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從石器時代走到 AI 時代,人類準備好面對「人工生命」了嗎?——《再.創世》專題

再・創世 Cybernetic_96
・2021/10/20 ・7713字 ・閱讀時間約 16 分鐘

  • 作者/黃貞祥 國立清華大學生命科學系助理教授

我們這個物種——智人(Homo sapiens)在大約四百萬年前和黑猩猩分了家後,就沒有好日子過了。

原本是花果山的森林,在非洲大陸逐漸乾旱後,許多地區就成了熱帶莽原(Tropical savanna),我們的祖先不僅沒了隨手可得的果子果腹,也沒了樹木的庇護,隨時面對毒蛇猛獸的偷襲,日子可謂悲涼[1]

博茨瓦纳, 布须曼人, 团体, 收集, 原始人, 传统, 返校节
在乾旱的非洲莽原上,過著原始生活的人們。圖/Pixabay

然而,我們的祖先站了起來,邁步向前。無論直立是為了遠眺猛獸的蹤跡,還是減少非洲無情烈日的曝曬,又或者其他原因,我們的老祖宗,騰出了雙手,經過殘酷的天擇和人亞族(Hominina)各人種的殘忍競爭,越來越懂得使用雙手製作各種各樣的工具。我們的語言本能也愈發進步,不僅能在視野未及之處和一同打獵的同伴互通訊息,也能對後生晚輩更有效率地下指導棋諄諄教誨,讓他們更快學會製作工具和求生知識。在一代又一代人作古往生後,後代子孫仍然能夠繁衍生息。探我們智人一路走來迄今的艱辛,希望不是像《駭客任務》(The Matrix)的「母體」(The Matrix)那樣,一直是在哄騙我們的。 

這上百萬年來,人屬(Homo)其他人種之間互相拼殺得你死我活,除了我們演化成智人的這一支,其餘的都灰飛煙滅了,只留下殘缺的遺骨,偶爾讓古人類學家興高采烈地吵架。僅有尼安德塔人和丹尼察瓦人還留下一些基因體片段在歐亞的人群當中[2]。如果你的祖先來自亞洲或歐洲,你的基因體中可能有 1-4% 來自尼安德塔人。我做過的遺傳檢測告訴我,我的 DNA 中有至少 324 個變異來自尼安德塔人,差不多是 2% 的 DNA。

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在我的遠古祖先和尼安德塔人有著情慾流動前,直立人演化出了智人,然後再約二十萬年,我們的智人祖先散布全球。智人,是地表上最遍及所有大陸的單一生物物種,沒有之一。如果你能找到第二、第三個⋯⋯牠們都是搭上人類的便車、便船。地球上,除了深邃的海洋,幾乎沒有人類未曾到過的地方了。現在又有了 Google 地球,我們宅在家也能輕鬆從高空上探訪地表上任何地方。   

尼安德塔人復原模型。圖/Wikipedia

打開 Google 地球吧!瞧一瞧,有趣的是,地表上還有太多地方人煙罕至,我們似乎未曾染指。真是如此嗎?我們人類大方地燃燒化石燃料來取代奴工的勞力,在工業革命後,以史無前例的速度向大氣瘋狂噴灑二氧化碳,用古代陽光留下來的遺產,讓現在遠道而來的更多太陽輻射熱能,在地球大氣流連忘返。我們為了要有更高的生活品質,利用了氟利昂(Freon)作為製冷劑,但揮發到大氣中的氟利昂很不客氣地鯨吞蠶食臭氧層,即使我們已經懸崖勒馬,南極上空的臭氧層仍苟延殘喘。 

科技不僅僅是裝上了護國神山台積電的晶片的玩意兒,當我們人類用雙手改造自然時,就誕生了科技,儘管我們可能對古代的不屑一顧了。我們人類當然是自然的產物,是天擇讓我們有了想像力,能夠虛構出想像的共同體。歷史學家哈拉瑞(Yuval Noah Harari)指出,我們智人在七萬年前演化出這般認知能力後,就往神人的方向演化了,我們的天性就是熱愛科技改造一切吧?只是這個過程難以再稱作是自然的,因為我們人類已想像出了太多大自然不曾存在的事物,並且信以為真[3, 4]。 

