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自己形成的地圖-《地圖的歷史》

PanSci_96
・2014/08/18 ・1595字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

Facebook實習生工程師於2010年所發表的「臉書地圖」(點圖可連結原文)
Facebook 實習生工程師 Paul Butler 於 2010 年所發表的「臉書地圖」

二○一○年十二月,臉書(Facebook)發表了一幅新的世界地圖,既美麗又震撼。人們一眼就能認出這是世界地圖,採用傑拉德.麥卡托於十六世紀發明的標準投影法,但同時卻又耐人尋味地令人感到陌生。螢藍色的光芒,薄透的細線像張絲線網般籠罩整張地圖。這幅地圖有什麼奇怪的地方?中國與亞洲幾乎不存在,而東非看起來像是沒入海裡了,有些國家的位置也不太正確。這不是一張標記臉書全球使用者的地圖,而是臉書網絡所產生的地圖。這是一張同時由五億名製圖師所繪製的世界地圖。

臉書的實習工程師保羅.巴特勒(Paul Butler)運用臉書的使用者中央資料庫,將使用者所在的經緯度與他們人際網絡地區的經緯度連結起來。巴特勒在他的部落格上解釋道:「每一條線也許代表了旅行中結識的友人、旅居國外的家人、或是因為現實生活種種因素而久未聯繫的大學老同學。」臉書當時有將近五億的使用者,因此他原先以為這會是一幅雜亂的地圖,紛亂的網線(就像早期電腦後方的樣子)最終會糾結成一團。巴特勒回憶道:「結果地圖開始繪製幾分鐘後,新的樣貌現身了,我有點訝異。預期中的一團亂轉變成一張詳細的世界地圖。不只可以看見幾個大陸,一些國界也非常清楚。不過,真正讓我詫異的是這些線條所代表的不是海岸,不是河流或是政治邊界,而是人們真實的關係。」

在巴特勒創造出這幅地圖的前一年,我採訪過臉書的創始人馬克.祖克柏(Mark Zuckerberg),這幅地圖完美體現了當時他所說的話:「臉書不是一個新的社群,而是將世界上所有既存的不同社群描繪出來。」

數位革命──如此精準地以臉書地圖的形式展現出來──對於地圖製圖的改變遠超過各個時代以來所有地圖學的創新發明。手機裡有地圖,電腦上有Google Earth,我們越來越難記起以前沒有這些東西時我們是怎麼過的了。我大概記得以前我們都會買那種摺疊地圖,或是那種只在新品時摺起來、之後再也沒摺起過的地圖。或者我們會從架子上拖下重得可以讓人肩膀脫臼的地圖集,迅速翻閱索引,納悶著在美國到底有幾個地方叫斯普林菲爾德(Springfield)。

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這些單純的娛樂變成了遙遠的記憶,這樣的轉變帶來不小的影響。自從人類開始狩獵採集,在非洲平原上找尋食物與遮蔽處,實體地圖一直是我們這個世界裡至關重要的一環。的確,理查.道金斯推測最早的地圖是習於追蹤獸跡的狩獵者在塵土上畫出來的,而西班牙考古學家近來發現的一份古物,應是穴居人在大約一萬四千年前刻畫在石頭上的地圖。道金斯更進一步推論,是否地圖的產生──以及地圖的尺度及空間概念──甚至啟動了人類大腦的擴張與發展。

換句話說,地圖掌握了我們之所以為人的線索。地圖確實描述並改變了我們的歷史。地圖反映出我們最好及最壞的特質──發現與好奇,衝突與毀滅──並且也標記出權力的更迭。即使是身為個人,我們也需要描繪路線及紀錄路徑,去想像探險及逃亡的可能性。地圖相關的語彙也是我們生活中不可或缺的一部分。如果我們將自己(或是我們的城鎮)置於地圖之中,即表示我們達到某種成就3。有條理的人能像繪製地圖那般周詳地作出計畫。沒有羅盤上的方位我們就失去方向、不知所措。我們為自己尋找定位(以前的地圖會將東方擺在上方)我們給予他人一度的緯度去漫遊──給予他人自由發揮的空間。

註:

  1. 傑拉德.麥卡托(Gerard Mercator),十六世紀的比利時地圖學家,發明麥卡托投影法,以此投影法繪製的地圖,經緯線皆為直線並垂直相交,方位正確,利於航海,缺點為高緯度地區面積會被放大。
  2. 理查.道金斯(Richard Dawkins),二十世紀英國知名的演化生物學家與科普作家,著有《自私的基因》等暢銷書。
  3. 原文為 put on the map,英文中的譬喻用法。
  4. 原文為 orient,為東方、朝向東方之意。

 

本文摘自《地圖的歷史》
由馬可孛羅文化出版

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

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,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
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 / 圖片來源:envato

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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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)」 / 圖片授權:Shutterstock

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。

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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)。

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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。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

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。

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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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給你多少錢,才會願意放棄使用 FB ?社群軟體的體驗該如何被「金錢」衡量?──《資訊超載的幸福與詛咒》
天下文化_96
・2022/08/27 ・2405字 ・閱讀時間約 5 分鐘

使用社群媒體後,你變得更快樂還是更憂鬱?

