八爪博士前傳？M.I.T.開發背負式機械手臂

本文由 高柏科技 合作，泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時，曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏，那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓，引來眾多師生抗議。

「從此以後，我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中，帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言：在理論模型中，氨是太空熱控系統的理想介質；但在現實的辦公大樓裡，它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯，但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險，以及必須為後果負責的工程師。

高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ，曾任職於美國 OAO 工程部熱流組，深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球，他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心：當晶片運算速度無止境攀升，那股伴隨而生的熱，究竟該往哪裡去？

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗，彷彿進步毫無邊界。然而，每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化，一旦設備過熱，系統便會降頻保護。在物理現實面前，再動聽的發表會敘事也必須低頭。

回顧個人電腦發展早期，晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後，鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級，其實更像是對空間的極限勒索：晶片功率翻倍，發熱源的面積卻沒變大，機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出，散熱設計的核心只有三要素：功率、熱源面積與空間限制。他舉例，在標準的 1U 機箱中，若發熱面積約為三十乘三十毫米，氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數，而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於，風扇轉速提升的背後，是噪音、電力損耗與空間占用。

因此，「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫，而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱，卻也將新的挑戰帶入機房：漏液風險、流道堵塞、材料相容性，以及維運時的難度。工程的進步，本質上鮮少是徹底消滅問題，更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的，不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人，是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中，沒有空氣能讓風扇製造對流；受光面溫度破百度，陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射，以及熱管與環路型熱管（LHP）來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱，冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力：在他設定的特定條件下，實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能；但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變，移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦（kW）。他強調「每秒」的觀念，因為散熱談的是動態流動速率，而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此，太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度，偏好無馬達幫浦的被動式設計；但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度，往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒：技術是否「先進」，與它是否「適合」當下的場景，始終是兩回事。

好論文，為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」，而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作，還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據，在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時，也曾遇過實驗數據無法複製，或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠，而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝，高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」，每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作，並指派專業人才在過程中持續微調、校正，確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測，但由於儀器預設以「水」校正，換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算，卻發現缺乏重複性，數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面，改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證，才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號，而在於那段不夠優雅的挫折：假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻，企業需要的不只是會算數的人才，而是能洞察研究何時「走鐘」，並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

林唯耕坦言，過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」，進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽，卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計，若無法穩定生產或贏得客戶信任，也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案，誰來負責出貨？

訪談尾聲，主持人國威提出了一個時代難題：假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計，企業該選擇全面擁抱 AI 的速度，還是保留緩慢但穩定的工程驗證，以規避潛在的失效風險？

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是：兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案；但工程師仍須實作原型，進行嚴苛的性能與可靠度測試，最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺，而是基於一項事實：AI 的資料庫裡，通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節，且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代，最稀缺的未必是熟練下指令（Prompt）的人，而是具備這種能力的人：能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來，並且願意為最終的量產品質負起責任。

大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中，雲端是由龐大的機房架構而成，裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張，都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值，就是不讓這筆物理帳單，被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

時年 26 歲^[1] 的 Caroline Dela Rose Nilsson 手腳被緊縛，^[2] 嘴巴堵塞著，神色極度焦慮，^[1]在自家的車道上呻吟。^{[3, 4]} 鄰居見狀快速通報警察。^[1]

事情發生在 2016 年 9 月 30 日，^[4] 晚間 10 點 10 分，^[1] 南澳阿德雷東北市郊的 Valley View 地區。^{[1, 3]} Caroline 的三個孩子當時在家，他們分別為 1、3 和 5 歲；^[2] 而她 57 歲的婆婆 Myrna Nilsson 早已被重擊致死，陳屍於洗衣間。^[5] 稍後，員警在屋裡的走廊找到眼神渙散，面容哀戚的男孩；他的兩個姊妹則是面部朝下，趴在床上哭泣。員警讓孩子們同自己坐在警車裡，但卻什麼也問不出來。^[5]