大約一萬年前,無論是環境所逼也好,還是心甘情願也好,人類在肥沃月灣開啟了農耕文明,我們就越來越懂得利用工具,並且把一些動植物改造成適合提供人類食物、畜力、交通和娛樂等用途。文明,其實是個特例,在我們遍及全球的人類部落中,僅僅在歐亞大陸和美洲大陸誕生了個位數的古文明,連歷史更淵遠流長的非洲大陸,也僅僅在尼羅河流域誕生了迄今令人嘆為觀止的文明力量。賈德.戴蒙(Jared Diamond)提出破天荒的理論[5],讓我們見識到他非凡的洞見——原來文明誕生與否,決定於少數能夠被馴化的糧食作物和大型哺乳動物,例如大米、小米、大麥、小麥、燕麥、玉米,還有牛、羊、馬、豬、犬。另外,歐亞大陸主要是東西長、南北短,在幸運緯度中,擅長用貿易各取所需的文明,滋養著彼此[6]。人類的主要營養還是來自其中少數動植物呢!儘管我們以為現代科技所向披靡。 

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公元前 1422 年,古埃及的農民、小麥和牛。圖/Wikipedia

我們藉著這些馴化的動植物大肆改造了自然,更過份的是還有跨越大洋的物種交換。歷史學者艾弗瑞.克羅斯比(Alfred W. Crosby)首先提出「哥倫布大交換」(Columbian Exchange)的概念,指出東半球與西半球之間,生物、農作物、人種(包括歐洲人與非洲黑人)、文化、傳染病、甚至思想觀念的突發性交流[7]。於是,我們餐桌上的馬鈴薯、番薯、番石榴、木瓜、辣椒、玉米、花生、鳳梨、樹薯、四季豆、南瓜、百香果、酪梨、釋迦、菸草、火龍果等等,就是這樣來的。「哥倫布大交換」帶來的其實也是一場生態災變,在物種、病菌、文化、人種的大混合中,逐漸形塑出我們此時此刻的現代世界[8]

克羅斯比還提出「生態帝國主義」(Ecological Imperialism)的概念,進一步指出歐洲人征服了紐西蘭、澳大利亞後,也改變了它們的自然景觀[9]。當歐洲人開墾了紐、澳,當地的許多生物很快隨之滅絕,連帶生態景觀也「歐洲化」了,現在紐、澳的景觀,已經和歐洲人抵達前大為不同。歐洲人帶來的一些哺乳動物肆虐當地,現在還不斷造成生態破壞。 具體來說,外來的兔子和家貓,在澳州、紐西蘭已經對本土的植物和鳥禽造成了很大的威脅。 

回到我們老祖宗的農田吧!為了追求方便的營養來源,人類居然看上了野草的穀穗。種子是植物演化來有效面對陸地生活的相對乾旱,以及氣候變化無常的機制,讓下一代的生命能夠在種皮的保護之下休養生息,得以延續,還提供了獨立生活前所需要的營養。我們人類不僅從靈長類祖先之前就懂得慷種子之慨[10],還懂得精挑細選,讓更肥美、更多產的野草種子在自己田裡大量繁衍,為它們把屎把尿地施肥、灌溉、除草,驅趕昆蟲、牛羊、鳥禽。擅長此道之人更快速積累財富,剩餘的穀物種子則成為通往權力的貨幣。

我們的老祖宗善用穀物和農耕技術延續生命、積累財富。圖/Pexels

然而,這一切禍福難料。人類從狩獵採集的生活方式進入農耕社會,營養反而因為食物種類變少而更加不良,為了權力而神道設教、為了更多土地四處征戰[11]。密集的人群和牲畜又互通病菌、病毒,我們不必讀歷史教科書,就能活生生地見證,在擁擠的城市中,傳染病擴散得有多厲害,儘管病原體大多來自野生動物。像是 COVID-19 這樣的傳染病,早已困擾我們上萬年,人類的文明史,某程度上就是和瘟疫軍備競賽的歷史,畢竟在田野中,病原體一般只是消滅少數營養不良或嚴重受傷的個體,可是瘟疫成了文明的常態,這是不可避免的代價[12]。我們只有在大部分活下來的人們都有了抵抗力,就是傳說中的群體免疫力時,哀鴻遍野的人間煉獄才會中止,一直到我們懂得免疫力的箇中道理,疫苗才成了救星。

