Mini LED 背光與金屬量子點顯色技術,呈現藝術家於數位維度的創作中,新物種、新生命情境的絢麗幻想。《未來的生命,未來的你》從 9 月 9 日展至明年 1 月 28 日,期間將陸續推出展覽系列專題講座、電影與漫畫共享沙龍、專家導覽等多元活動,邀請觀眾一同想像「未來的生命,未來的你」。更多展覽活動與看展優惠資訊,詳見美術館官方網站。

【展覽資訊】

展覽名稱|未來的生命,未來的你─數位、機器與賽博格

展覽期間|2023.09.09(六)-2024.01.28(日)

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展覽地點|忠泰美術館、忠泰企業大廳(臺北市大安區市民大道三段178號)

開放時間|週二至週日 10:00-18:00(週一休館);忠泰企業大廳作品展出時間請見官網參觀資訊

參觀資訊|全票 100 元、優待票 80 元(學生、65 歲以上長者、10 人以上團體);身心障礙者與其陪同者一名、12 歲以下兒童免票(優待票及免票須出示相關證件)

週三學生日|每週三憑學生證可當日單次免費參觀

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官網|https://jam.jutfoundation.org.tw/exhibition/4337

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近在眼前的數位娛樂——智慧眼鏡的進化
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/02/23 ・3280字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文由 Epson 委託,泛科學企劃執行。

元宇宙狂潮來襲,數位互動娛樂發展越來越多元!相信大家對 VR 眼鏡並不陌生,但是要人手一台卻還是有難度,反倒是 AR 科技越來越蓬勃發展!例如博物館將 AR 眼鏡結合手上的裝置做互動整合,讓展示的恐龍標本活生生活在你眼前;又或者是去兩廳院看劇,專屬的 AR 字幕體驗讓不同國家的觀眾朋友都能即時享受與深度導覽。

這種近在眼前的數位娛樂——智慧眼鏡到底是如何演進的?又有哪些技術關卡需要去突破呢?首先,需要先了解 VR、AR 甚至是更高深的 MR 跟 XR 是什麼?這些差異點又在哪呢?

數位娛樂——智慧眼鏡是如何演進的?圖/Envato Elements

AR、VR、MR、XR 傻傻分不清楚?

其實目前為止,大家所聽到的 AR、VR 和 MR,通通都屬於 XR(Extended Reality)「擴展實境」這個大概念下,只要這個設備或軟體能讓你體驗現實以外的資訊,甚至與之互動回饋,就都屬於 XR 唷!

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近幾年,因 Meta 執行長祖克伯誓師進軍元宇宙而大紅的 VR(Virtual Reality)「虛擬實境」強調沉浸式體驗,只要戴上 VR 眼鏡,不論是在家或者前往 VR 虛擬實境遊樂園都可以讓你體驗到與哥吉拉對戰或是到虛擬鬼屋探險等有趣體驗。

然而,戴上 VR 眼鏡需要完全的感官遮蔽,以及高昂的售價與電腦運算,甚至是配戴上的重量不適、操作上的空間需求……等都是不容易克服的缺點,目前仍有待市場檢驗。

相較之下,AR(Augmented Reality)「擴增實境」就親近許多,早在 90 年代鳥山明的經典作品《七龍珠》作品中他就用了「戰鬥力探測器」這個裝置讓我們體會到甚麼叫做 AR,而現實世界中的戰鬥力探測器更是就在你眼前,例如:開車玻璃板上顯示速度的 HUD 就算是一種把虛擬資訊投影到現實物體,這就是標準的 AR 技術呀!

而談起 AR 就一定要提到,2016 年遊戲公司 Niantic 推出這款名為 Pokemon Go 遊戲,就在全球掀起了在各地抓寶可夢的熱潮,這股熱潮至今不減,也體現出了 AR 真正強勢之處:與現實環境結合。

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Pokemon Go 體現了 AR 與現實環境結合。圖/Wikipedia

而這些年來,在許多自拍濾鏡或觀光集章活動也都是利用了 AR 科技,以現實環境的背景中呈現虛擬元素的特性,而這僅需要你我都有的智慧型手機就可以操作和看見虛擬的角色或頭飾,入門檻遠低於 VR,軟體開發的成本也比必須打造一個世界的元宇宙輕鬆不少。

既然 AR 都能把虛擬的資訊投影在現實的場域中,我們自然會更加貪心的想要和這些虛擬的角色互動,甚至是像阿湯哥《關鍵報告》中的技術一樣作為一個浮空的操控介面來使用,這時候我們需要的就不只是AR了,而是需要 MR(Mixed Reality)「混合實境」。

在 MR 技術中不僅有現實世界和虛擬世界的疊加,更強調虛擬元素可以和現實環境互相作用,例如:虛擬的車子可以偵測到你現實的桌子的邊緣而剎車,甚至你伸手碰觸虛擬元件會產生互動或是抓取效果,而這些技術恐怕就不是一支手機就能輕易辦到的了。要讓 AR 進入 MR,除了手機以外,還需要一個能擷取外部資訊的設備——AR 眼鏡。其實多年來 AR 眼鏡主要面對的難題是「畫面要清楚」、「顏色要飽和」、「不能對現實視線有太多干擾」同時還須具備「輕量化」與「舒適」等特點。