另一邊，當死者的兒子 Mark ，也就是 Caroline 的丈夫，得知母親死了。 Mark 詢問警方， Caroline 是否受傷，然後平靜地以實事求是的口吻說：「我不懂怎麼會有這種事情，您是說意外嗎？」由於警方不願意透漏細節，在完全不知道來龍去脈的情況下， Mark 又問是不是有人闖入家中。^[5][註1]

根據 Caroline 的說法，當天有 2、3 名開著皮卡車的男性，跟蹤她的婆婆 Myrna 回家。他們與 Myrna 在屋外爭執了約 20 分鐘，但殺害她的時候， Caroline 碰巧在關著門的廚房裡，所以什麼也沒聽到。^[1] 這幾個「看起來像粗工」的人，後來也攻擊 Caroline 。^{[2, 5]} 問題是，如果三個孩子徹頭徹尾都在屋裡，為何會安靜到沒被捲進來？

檢方拿 3 個孩子的頭髮樣本，去做藥物檢測，其中 2 個結果顯示有Tramadol殘留。^[2] 在澳洲屬於四級管制藥物的 Tramadol ，需要有處方籤才能取得，是一種會抑制呼吸且具有鎮定作用的止痛劑，一般不得施予 12 歲以下的兒童。^[6] 更啟人疑竇的是，屋裡既沒有外人入侵的 DNA 證據，附近的鄰居也沒注意到一輛皮卡車進出。^[7] 這令檢警不太採信 Caroline 的說辭。^[1]

此外，負債澳幣 4,000 元（時值約新臺幣 10 萬元）的 Caroline ，每半個月還得跟丈夫共同支付婆婆 Myrna 澳幣 1,000 元的房租。^[註2]相較之下，Myrna 經濟優渥，不僅擁有汽車，在澳洲和菲律賓置產，曾赴歐洲旅遊，還給年幼的孫子買車買房。Mark 是獨子，若 Myrna 過世，他們夫婦便可順勢繼承財產，謀財害命的動機充足。^[8]

檢警因此把 Caroline 列為頭號嫌疑犯，卻始終沒有以謀殺罪名逮捕她。直到 2018 年 3 月，他們取得關鍵證據。^[1]

Myrna Nilsson 慘遭殺害的時候，戴著一只蘋果智慧型手錶。^[1]

從智慧型手錶判讀死亡時間

Myrna 的智慧錶記錄到她人生末了的重要數據：她在返抵自家的 47 秒內開始遭受猛烈攻擊，^[4]其中有短短 39 秒的長度，出現 65 次倉皇的動作，然後她的心跳就停止了。時間約莫是傍晚 6 點 41、42 分。^{[2, 4]} 15 分鐘後， Caroline 用手機傳訊息給丈夫，還留下在臉書和 eBay 的使用紀錄。^[4] 從這個時間點到她的鄰居報案，中間相差三個小時。此情形讓 Caroline 的陳述顯得不合理，因而遭檢察官起訴。^[3]

從傳統手錶推測死亡時間

智慧型手錶進入人類生活已有一段時日，不過有些人仍然會戴其他類型的手錶。它們雖然不會追蹤使用者的生命徵象，但有時也能提供警方估計死亡時間的線索。以下是 2022 年《國際鑑識科學》（Forensic Science International）期刊，介紹的二個例子：

一名八旬老翁俯臥於公寓的地板上，毫無生命跡象。他最後一次被人看見還活著，已經是 5 天前的事情了，對縮小死亡時間範圍的幫助有限。死者左手戴著一只持續運作的自動機械錶，錶面顯示的時間準確無誤。此種手錶仰賴使用者手部的活動帶動發條。老翁戴的這款每次帶動之後，可以撐上 44 至 48 小時，而且它在警方展開調查後 18 小時才停止運轉。所以用 48 減掉 18 ，得知老翁或許在被發現前的 30 小時左右身亡。^[9]

期刊介紹的另一起案件，死者右手戴的是太陽能石英錶。某年12月在丹麥的沼澤，有個獵人撞見一具屍骨。當下右手骨頭上的錶還在走，不過時間快了 1 小時，而日期則晚了 3 天。該國的日光節約通常始於 3 月，終於 10 月，也就是說死者的手錶在 10 月之後，沒有被調回標準時間。至於少掉的 3 天，則是因為 6、9 和 11 月都只有 30 天。若未手動跳過 31 日，手錶的日期就會在這段期間，每個月各晚 1 天。由此推估，死者可能是在 5 月 1 日到 6 月 30 日之間身亡。^[9]