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很多人可能以為生活在鄉村田野是更加愛地球的表現,可是美國哈佛大學經濟學家愛德華.格雷瑟(Edward Glaeser)卻提出,從經濟學及歷史發展的角度來看,都市化是更環保和公義的文明發展方式,因為城市生活比鄉村生活更高效[13]。不僅很多智人要適應城市生活,就連許多動植物也要。你可以找到許多案例後,自己在城市裡當個博物學家來好好觀察[14]。有些蚊蟲甚至可能在城市裡演化出新種呢!還有鳥禽利用智人飽食,例如仙台的烏鴉已經學會利用往來的車輛碾碎堅果,英國的山雀則會打開牛奶瓶蓋偷吃奶油。

在農業上,我們改造動植物的力量極為強大,甚至也把我們自己給改造了。我們和我們老祖宗馴化的動植物共同演化,彼此適應。我們人類一些族群的基因體演化出更多澱粉酶基因備份數,讓我們能夠食用飽含大量澱粉的禾本科植物種子,而不至於消化不良,全都遺留給腸道中的菌群。這樣的突變甚至也發生在成天與人為伍的家犬基因體中;另外一些族群,對他們來說,能否在成年消化乳製品,是生死攸關的。一個基因突變讓一些人在成年後仍然能夠消化乳糖,這樣的基因突變至少獨立發生了兩次:一次在北歐,另一次在東非[15]

玻璃, 玻璃, 牛奶, 倒, 浇注, 倒牛奶, 喝, 新鲜牛奶, 投手, 一杯牛奶
人類歷史上至少發生了兩次基因突變,讓一些人在成年後仍能消化乳糖。圖/Pixabay

一萬年的時光對動物來說還是太短暫了。我們的身體很多部分都未能適應文明的生活,我們發生了不少演化失調,原本智人演化上的缺陷都已經讓我們很不好受了[16],我們在文明生活中,還要面對天性使得我們好吃懶作而導致的一系列文明病,諸如肥胖、失眠、青春痘、蛀牙、近視、氣喘、糖尿病等等[17]。我們過度進食精緻食物,減少了腸道微生物的生物多樣性,還用抗生素把上萬年和我們共演化的細菌一併殺掉,一直到近年才發現它們其實無可取代[18-23]。我們自以為是萬物之靈,事實上,我們的喜怒哀樂和行為,甚至道德觀及政治傾向,或多或少還受到細菌、病毒、寄生蟲的影響呢[24, 25]

然而,如果讓我們選擇,難道我們想要回到過去有一餐沒一餐,看似很自然但遠離科技的生活嗎?我們也可能是生活在一個人類史上異常富足的年代[26, 27]。舉個大家都該熟悉的例子——非常現實且殘酷的:要不是我們現在剛好是生活在醫學昌明的年代,否則新型冠狀病毒迄今感染的人數和病死人數,很有可能要再加上至少一個零,畢竟這是一個不依靠聚合酶連鎖反應(Polymerase chain reaction,PCR)就難以正確診斷的呼吸道疾病。

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除非我們能夠改造我們的身體,否則要避免文明生活對健康帶來的惡果,只有乖乖學著過得養生一些。除非你相信物理學家加來道雄(Michio Kaku)預測的,我們未來可以用全基因體資訊量身訂做適合自己體質的藥物,利用幹細胞加上 3D 列表機印出完整的人體器官,或是發明出隨時監控癌細胞的晶片[28]。現在,我們把智慧型裝置用手錶、衣著的方式穿戴在身上。先姑且不論爭議性較大的基因改造,我們搞不好會越來越習慣把帶著各種晶片的小裝置,用微創手術植入身體各種器官裡頭,然後用智慧手機 APP 監控資料。

越來越多人配戴智慧型手錶,並且以智慧手機 APP 監控資料。圖/Pexels

我們智人的祖先,因為氣候變化,從花果山被逐出到非洲熱帶莽原後,演化出許多人亞族(Hominina)的人類。或許剛開始,我們面對不同人種之間的競爭、毒蛇猛獸的威脅,以及有一餐沒一餐的溫飽問題時,比拼的是體能、體格等生理解剖特徵和性狀的遺傳基因之優劣,可是漸漸地,能夠勝出的,不再是肌肉的粗壯,而是能否好好學會父輩傳承的生存之道,懂得適時適地用腦中記憶的知識趨吉避兇,以及用創意改良部落慣用的工具,來刀耕火耨、厲兵秣馬、大興土木。