想知道更多資訊的時候,你可能會上網搜尋。有時候是為了資訊的工具價值,比如透過 Google 地圖確認 A 地到 B地 的路線;腳踝扭傷時,也可以從網路上搜尋到應變的實用資訊;又或是並非真的出於任何用途,只覺得知道某些事很有趣,像是忽然想了解流行音樂歷史。你當然完全可以這樣做。

我們身邊有許多資訊都是一些抽象的概念,其中部分資訊卻可能和你切身相關。比如依據某些基本事實可以推斷你的預期壽命;某些資訊可以了解你的健康風險、未來「錢」景,甚至是個性。比起 10 年前,我們現在能得到的資訊更為詳盡正確,再過 10 年,肯定能夠知道得更多。

這章要談的內容很多,不妨開頭就先提示最大的重點:

研究顯示,整體而言,臉書會讓人變得比較不開心,而且可能感到憂鬱、更為焦慮,也對生活變得更不滿意。

你每天花多少時間使用 FB?使用社群軟體對你的心情造成了什麼影響?圖/Pixabay

我並不打算危言聳聽,事實上這些影響並不大。然而,它們的確存在。

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而與此同時,有些人明明已經停用臉書、也感受到幸福感明顯增加,卻又非常想要重新打開臉書。實際上他們要求要得到一大筆錢才願意放棄臉書。這是為什麼?我們雖然無法確定,但一項合理的解釋是,使用臉書的體驗,包括帶來的資訊,並不會讓人變得更快樂,但還是有它的價值。

無知並不是幸福,而很多人都感受到這一點。人們需要知道自己在意的資訊,這是因為喜歡、甚至珍視一種和重要的人之間產生連結的感覺。

若須付費才能使用社群媒體,會怎樣?

重要的是,我們必須強調,社群媒體的功能不僅僅是提供資訊,至少不是我在這裡反覆強調的揭露資訊的意義。你會使用臉書,可能是為了和家人或朋友聯繫,也可能是為了改善荷包或健康。但無論如何,社群媒體的一大重點在於資訊傳遞,雖然這個概念要比我目前所談的更為廣泛。

而這裡的核心問題是:社群媒體究竟多值錢?

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在社群媒體上,大部分的資訊是免費的,至少表面上你無須付費;或許可以說你仍需要付出注意力或個資等等。臉書和推特這些企業是從廣告獲得收益,但有鑑於相關爭議不斷,也有人認真討論起將這些平台及其服務的商業模式改成付費使用。

除此之外也有些偏理論的探討,主要關注在如何評估這些平台的經濟價值。要是民眾必須付費才能使用臉書,情況會變得如何?而民眾又願意花多少錢成為用戶?

要是社群媒體要付費的話,你們願意花多少錢呢?圖/LightFieldStudios

這些答案會透露出一些重要的資訊,讓我們知道社群媒體與一般資訊所擁有的價值。而回答這些問題,也有助於了解一些更基本的問題:如何計算經濟上的價值;知道某些消費決定可能只是表面工夫;了解傳統經濟指標與實際民眾福利有何差距(請見第二章)。此外,這些答案也會進一步影響政策與法規。

要你放棄使用 FB ,可能比要你付費使用來得更難?

行為經濟學特別感興趣的一個問題,就是「支付意願」和「願意接受金額」間可能出現的巨大落差。

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以臉書為例,如果我們想知道它能為我們帶來多少福利,究竟該問民眾願意為此付出多少錢,抑或該問要給他們多少錢才會願意放棄使用臉書?許多研究都探討過稟賦效應(endowment effect)的現象,也就是被要求放棄某樣商品時所要求的價格,會遠高於他們當初獲得這些商品時支付的費用

稟賦效應目前還有爭議,至少在適用的領域、來源與程度上仍未有定論。我們可能會想知道,使用社群媒體願意付出的費用,是否大於不使用社群媒體所得到的費用?如果是的話,傳統論點又能否提出說明?