死亡時間與判決

死者配戴的各種手錶，留給警察辦案的線索。然而是否能破案，並將罪犯繩之以法，仍受到其他因素的影響。2016 年 Myrna Nilsson 被害身亡；2018 年她的媳婦 Caroline ，遭警方以智慧錶的紀錄為證據逮捕。^[1] 2020 年在 8 週的審理後，陪審團無法達成共識。 2021 年又經歷 6 週的法律攻防， Caroline 最後被無罪釋放。^[3] 而直至 2022 年的今天，警方仍未捕獲她口中，謀殺婆婆的那幾個粗工。

備註

1. 筆者找到的新聞資料，好像都沒有明確解釋，事發當下 Mark Nilsson 身在何處。
2. 有一篇報導說 Caroline 跟 Mark 給婆婆房租，一家三代同堂，她卻連自己的房間也沒有。Caroline 得跟兩個女兒睡；兒子則是和婆婆同寢。該文沒提到 Mark 睡哪。^[8]

參考資料

1. Rebecca Opie. (29 MAR 2018) ‘Smartwatch data helped police make arrest in Adelaide murder case, court hears’. ABC News.
2. Dillon M, Carter M. (13 DEC 2021) ‘Caroline Nilsson murder trial returns hung jury over death of mother-in-law captured on an Apple Watch’. ABC News.
3. Mahalia Carter. (26 OCT 2021) ‘Caroline Nilsson found not guilty of murdering mother-in-law after smart watch case retrial’. ABC News.
4. Kathryn Bermingham. (15 OCT 2020) ‘Prosecutors close case against woman charged with murdering her mother-in-law in 2016’. The Weekend Australian.
5. Mahalia Carter. (13 DEC 2021) ‘Alleged murder victim’s son was ‘matter-of-fact’ when told of death, court hears.’ ABC News.
6. ‘APO-Tramadol’. (01 March 2022) NPS MedicineWise
7. Rebecca Opie. (3 MAY 2018) ‘Son of alleged murder victim Myrna Nilsson urges court to release wife on bail’. ABC News.
8. Meagan Dillon. (13 DEC 2021) ‘Alleged killer Caroline Dela Rose Nilsson had ‘no motive’ to kill, despite financial pressures, court hears.’ ABC News.
9. Busch JR, Hansen SH. (2022) ‘The wristwatch – A supplemental tool for determining time of death’. Forensic Science International, 335, 111283.

• 上集連結：八爪博士4ni！？《蜘蛛人》裡的人造太陽或將問世？（上）

說明：此篇文章原本乃為泛科學 Youtube 影片所寫，經簡化之後，拍攝成〈缺電、輻射、核廢料有解嗎？「核融合發電」有可能嗎？〉和〈最受期待的核融合發電在哪裡？能源數據誰在膨風？〉兩部作品。又，本文並不針對核融合的技術性問題多做解釋，而是想用最少的字數，讓讀者瞭解核融合發展的全貌與大致進程。同時，此文主題也跟「世界是否應該採用核能發電」、「臺灣是否該使用核能發電」、「台灣是否該重啟核四」無關；這是三個完全不同的問題，核融合發電跟現有的核能發電技術也有所不同，無法一概而論。

核融合發電的最低要求

現實中，不管使用什麼方法進行核融合，都需要消耗大量的能量。如果產生的能量比消耗的能量還少、或者只大一點，那麼就沒有商業發電的價值。在討論核融合發電時，我們需要知道「融合能量增益因子」（Fusion energy gain factor）這個詞彙；它常用符號 Q 來表示，代表的是核融合反應爐產出的能量，和為讓反應爐運作所輸入能量的比值：