從此之後,分散在世界各地的人類產生了文明,在科技上就步向了殊途同歸的道路。在生物學上,趨同演化的存在意味著,在相似的生態環境下面臨到的相同問題,在生物學上的解決方案大同小異。在科技上,凱文.凱利(Kevin Kelly)也觀察到科技也有類似的現象[29],可是科技更奇妙的是,懂得越多的舊知識,會促進越多的新知識產生;思想的交流會產生更多精進的思想。並且,當我們越清楚事物運作的規律和原理,就越能夠突發奇想,於是科技日新月異的速度也越來越迅速、迅猛。

過去幾百年可能才會有一個重要的發明,幾十年才會有一丁點的改進。沒辦法,畢竟大多數人都因循守舊、懶惰思考,而且演化出的大腦必須節省寶貴的資源[30]。然而,從科學革命到工業革命之後,智人學會掌控的科學與技術的知識,不僅越來越多,重要的是,我們掌握了源源不斷產生新知識的高效方法,也就是科學的方法[31]。千年來,人類的好奇心和求知慾,能把我們帶到哪裡去探索詩和遠方?

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人類可能有上萬年的時間,而科技的高下,大多是對能源效率的掌握,或者是機械式地提高效率,以及兩者的組合。從愛迪生和特斯拉的電流大戰後,人類又有了一個方便的能源貨幣,差不多是從以物易物到了貨幣交易這般大躍進吧?然而,在科技史中一一登場的天才和怪傑,讓我們從機械進化到真空管後,再進化到以矽晶元為計算處理器的時代,從此不必受限於機械化固定的設計,可以把各種計算工作用程式來讓晶片運算,速度遠快過人腦太多。拜摩爾定律(Moore’s Law)所賜,無論你是用手機,還是桌機、筆電來讀這篇文章,它們的運算能力都比人類登月計畫時的電腦還強大太多了[32]。 

戴爾(Dell)電腦的主機板和中央處理器。圖/Pexels

我們人類創造出來的科技,甚至有可能有了它們自身的生命。我們人類從發明了有效記載資訊和知識的方法後,寫在紙上或轉換成位元儲存在記憶體中的知識,在千百年來,似乎就是要為一個終極目的服務,那就是設計出取代我們在非洲莽原上彌補自己弱小身軀的所有智力活動。製造出一個和我們的大腦相媲美的通用人工智慧,似乎就是我們人類智慧的最終極目標和目的了。那樣的人工智慧,很有可能就是人類最後一個發明,因為這樣的人工智慧,甚至有比人腦更高效的創意和執行力,來發明出任何人類無法想像的科技,是會自尋出路的新形式生命[33]。至此,我們人類在地表上演化的使命,是否就此圓滿了呢?

若我們將所追求的永恆生命交給人工智慧,是否就是我們人類退場的時刻?我們還願意為如此短暫的生命遭受生、老、病、死、愛別離、怨憎會、求不得、五蘊熾盛的人生之苦的意義是什麼?莫非這就是一切如夢幻泡影的時候?我們來得及瞭解和掌控終將創造出來的科技終極產物——人工生命嗎?

引用文獻:

1. 威廉.歐文(William B. Irvine)。《我們為何存在,又該如何定義自己?從人類起源到生命樹,重新定義你在宇宙中的多重身分》(You: A Natural History)。時報出版。

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2. 帕波(Svante Pääbo)。《尋找失落的基因組:尼安德塔人與人類演化史的重建》(Neanderthal Man : In Search of Lost Genomes)。八旗文化。

3. 哈拉瑞(Yuval Noah Harari)。《人類大歷史:從野獸到扮演上帝》(Sapiens: A Brief History of Humankind)。天下文化。

4. 哈拉瑞(Yuval Noah Harari)。《人類大命運:從智人到神人》(Homo Deus: The Brief History of Tomorrow)。天下文化。

5. 賈德.戴蒙(Jared Diamond)。《槍炮、病菌與鋼鐵:人類社會的命運》(Guns, Germs, and Steel: The Fates of Human Societies)。時報出版。