IKEA 所設置的家具體驗區,常常被拿來當作「稟賦效應」的案例。圖/Pixabay

另一個同樣常見、甚至是更基本的問題,則是涉及支付意願或願意接受金額的衡量與民眾福利。我在前面也提過,在經濟學中,要是談到民眾擁有某樣商品時的福利效果,往往是以民眾願意付出多少錢來使用那件商品作為衡量。

當然,「願意付出多少錢」也是現實市場的衡量標準。但請回想一下,要提出這項金額,事實上也就是做出預測:預測該商品會對自己的福利造成什麼樣的影響。

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這個問題乍看不難,尤其當談到自己熟悉的商品(鞋子、襯衫、肥皂);但換做是從未使用過的商品,回答起來也就沒那麼簡單。對於一項從未擁有過的商品,哪知道能帶給自己多大的福利效果,以及可以換算成多少錢?

對許多人而言,臉書、推特、Instagram 等平台都是再熟悉不過的社群媒體,而且有著豐富的使用體驗。但出於某些我們馬上會討論到的原因,社群媒體用戶就是很難估算這些平台可以換算的金錢價值。

只要看看民眾提出使用社群媒體願意付出的金額,就會了解在尋求資訊上,「願意付出的金額」和民眾得到的福利效果似乎並不對等;同時值得進一步研究其中的福利效果究竟是什麼。

在這種時候,「願意付出的金額」只反映出部分的福利效果,還可能只反映一小部分。我們必須找出反映效果不佳的實際原因,並且嘗試找出更能呈現福利效果的方式。而我在這裡的目標,就是希望推進這項任務的進展。

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——本文摘自《資訊超載的幸福與詛咒》,2022 年 8 月,天下文化 ,未經同意請勿轉載。

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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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Deepfake 不一定是問題,不知道才是大問題!關於 Deepfake,你需要知道的是⋯⋯?
TingWei
・2022/01/24 ・3489字 ・閱讀時間約 7 分鐘

編按:你的理智知道「眼見不為憑」,但你的眼睛還是會背叛你的理智,不自覺得被眼前的影像所吸引,儘管你真的、真的知道他是假的。Youtuber 小玉於2021年底涉嫌利用 Deepfake 技術,偽造多位名人的色情影音內容並販售的事件,既不是第一起、也不是唯一、更不會是最後一個利用「深偽技術」進行科技犯罪的事件。

當科技在走,社會和法律該如何跟上甚至超前部署呢?本次 Deepfake 專題,由泛科學和法律白話文合作,從Deepfake 技術與辨偽技術、到法律如何因應,讓我們一起全方位解析Deepfake!

第一篇,讓我們就 Deepfake 技術做一基礎的介紹,那我們就開始囉!

什麼是 Deepfake?

深偽技術 Deepfake 於 2017 年陸續開始進入大眾的目光中。原文 Deepfake 源自於英文「deep learning」(深度學習)和「fake」(偽造)組合,主要意指應用人工智慧深度學習的技術,合成某個(不一定存在的)人的圖像或影片、甚至聲音。最常見的應用,就是將影片中的人臉替換為另一張臉(常是名人),讓指定的臉在影片中做出自己從未說過或做過的事情。

利用深度學習技術合成或是置換人臉的技術,都是屬於Deepfake。圖 / stephenwolfram

現今談到 Deepfake,大多數人想到的可能是偽造的成人影片,就如前述 Youtuber 小玉的事件,Deepfake 一開始受到關注,主要與名人或明星的臉部影像被合成到成人影片有關,然而,Deepfake 的功能遠不僅於此,相關的技術使用還包括了替換表情、合成一整張臉、合成語音等等。

除了像是讓過去或現在的名人在影片中「栩栩如生」做出使用者想要的表情與動作,之前在社群媒體上曾有好幾款 APP一度風靡,包括上傳一張照片就可以看看「變老」「變性」自己的 FaceApp,甚至於讓自己的臉在經典電影中講上一段台詞的「去演」APP,這類的功能也是應用前述 Deepfake 的技術。

雖然有些線索顯示這類 APP 常有潛在的資安疑慮[註],但好歹技術的成果多屬搏君一燦自娛娛人,尚可視為無傷大雅。

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「栩栩如生」的愛因斯坦

而過往電影的影音產業要仿造人臉需要應用許多複雜、耗時、昂貴的電腦模擬,有了 Deepfake 相關的技術,也使得許多只能抱憾放棄的事情出現了彌補的空間。最有名的應用應是好萊塢電影《玩命關頭7》與《星際大戰》系列。《玩命關頭7》拍攝期間主角保羅・沃克(Paul William Walker IV)意外身亡,剩下的戲份後來由弟弟擔綱演出,劇組再以 Deepfake 的技術讓哥哥弟弟連戲,整部電影才得以殺青上映。

Weta Digital 說明如何讓保羅・沃克的弟弟 Brian O’Conner 能透過 Deefake 的技術,繼續協助 保羅・沃克演完《玩命關頭7》

Deepfake 讓「變臉」變得太容易了?