Q=P_fus/P_heat= 核融合反應爐產出的能量/為讓反應爐運作所輸入的能量

換句話說，如果 Q=1，表示核融合反應產出的能量，和輸入反應爐的能量相等，稱為損益平衡（breakeven）——當然，在這種狀況下，沒有多餘的能量能夠拿來發電。而且，再考慮到核融合反應產出的能量，並不可能全部都被收集並拿來維持反應爐的運作，一般認為，Q 的最低限度也要大於 5，才有機會收入與支出平衡。對核融合發電來說，Q 是越高越好，代表有更多比例的產出能量可作為發電之用，也是所有研究單位努力的目標。

核融合發電的現實

就 2022 年的現在來說，實際上還未有 Q 大於 1 的核融合反應爐出現。但我們確實會在科技新聞中，看到一些聲稱做出重大突破、輸出能量大於輸入能量的研究出現，這是怎麼回事呢？

原因之一是，有些單位在設計實驗的時候，因為許多考量，僅使用氘做燃料，而非目前主流核融合發電使用的氘氚混合燃料；而根據僅使用氘的實驗結果，就可以在理論上推估，若使用氘氚混合燃料可以達到的 Q 值。這樣子推估出來的數字，目前最高記錄是日本的 JT-60 實驗，得到 Q=1.25。

另外一種情形，則是對輸入能量的定義有所不同。舉例來說，2013 年，BBC 刊載報導，表示位於美國加州的國家點火設施，達到「核融合反應的里程碑」，「透過核融合反應所釋出的總能量超過由燃料所吸收的總能量——這是在世上所有的核融合設施中，第一次辦到。」然而，在該實驗中，雷射對裝有核融合燃料膠囊的金屬空腔標靶（稱為「環空器」，hohlraum），輸入了 1 百 80 萬焦耳的能量，最後僅產出約 1 萬 4 千焦耳的核融合能量；換算起來，Q 值為 0.0077。但是，根據計算，雷射輸入的能量當中，只有1萬焦耳真正在燃料膠囊的核心起作用，促成了核融合發生——從這個角度來說，也是一種「核融合反應所釋出的總能量超過由燃料所吸收的總能量」，但總有作弊之嫌。

目前，融合能量增益因子的最高紀錄，是由美國國家點火設施所創下，於 2021 年達到的 0.7，由 1 百 90 萬焦耳的雷射能量，獲得1百35萬焦耳的核融合能量。只是，這樣的計算方式仍然有個問題：若要產生具有 1 百 90 萬焦耳能量的雷射，我們事實上必須使用到遠超其上的能量——如果要拿來發電，這個能量消耗也是必須考慮進去的。

目前最受期待的核融合設施

在近未來之內，最接近商業發電的核融合設施，應屬位在法國南部的國際熱核融合實驗反應爐（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）。它是跨國出資、合作的核融合設施，成員包括歐盟、印度、日本、中華人民共和國、俄羅斯、韓國和美國，目前仍在建造中，預計於 2025 年開始進行初步電漿測試，並於 2035 年進行氘和氚的核融合實驗。

根據一般說法，ITER 產出能量的功率會達到 5 億瓦特，但只需要五千萬瓦特的能量輸入功率，亦即，融合能量增益因子 Q 會高達 10。這聽起來很不錯，似乎可以作為商業發電之用，或者至少很接近商業發電的目標了。是這樣嗎？

But，人生最重要就是這個 But，5 億瓦特的能量輸出功率，是指核融合反應釋出的能量，而非實際上能夠獲得的電力；有很大一部份比例的能量，都會在轉換成電力時漏失。同時，五千萬瓦特的能量輸入功率，也只是整間電廠營運需求的一部份——根據 ITER 的報告，運作整間電廠約需要 4 億 4 千萬瓦特的能量功率。換言之，儘管 ITER 應該會是近未來 Q 值最高、最成功的核融合設施，但距離商業發電，仍然有一段差距。這也是目前全球的科學家在努力克服的問題。

自己在家做出核融合反應爐？

儘管核融合發電於現實中仍存在許多問題。但是，我們卻也偶爾會看到，媒體大肆渲染，某某青少年在自家做出小型核融合反應爐的新聞，難道全球科學家都被不世出的天才青少年打臉了嗎？