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6. 傑佛瑞.薩克斯(Jeffrey D. Sachs)。《全球化的過去與未來:從舊石器時代到數位時代,地理、技術與制度如何改寫人類萬年的歷史 》(The Ages of Globalization: Geography, Technology, and Institutions)。大塊文化。

7. 克羅斯比(Alfred W. Crosby)。《哥倫布大交換:1492 年以後的生物影響和文化衝擊》(The Columbian Exchange: Biological and Cultural Consequences of 1492)。貓頭鷹。

8.  查爾斯.曼恩(Charles C. Mann)。《1493:物種大交換丈量的世界史》(1493: Uncovering the New World Columbus Created)。衛城出版。

9. Alfred W. Crosby (1986). Ecological Imperialism: The Biological Expansion of Europe, 900-1900. Cambridge University Press.

10. 索爾.漢森(Thor Hanson)。《種子的勝利:穀類、堅果、果仁、豆類、核籽如何征服植物王國,形塑人類歷史》(The Triumph of Seeds: How Grains, Nuts, Kernels, Pulses, and Pips Conquered the Plant Kingdom and Shaped Human History)。商周出版。

11. 史賓賽・韋爾斯(Spencer Wells)。《潘朵拉的種子:人類文明進步的代價》(Pandora’s Seed)。天下文化。

12. 麥克尼爾(William H. McNeill)。《瘟疫與人:傳染病對人類歷史的衝擊》(Plagues and Peoples)。天下文化。

13. 愛德華.格雷瑟(Edward Glaeser)。《城市的勝利:都市如何推動國家經濟,讓生活更富足、快樂、環保?(最爭議的 22 世紀都市規畫經典)》(Triumph of the City: How Our Greatest Invention Makes Us Richer, Smarter, Greener, Healthier, and Happier)。時報出版。

14. 曼諾.許特惠森(Menno Schilthuizen)。《達爾文進城來了:新物種誕生!都市叢林如何驅動演化?》(Darwin Comes to Town: How the Urban Jungle Drives Evolution)。臉譜。

15. 李相僖(Lee Sang-Hee)、尹信榮(Yoon Shin-Young)。《人類的起源:最受美國大學生歡迎的 23 堂人類學課,關於你是誰、你從哪裡來又該往哪裡去》(Close Encounters With Humankind: A Paleoanthropologist Investigates Our Evolving Species)。三采文化。

16. 納森.蘭特 (Nathan H. Lents)。《人類這個不良品:從沒用的骨頭到脆弱的基因》(Human Errors:A Panorama of Our Glitches, from Pointless Bones to Broken Genes)。天下文化。

17. 丹尼爾.李伯曼(Daniel E. Lieberman)。《從叢林到文明,人類身體的演化和疾病的產生》(The Story of the Human Body: Evolution, Health and Disease)。商周出版。

18. 羅伯.唐恩(Rob Dunn)。《我們的身體,想念野蠻的自然:人體的原始記憶與演化》(The Wild Life of Our Bodies: Predators, Parasites, and Partners that Shape What We are Today)。商周出版。

19. 艾蘭納.柯琳(Alanna Collen)。《我們只有 10% 是人類:認識主宰你健康與快樂的 90% 細菌》(10% Human: How Your Body’s Microbes Hold the Key to Health and Happiness)。三采文化。

20. 哈諾.夏里休斯(Hanno Charisius)、里夏爾德.費里柏(Richard Friebe)。《細菌:我們的生命共同體》(Bund fürs Leben – Warum Bakterien unsere Freunde sind)。商周出版。

21. 羅布.奈特(Rob Knight)、布蘭登‧波瑞爾(Brendan Buhler)。《微生物的巨大衝擊(TED Books 系列)》(Follow Your Gut:The Enormous Impact of Tiny Microbes)。天下雜誌。

22. 馬丁・布雷瑟(Martin J. Blaser)。《不該被殺掉的微生物:濫用抗生素如何加速現代瘟疫的蔓延》(Missing Microbes: How the Overuse of Antibiotics Is Fueling Our Modern Plagues)。八旗文化。