投影技術的演進突破,替智慧眼鏡帶來新的轉機

目前主流的 AR 眼鏡採用的是「全反射稜鏡」和「微投影迷你投影機」這兩個關鍵技術。AR 眼鏡上的「全反射稜鏡」針對眼球的折射率經過精密的計算和調整,可以完美在人的視網膜上呈現最清楚的影像,同時這種「全反射稜鏡」本身的光線通透度也高,因此仍能看到「全反射稜鏡」以外的現實世界景色,讓 AR 眼鏡提供的清晰影像與現實世界重疊在一起。

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而要談到 AR 眼鏡另一個核心技術「微型化投影」,就不得不提到發展出最具實用與潛力的 AR 眼鏡——Epson 投影機廠商,在了解「微型化投影」技術前就必須先回顧 Epson 從 1989 年鑽研的投影技術發展至今的變化。

Epson 一開始製作的投影機採用的是 LCD,和螢幕最大的不同是它每一個投影畫素都使用了 3 片 LCD 之多,原來是因為光學原理上只要有藍紅綠三色,就可以組合出各種顏色,也就是 3LCD 投影技術。使用 3LCD 技術的投影機必須把背景燈泡的白光源先濾成三色光之後,再利用三片獨立的 LCD 調整各色彩的比例作調變,最後才把三色光合併成影像,再投影出來。

投影機為 Epson 主要產品之一。圖/維基百科

如此麻煩的反射流程,所需要的空間自然不小,而且經過這樣的折射和濾光以後,成色的飽和度和對比總會低一階,甚至會產生近看醜醜的紗門效應(SDE),這就是為什麼早期的投影機投出來的簡報往往不如電腦螢幕上預演的好看。當然投影機廠商也早就注意到這問題,因此也隨著手機螢幕一起從 LCD 演進到 OLED(有機發光二極體),帶來新的顯示革命!

OLED 又有甚麼厲害的呢?如果說 LCD 的液晶主要的功能是調色,那 OLED 厲害的就是「它自己會發光」!和傳統 LCD 面板需要一個光源與背板來反射光線進入濾光階段不同,LED 燈泡經過多位科學家的努力,甚至包含榮獲 2014 諾貝爾獎的三位日本科學家赤崎勇(Isamu Akasaki)、天野浩(Hiroshi Amano)、中村修二(Shuji Nakamura)研發出最後一個「藍光 LED」後,終於達成發出三原色的成就,自此螢幕和投影技術不再需要多餘的濾光和反射步驟,於是面板可以變得更薄,同時又有更好的對比度。而隨之而來的 OLED 技術讓面板脫離了對玻璃的依賴,並改用塑料底板,讓有如科幻道具的摺疊式手機和曲面螢幕能夠成真。

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OLED 技術簡化了整個流程,成色還比原本的各種投影方式鮮豔飽和,很快地就大幅縮減了投影機的內部空間,成為露營狂熱者人手一機的便攜型投影機風潮。

但是問題來了!當投影機要放到眼鏡上時,其難度更是超越便攜投影機許多,再追求微型化的道路上「只有更小沒有最小」。而 Epson 早在 2011 就推出第一支 AR 眼鏡 BT-100,不斷朝輕量化與功能性研發,在 2016 年則推出了採用矽基有機發光二極體 Si-OLED 微投影技術的 BT-300,各家廠商也紛紛投入 micro OLED 投影的研發上,相信不久的將來又會有更厲害的 AR 眼鏡推出。

次視代智慧眼鏡 Moverio BT-40,豐富 5G 娛樂視野,獨享高畫質影音體驗。

現在可以看到照片中最新款的「次視代智慧眼鏡 Moverio BT-40」,這款 AR 眼鏡主打的最大特色就是提供可隨身攜帶的「專屬於你的 120 吋大畫面」,這麼大的畫面顯示卻只投影在你眼前,不僅擁有「高隱私」的特性,在長程旅行中,不管是搭飛機或是搭高鐵,只要戴上這個眼鏡就能直接把影片從手機投影到你眼前,解放雙手不用在手疼拿著平板啦,可以舒服自在的追劇或看電子書、讀期刊論文也行。

次視代智慧眼鏡 Moverio BT-40,加上「磁吸式遮光片」後能讓影像更加清楚,有助於專注在投影畫面中。

除了大尺吋觀影體驗之外,這款眼鏡更在博物館教育上大放異彩,如博物館把這款眼鏡結合接駁車,讓搭車的你也不無聊,虛擬博物館館長擔任導覽員為你解說各館區的歷史,進館後更能看到展示的恐龍標本在你面前復活,豐富了各種逛展體驗!

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而 AR 眼鏡還有另一個好處就是個人化體驗,例如看電影或演唱會時,戴上 AR 眼鏡就可以看到自己專屬的字幕相關資訊,這樣的虛實整合字幕體驗,在劇院已經導入 Epson BT-40 眼鏡和 AR 眼鏡字幕系統,表演字幕可以即時傳送到正在戲劇院觀看表演的觀眾 AR 眼鏡中,觀眾可以選取語言還能調整位置和大小,甚至幫助聽障朋友們理解演出,下次有機會去看表演時,若有提供這樣的服務不妨租借嘗試看看喔!

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