鑑識故事系列：用立體動畫呈現分屍遺骸

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

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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本文轉載自顯微觀點

用於鑑識科學的比較顯微鏡受到 1929 年的情人節黑幫大屠殺事件影響，有了進一步的發展。但是，除了比較顯微鏡外，還有哪些顯微鏡應用在鑑識科學呢？這篇文章帶你來一探究竟。

通常物證有許多種類和樣式，因此調查中會使用多種類型的顯微鏡和鑑識工具。現場通常使用的簡單放大鏡或低倍率（7-50X）立體顯微鏡，可幫助檢測和收集微量證據。另外，也會針對犯罪現場進行拍照，建立和犯罪行為之間的關聯。

彈道、毛髮、纖維和工具痕跡比較

還記得當時卡爾文‧戈達德（Calvin Goddard）協助調查情人節黑幫大屠殺案件，為了釐清涉案槍枝來源，而開發了識別子彈和彈殼的比較顯微鏡，最後確認槍枝並非來自警方。

比較顯微鏡是一種可並排分析樣本的設備，由透過光橋連接的兩個顯微鏡組成。樣本被放置在兩個載物台上，並使用連接兩個觀察頭光橋中的內置分割畫面同時觀察、比較可疑和已知的樣本。

用於比較彈道的比較顯微鏡具有長工作距離光學元件，還包括子彈座、鹵素或 LED 照明選項、偏光濾光片、放大倍率轉換器以及用於調整放大倍率和工作距離的輔助鏡頭。由於每支槍管內表面的製造痕跡都不相同，留在彈頭的細微特徵也不會一致。

加上射擊時，從裝填子彈到退出彈殼，彈殼在各步驟因為和槍枝組件的相互作用而留下獨特的痕跡，例如：撞針撞擊底火的撞針痕、火藥爆炸，彈殼向後撞擊槍機面所形成的彈底紋、只有具抓子鈎槍枝才會留下的抓子痕等。因此透過比較顯微鏡的比對鑑定可以用來確認涉案槍枝。

除了彈道比對外，比較顯微鏡還可以透過並排比較來確認簽名真偽，或是在確定歷史日期時使用。

凡「做過」必留下痕跡

根據法國法醫學家羅卡（Edmond Locard）提出的羅卡定律（Locard exchange principle, 又稱羅卡交換定律）：「凡兩個物體接觸，必會產生轉移現象」，也就是犯罪（嫌疑）者必然會帶走一些東西、也會留下一些東西，現場必會留下微量跡證。

因此，犯罪現場除了槍枝、子彈、彈頭和彈殼等物證外，槍擊殘留物（gunshot residues，GSR）或微量跡證（trace evidence）也是破解案件的關鍵。GSR是由槍擊後槍口排出的所有顆粒組成，主要包括炸藥底火、推進劑（火藥）、穩定劑和其他添加劑的燃燒或未燃燒完的顆粒。

GSR 顆粒最常見的特徵是其形狀和化學成分，華萊士（J.S. Wallace）和麥奎蘭（J. McQuillan）發現，所有檢測到的顆粒尺寸均在1微米到12微米之間，呈球形和不規則狀，主要成分為鉛、銻和鋇，可用掃描電子顯微鏡（SEM）配備能量色散X射線光譜偵測器加以檢測鑑定。

GSR通常是從嫌疑槍手的手上或其他物體上收集到，如果嫌疑者手上存在特徵性 GSR，通常會推測此人可能是開槍射擊者、開槍時靠近槍支，或處理被殘留物污染的槍枝或其他物體。

而在暴力犯罪中，體液是常見的證據。雖然現今常用 DNA分析，但顯微鏡仍發揮其作用。尤其位相差顯微鏡，可將樣品所造成的細微光程差轉變成明顯的光強度對比，能清楚觀察到在明野下透明的樣品，因此常用於自強姦受害者收集的陰道拭子中尋找精子。