23. 艾德.楊(Ed Yong)。《我擁群像:栽進體內的微米宇宙,看生物如何與看不見的微生物互相算計、威脅、合作、保護,塑造大自然的全貌》(I Contain Multitudes: The Microbes Within Us and a Grander View of Life)。臉譜。

24.  凱瑟琳.麥考利夫(Kathleen McAuliffe)。《寄生大腦:病毒、細菌、寄生蟲 如何影響人類行為與社會》(This Is Your Brain on Parasites: How Tiny Creatures Manipulate Our Behavior and Shape Society)。木馬文化。

25.  比爾.蘇利文(Bill Sullivan)。《我,為什麼會這樣?:喜歡這些,討厭那些,從生物學、腦科學與心理學解釋我們的喜好、情緒、行為與想法,重啟一趟人類的認識之旅》(Pleased to Meet Me: Genes, Germs, and the Curious Forces that Make Us Who We Are)。臉譜。

26. 麥特.瑞德里(Matt Ridley)。《世界,沒你想的那麼糟:達爾文也喊 Yes 的樂觀演化》(The Rational Optimist:How Prosperity Evolves)。聯經出版。

27. 彼得.戴曼迪斯(Peter H. Diamandis)。《富足:解決人類生存難題的重大科技創新》(Abundance: The Future is Better Than You Think)。商周出版。

28. 加來道雄(Michio Kaku)。《2200 科技大未來:從現在到 2200 年,科技將如何改變我們的生活》(Physics of the Future: How Science Will Shape Human Destiny and Our Daily Lives by the Year 2200)。時報出版。

29. 凱文.凱利(Kevin Kelly)。《科技想要什麼》(What Technology Wants)。貓頭鷹。

30. 傑克.路易斯(Jack Lewis)。《墮落的人腦:從神經科學解讀傲慢、貪吃、好色、懶惰、貪心、嫉妒與暴怒,探究我們難免使壞,犯下小奸小惡背後的科學》(The Science of Sin: Why We Do the Things We Know We Shouldn’t?)。臉譜。

31. 雷納.曼羅迪諾(Leonard Mlodinow)。《科學大歷史:人類從走出叢林到探索宇宙, 從學會問「為什麼」到破解自然定律的心智大躍進》(The Upright Thinkers: The Human Journey from Living in Trees to Understanding the Cosmos)。漫遊者文化。

32. 華特.艾薩克森(Walter Isaacson)。《創新者們:掀起數位革命的天才、怪傑和駭客》(THE INNOVATORS: How a Group of Hackers, Geniuses, and Geeks Created the Digital Revolution)。天下文化。

33. 鐵馬克(Max Tegmark)。《Life 3.0:人工智慧時代,人類的蛻變與重生》(Life 3.0: Being Human in the Age of Artificial Intelligence)。天下文化。

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再・創世 Cybernetic_96
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由策展人沈伯丞籌畫之藝術計畫《再・創世 Cybernetic》,嘗試從演化控制學的理論基礎上,探討仿生學、人工智慧、嵌合體與賽伯格以及環境控制學等新知識技術所構成的未來生命圖像。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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科技人才看過來!三門獨家課程 YouTube 免費看!工研院「ITRI lab on-line」特色技術系列數位課程現正放送中
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・2023/12/14 ・2829字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 工研院 委託,泛科學企劃執行。

Hey,未來的千萬年薪人才!來一起深入了解那些正在改變我們生活的科技吧!工研院為你精心準備了三堂超有趣的線上課程:從探索醫學界的 PLGA 微米球技術,到揭秘半導體測試的幕後英雄 ATE,再到讓塑膠也能有身分證的創新方法。這不只是學習,更是一場與科技親密接觸的旅程!