這類所謂自製的核融合反應爐，大體來說，就是將氘氣引入真空容器內，再利用高電壓使其互撞，並在過程中藉由測得中子，推論核融合反應存在。然而，雖然核融合反應會產生中子，但測到中子並不表示就一定是核融合反應。高速的氘原子互撞，就算沒有成功融合，仍然可能經由其他作用產生中子

另一方面，就算真的有零星的核融合反應出現，其能量產出效率必定極低，輸入的能量遠大於輸出的能量。我們可以說，要人工地讓核融合反應發生，在現代並不是問題；如何讓輸出大於輸入，且持續穩定運作，才是主要的問題。

科學的進步與成功，事實上仰賴許多前人的鋪路，後人才能在前人的基礎上順利抵達終點。如果沒有知識的累積，就期待一蹴可及、出現某個天才打臉所有人，完成前無古人的成果，雖然很有戲劇性，但幾乎是不可能的事情，現代科學研究尤其更是如此。

我們是否將見證歷史性的一刻？

核融合作為未來可能的能源選項之一，無疑是值得研究的課題。過程中花費的金錢與人力縱然可觀，但天下沒有不勞而獲的事，總是要嘗試了，才會知道結果怎麼樣。人類的科學文明，就是這樣不斷地在諸多失敗和成功下，累積成現在的成果。

核融合研究，多年下來有著長足的進步，距離商業發電的目標越來越近。儘管目前看起來，核融合發電距離實用化，還有一段距離，而還要多久才能克服這最後一哩路，也很難說。但搞不好，或許數十年之內，我們就有機會目睹人類能源的歷史性突破。

參考資料

• 世界核能協會
• 2021世界核能產業現況報告
• World Nuclear Performance Report 2021 COP26 Edition
• 國際熱核融合實驗反應爐
• 國際原子能總署
• 馬克斯‧普朗克電漿物理學研究所
• JT-60U Experimental Report No. 46
• Muon-catalyzed fusion – Wikipedia
• Inertial confinement fusion – Wikipedia
• Magnetic confinement fusion – Wikipedia

麻省理工學院（M.I.T.）的淺田亨利（Harry Asada）教授設計出一款「外掛機械手臂」（Supernumerary Robotic Limbs, SRLs），能夠輔助人類的工作。雖然機械手臂還在原型階段，不如八爪博士的機械手臂威猛，但這套機械手臂更先進，能夠自動判斷人類動作是否需要協助，因此自然手臂可以保持工作狀態，不用忙於操控。

研究團隊表示：「想像有一天，人類有第三支手、第三支腳在身上，能夠輔助他們抓取物品、支持身體、分攤工作，精簡工作流程；假如『外掛手臂』的動作能夠非常精準地和自然手臂配合，使用者就能夠意識到機械成為身體的延伸。」

當你左手拎著剛從市場買的菜，右手握著外帶的熱美式咖啡，回到家發現沒手可以開門，那麼外掛的手臂就派上用場了。雖然背著這款機械手臂走在路上可能會被蜘蛛人預防性羈押看起來很怪，但在工業上就很實用，像是需要精準卻又無法自動化的手工製造業，就可以藉這款機械手臂提高工人的產能。

使用者手腕上裝有慣性量測儀器（inertial measurement units, IMU），能夠監測自然手臂的行為。電腦將儀器收集到的數據根據先前學習的人類行為模式，推測出人類手臂動作的目的，再指示機械手臂該執行什麼動作，以配合自然手臂。像是當我們把雙手高舉過頭，電腦會預期我們要抬舉物體，所以也會將機械手臂高舉，助你「兩臂之力」。

外掛機械手臂目前有兩種原型，一種架在肩上，能夠輔助高過頭部的工作；另一種背在腰上（如圖一右所示），能作為多出來的雙手或雙腳（裝兩組就成為八爪博士了？）。研究團隊於IEEE國際機器與自動控制大會（IEEE International Conference on Robotics and Automation）展示機械手臂原型。

資料來源：MIT lab designs workload-sharing robotic limbs. Phys.org [Jun 03, 2014]