另外，土壤也是調查犯罪的重要關鍵。偏光顯微鏡可對土壤顆粒的顏色、形狀和大小，以及當中的礦物質進行分類和分析。因此嫌疑犯鞋子上、屍體運送到埋葬地點的車輛外側或內部的土壤證據，都可能對調查起很大的作用。

參考資料：

• Bullets for my Valentine
• Lee, H. C. (1998). Applying Microscopy in Forensic Science. Microscopy and Microanalysis, 4(S2), 490–491
• Wallace, J.S., & McQuillan, J. (1984). Discharge Residues from Cartridge-operated Industrial Tools. Journal of The Forensic Science Society, 24, 495-508.
• 孟憲輝（2015）。物證鑑識在槍擊現場偵查上的應用。刑事政策與犯罪研究論文集，18，313-340。
• Gunshot Residue (GSR)

什麼？不需要拍攝團隊與剪輯師，一句話就可以生成短片？！

OpenAI 近來發布的短影片生成器——Sora，能依據各種「咒語」生成難分真偽的流暢影片。

是什麼技術讓它如此強大？讓我們來一探究竟吧！

你被 Sora 了嗎？這幾天 Sora 佔據了各大版面，大家都在說 OpenAI 放大絕，不止 YouTuber，連好萊塢都要崩潰啊啊啊！

但真有這麼神嗎？我認真看了下 Sora 的官方說明以及參考資料，發現這東西，還真的挺神的！這東西根本不是 AI 取代人或單一產業，而是 AI 變成人，根本是通用型人工智慧 AGI 發展的里程碑啊！

別怕，要讓 Sora 為你所用，就先來搞懂到底是什麼神奇的訓練方法讓 Sora 變得那麼神，這就要從官網說明中唯一的斜體字——diffusion transformer 說起了。

這集我們要來回答三個問題，第一，Sora 跟過去我們產圖的 Midjourney、Dall-E，有什麼不同？第二，Diffusion transformer 是啥？第三，為什麼 Diffusion transformer 可以做出這麼絲滑的動畫？

最後，我想說說我的感想，為什麼我會覺得 Sora 很神，不只是取代坐在我旁邊的剪接師，而是 AI 變人的里程碑。

我們已經很習慣用 Midjourney、Dall-E 這些 Diffusion 模型產圖了，從 logo 到寫真集都能代勞，他的原理我們在泛科學的這裡，有深入的解說，簡單來說就像是逐格放大後，補上圖面細節的過程。不過如果你要讓 Diffusion 產影片，那後果往往是慘不忍睹，就像這個威爾史密斯吃麵的影片，每一格影格的連續性不見得相符，看起來就超級惡趣味。

要影格連續性看來合理……咦？像是 GPT-4 這種 tranformer 模型，不是就很擅長文字接龍，找關聯性嗎？要是讓 transformer 模型來監督 Diffusion 做影片，撒尿蝦加上牛丸，一切不就迎刃而解了嗎？

沒錯，OpenAI 也是這樣想的，因此才把 Sora 模型稱為「Diffusion transformer」，還在網站上用斜體字特別標示起來。

但說是這樣說啦，但 transformer 就只會讀文本，做文字接龍，看不懂影片啊，看不懂是要怎麼給建議？於是，一個能讓 transformer 看懂圖片的方式——patch 就誕生啦！

ChatGPT 理解內容的最小單位是 token，token 類似單詞的文字語意，ChatGPT 用 token 玩文字接龍，產生有連續性且有意義句子和文章。

那 Patch 呢？其實就是圖片版的 token，讓 ChatGPT 可以用圖片玩接龍，玩出有連貫性的圖片。

Sora 官方提供的訓練說明圖上，最後所形成的那些方塊就是 patch，這些 patch 是包含時間在內的 4D 立體拼圖，可以針對畫面與時間的連續性進行計算。

那這個 patch 要怎麼做呢？以 Sora 提供的參考文獻 15 來說明會比較容易懂，patch 是將影像切成一樣等大的區塊後，進行編碼、壓縮，產生類似 ChatGPT 能分析的文字語意 token。