第一門 材料檢測與模擬設計之原理與應用系列學習

精選課程:塑膠也有指紋?如何給塑膠「身分證」來驅動循環經濟,減緩地球暖化?你要知道的光譜分選技術-材料光譜分選技術

這堂課將探討如何透過光譜智慧分選技術,為塑膠材料賦予「身分證」,進而推動循環經濟並減緩地球暖化。塑膠標籤的設置主要是為了方便辨識材質,這對於廢塑膠的回收和再利用至關重要。不同號數的塑膠因其分子組成、結構和排列的差異而有不同的特性和應用領域。

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在光譜智慧分選技術中,首先要理解電磁波的概念。電磁波是一種電場和磁場交互變化的波動現象,其不同波長可以用於不同的應用,如手機訊號、微波爐、家用遙控器、X 光攝影等。在塑膠分選中,光譜技術常用的波長範圍落在近紅外到遠紅外光的區域,即 1 微米到 300 微米。這些波段的電磁波能誘發塑膠分子振動,並吸收散射或入射的電磁波能量,從而造成光譜的變化。科學家利用這種振動光譜的變化來獲得塑膠分子的特徵光譜,從而開發出能辨識不同塑膠分子的技術。

舉例來說,最簡單的雙原子分子,如 C-H、O-H 等,會有特定的振動頻率。當結構更複雜的分子(如水分子)被電磁波誘發振動時,會產生更多的振動模式,每種模式對應不同的特徵光譜。塑膠由多種原子組成,因此其特徵振動光譜相當複雜,但這也使得每種塑膠具有獨特的光譜特徵,類似於條碼或指紋,可用於辨識不同類型的塑膠。

本集介紹的光譜技術主要聚焦於紅外線頻譜區段,其波長範圍在 900-2500 納米。在這一範圍內的紅外光能量正好能引起塑膠分子的振動,並在不同波長上產生吸收。透過紅外線感測裝置掃描塑膠分子,可以快速獲得塑膠的材質信息,這不僅有助於塑膠的分類和回收,也對環境保護和資源再利用具有重要意義。


第二門 半導體IC設計與檢測技術系列學習

精選課程:好的良率就是好的利率!考試交卷前都會再檢查、確認了,IC 生產才不會忘記你-半導體測試簡介

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在這堂課中,我們將探討自動化測試機台(ATE)在半導體測試領域中的關鍵作用。自動化測試機台是一種專為測試集成電路(IC)而設計的設備,它可以大幅降低手動測試的人力需求,並減少測試成本。每種IC根據其規格,都需要特定的測試項目。針對這些項目,專門編寫的測試程式被用於自動化測試機台,以自動檢測和篩選出不合格的 IC。

不同種類的 IC 需要不同的測試機台。例如,數位 IC 需要使用專門的數位測試機台,而記憶體 IC 則需要使用演算法來進行測試。類比 IC 和混合訊號 IC 則涉及電性測試,因為它們不是像數位IC那樣僅依賴固定的 0 和 1。

隨著系統晶片(SoC)的出現,測試機台的複雜性也隨之增加。SoC 整合了數位、記憶體、混合訊號甚至 RF IC 於一個晶片中,因此其測試機台必須同時具備上述所有種類機台的功能。這種SoC測試系統非常昂貴,每台造價可能高達數千萬。

最近,模組化測試系統成為了一種趨勢。這種系統的主要特點是其靈活性,能夠根據不同類型的IC進行不同模組的組裝,以進行測試。例如,對於數位IC,可以使用數位模組;對於類比或混合訊號IC,則可以使用相應的類比測試模組,如示波器或任意波型產生器。對於RFIC,則可以插入RF模組,如VNA等網路分析儀。模組化測試系統通常基於PXIE或LXI這樣的系統,其中PXIE是基於PCIE的擴展,加入了與儀器相關的電路;而LXI則是在LAN基礎上加入儀器相關電路。

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總結來說,自動化測試機台在提高半導體製造過程中的良率和效率方面發揮著不可或缺的作用。無論是傳統的ATE還是新興的模組化測試系統,它們都在確保IC品質和性能方面扮演著關鍵角色。


第三門:解密醫材醫藥產品開發攻略系列學習

精選課程:藥不💊隨便你~但少了「它」,藥就不能發揮最大功效!製劑的分類與開發

在這堂課中,我們將深入探討 PLGA 微米球技術及其在長效針劑開發中的重要性。PLGA,全稱為聚乳酸甘醇酸,是一種被廣泛應用於藥物釋放系統的生物相容性高分子材料。自 1989 年日本武田藥廠開發出第一款使用 PLGA 的產品 Lupron Depot® 以來,這種技術已被用於多種藥物的開發,涵蓋了小分子藥物和胜肽類藥物。