有了這些 patch 後，Transformer 就可以計算 patch 之間的關聯性形成序列，例如論文中被分割在中上與右上的兩塊藍天，就會被分類在天空，之後算圖的時候，就會知道這兩塊 patch 是一組的，必須一起算才行。

也就是說，畫面上的這塊天空已經被鎖定，必須一起動。

雖然這篇論文只提圖片，但影片的處理只要再加上 patch 間的先後順序，這樣就能讓 transformer 理解隨時間改變的演化。

同樣是上面被鎖定的天空，多了先後順序，就相當於是增加了前一個影格與後一個影格限制條件，讓這塊天空在畫面中移動時，被限縮在一定範圍內，運動軌跡看起來更加合理。

而他的成果，就是在 Sora 官網上看到的驚人影片，那種絲滑的高畫質、毫無遲滯且高度合理、具有空間與時間一致性的動作與運鏡，甚至可以輕易合成跟分割影片。

不過啊，能把 Sora 模型訓練到這個程度，依舊是符合 OpenAI 大力出奇跡的硬道理，肯定是用了非常驚人的訓練量，要是我是 Runway 或 Pika 這兩家小公司的人，現在應該還在咬著牙流著血淚吧。別哭，我相信很多人還是想要看威爾史密斯繼續吃義大利麵的。

在訓練過程中，Sora 從提取影像特徵，到形成有意義的 patch，到最後串聯成序列，如果你接觸過認知心理學，你會發現這其過程就跟認知心理學描述人類處理訊息的過程如出一轍。都是擷取特徵、幫特徵編碼形成意義、最後組合長期記憶形成序列，可以說 Sora 已經接近複製人類認知過程的程度。

這邊是我的推測，影片中那些逼真的物理效果，不是有特定的物理模型或遊戲引擎在輔助，而是在 patch 的訓練與序列推理中，就讓 Sora 理解到要讓物體這樣動，看起來才會是真實的，這跟 GPT-4 並不需要文法引擎是一樣的，只要玩文字接龍，就能生成流暢又有邏輯的文字跟代碼。但這也是為什麼，GPT 依舊很會胡說八道，產生幻覺。如果不是這樣，我很難想像 Sora 會算出這種影片。

Sora 能理解並產生人類眼睛能接收的視覺影片，同樣的技術若能做出聽覺、觸覺等其他人類感官，這樣我們被 AI 豢養的時刻是不是就越來越近了呢？

後 Sora 時代到底會發生什麼事，老實講我不知道，上面提到的 diffusion transformer 或 patch，都是近一年，甚至是幾個月前才有研究成果的東西。

臉書母公司 Meta 的首席人工智慧科學家 Yann Lecun 也在他自己的臉書公開抨擊 Sora 這種基於像素預測的技術註定失敗，但這篇感覺比較像是對自己的老闆 Zuckerberg 喊話：「欸這沒戲，不要叫我學 Sora，拿寶貴的運算資源去搞你的元宇宙。」是說今年初就有新聞說祖老闆 2024 年預計買超過 35 萬顆 H100 處理器，這明顯就是要搞一波大的吧，這就是我想要的血流成河。

而且，從去年 ChatGPT 出來開始，我感覺就已經不是討論 AI 會怎麼發展，而是要接受 AI 必定會發展得越來越快，我們要怎麼面對 AI 帶來的機會與衝擊。

我們去年成立泛科學院，就是希望跟大家一起，透過簡單易懂的教學影片，把對 AI 的陌生跟恐慌，變成好奇與駕馭自如。Sora 或類似的模型應該可以協助我把這件事做得更好，可惜的的是目前 OpenAI 僅開放 Sora 給內部的 AI 安全團隊評估工具可能帶來的危害與風險，另外就是與少數外部特定的藝術家、設計師跟電影製片人確保模型用於創意專業領域的實際應用，若有新消息，我會再即時更新。

最後也想問問你，若能用上 Sora，你最想拿來幹嘛呢？歡迎留言跟我們分享。喜歡這支影片的話，也別忘了按讚、訂閱，加入會員，下集再見～掰！

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