PLGA 的關鍵特性,包括乳酸與甘醇酸的比例、分子量及高分子末端基團,對藥物的釋放速率和持續時間有著顯著影響。在製程技術方面,溶劑揮發法和溶劑萃取法是兩種主要的製備方法,它們對於親水性和疏水性藥物的包覆都至關重要。這些製程不僅決定了微米球的形成,也影響著藥物在微米球內的分布和最終的藥物釋放行為。

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此外,微米球製程的工藝還包括乳化、coacervation 過程、溫度、攪拌速度、微米球固化和乾燥速度等因素,這些都對藥物包覆效率、微米球的粒徑大小分佈及藥物在微米球中的分佈位置產生影響。而不同的製程設計往往會導致藥物釋放行為的顯著差異,這對從實驗室到試量產階段的轉換是一大挑戰。

在台灣,工研院在經濟部的支持下建立了一個無菌製劑試製工廠,該工廠配備了微米球製程設備、高壓均質機、in-line均質機、噴霧乾燥機等關鍵製程設備。這些設備不僅能夠支持微米球的生產,還包括了關鍵的分析儀器,如液相層析儀、氣相層析儀、微米/奈米粒徑分析儀等。工研院的團隊擁有豐富的特殊製劑開發經驗,能夠提供從製劑配方研發、分析方法開發、放大製程開發到客製化產線設計的全方位服務。這些資源和專業知識使得工研院能夠有效地支持新藥的臨床前開發和商業化進程。

總的來說,PLGA 微米球技術在藥物釋放系統的開發中扮演著關鍵角色。透過精確的材料選擇和製程控制,這項技術有望為醫藥界帶來更多創新和有效的長效針劑產品。


還想看更多?不用掏出信用卡,三門線上課都在 ITRI Lab on-line 的 YouTube 頻道獨家放送中,手機打開就能看。但……雖然不用急,但是科技進步也是不等人的,快跟上吧!

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最硬核線上課程來了!工研院不藏私開課的原因是?
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・2023/12/14 ・1114字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 工研院 委託,泛科學企劃執行。

「ITRI Lab on-line」線上學習平台,讓複雜的科技原理簡單學! 圖/envato

你有沒有想過,是什麼驅動著今日產業的創新與變革?答案就在工研院的「ITRI lab on-line」特色技術系列數位課程中!這是一個與眾不同的學習機會,讓你深入了解並參與到台灣產業創新的核心。

首先,來說說「環構計畫」的緣起。這個計畫是為了配合國家創新產業政策而生,它的目標是建置和維護創新技術與服務平台。這不僅幫助企業開發新產品和服務,推動新興產業和新創公司,還能加速創新技術的產業化,促進企業的轉型升級。為此,工研院不斷擴建新研發場域,涉及各主要技術領域,實驗室分為檢測/認驗證、試量產/試營運、軟體與硬體設施服務等類別。

工研院的目標是推動台灣產業的創新優化與轉型,幫助業界把握新契機,布局自主創新和產業韌性所需的基礎設施。為此,工研院提供「ITRI lab on-line」特色技術系列數位課程,這些免費的線上學習資源將幫助你快速掌握產業新趨勢,增強企業技術升級與轉型的意願。

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對於晶片生產來說,必須借助科技力量除錯。 圖/envato

這系列課程包括三大主題:「永續高值材化」、「智能晶片」和「精準健康」。每個主題都有專門的課程,總共22支數位課程影片,涵蓋從技術原理到應用範圍的各方面知識。這些課程不僅介紹了工研院實驗室的專業技術,也為企業提供了學習和轉型的寶貴資源。想先試看嗎?點這裡看看我們推薦的三堂課吧

無論你有興趣的是材料檢測與模擬設計、半導體IC設計與檢測技術,還是醫材醫藥產品開發,這些課程都會給你全新的視角和知識。每個課程都是精心設計,旨在幫助企業和個人掌握關鍵技術,並在低碳化與智慧化的時代中保持領先。

現在,只需點擊下方的連結,就能免費加入這個精彩的學習旅程。快來發掘和學習那些塑造當代產業未來的關鍵技術吧!

材料檢測與模擬設計之原理與應用系列學習
半導體IC設計與檢測技術系列學習
解密醫材醫藥產品開發攻略系列學習

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【ITRI Lab on-line】系列影片可在工研院產業學院YouTube頻道觀看:點我前往

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