想想過去的電影如《魔戒》中的咕嚕、或是 2008 年布萊德・彼特主演的《班傑明的奇幻旅程》,將影片或照片中人物「換臉」「變老」的修圖或 CG 技術,在 Deepfake 出世之前就已經存在了。Deepfake 受到關注的核心關鍵在於,應用 AI 的深度學習的演算法,加上越來越強大的電腦與手機運算能力,讓「影片換臉」這件事情變得越來越隨手可得、並且天衣無縫。

利用CG技術把布萊德・彼特「變老」。 圖 / © 2008 – Paramount Pictures

過往電影中採用的 CG 技術要花好幾個月由專業人士進行後製,才能取得難辨真偽的影像效果,而應用了 AI 演算法,只需要一台桌上型電腦甚或是手機,上網就可以取得軟體、有機會獲得差強人意的結果了。

進一步,傳統軟體演算法主要依靠工程師的持續修改調整,而如 Deepfake 這類技術,內部的演算法會經過訓練持續進化。有許多技術被應用於提高 Deepfake 的偽造效果,其中最常見的一個作法被稱為「生成對抗網路(Generative Adversarial Network, GAN)」,這裡面包含了兩組神經網路「生成器(Generator)」和「辨識器(Discriminator)」。

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在投入訓練資料之後,這兩組神經網路會相互學習訓練,有點像是坐在主人頭上的小天使與小惡魔會互相吐槽、口才越來越好、想出更好的點子;在練習的過程中,「生成器」會持續生成偽造的影像,而「辨識器」則負責評分,反覆訓練下來,偽造生成的技術進步,辨識偽造的技術也得以進步。

舉例來說,This Person Does Not Exist 這個網站就充滿了使用 GAN 架構建構的人臉,這個網站中的人臉看上去非常真實,實際上都是 AI 製造出來的「假臉」。

This Person Does Not Exist 裡的「假臉」。

Deepfake 影片不一定是問題,不知道是 Deepfake 才是問題

現今的 Deepfake 技術得以持續進步、騙過人眼是許多人努力的成果,也不見得都是壞事。像是《星際大戰:俠盜一號》片尾,年輕的萊婭公主出面驚鴻一瞥,就帶給許多老粉絲驚喜。這項技術應用癥結在於,相關演算法輕易就能取得,除了讓有心人可以藉以產製色情影片(這類影片佔了Deepfake濫用的半數以上),Deepfake 製造的影片在人們不知情的情況下,很有可能成為虛假訊息的載體、心理戰的武器,甚至於影響選戰與輿情。

因此,Deepfake 弄假似真不是問題,閱聽者因此「不辨真假」才將是最大的問題所在。

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歐巴馬的 Deepfake 影片

相關的研究人員歸納了幾個這類「變臉」影片常見的特徵,可以用來初步辨識眼前的影片是不是偽造的。

首先,由於 AI 尚無法非常細緻的處理一些動作細節,因此其眨眼、視線變化或臉部抽蓄的動作會較不自然。其次,通常在邊緣處,如髮絲、臉的邊緣線、耳環等區域會出現不連貫的狀況。最後,在一些結構細節會出現不合理的陰影瑕疵,像是嘴角的角度位置等。

由於現階段的 Deepfake 通常需要大量的訓練資料(影像或影片)才能達到理想的偽造成果,因此會遭到「換臉」的受害者,主要集中在影像資源豐富的名人,如電影明星、Youtuber、政治人物等。需要注意的是,如果有人意圖使用 Deepfake 技術製造假消息,其所製造的影片不見得需要非常完美,有可能反而降低解析度、非常粗糙,一般人如用手機瀏覽往往難辨真假。

人眼已經難辨真假,那麼以子之矛攻彼之盾,以 AI 技術辨識找出 Deepfake 的成品,有沒有機會呢?隨著 Deepfake 逐漸成為熱門的議題,有許多團隊也開始試圖藉由深度學習技術,辨識偽造影像。2020 年臉書與微軟開始舉辦的「換臉偵測大賽」(Deepfake Detection Challenge)就提供高額獎金,徵求能夠辨識造假影片的技術。然而成果只能說是差強人意,面對從未接觸過的影片,第一名辨識的準確率僅為 65.18%。

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「換臉偵測大賽」(Deepfake Detection Challenge)的辨識素材。圖/MetaAi

對於 Deepfake 可能遭到的濫用,某部分我們可以寄望技術的發展未來終將「道高一尺」,讓社群平台上的影像不致於毫無遮攔、照單全收;然而技術持續「魔高一丈」讓防範的科技追著跑,也是顯而易見的。

社群網路 FB 在 2020 年宣布全面禁止 Deepfake 產生的影片,一旦有確認者立即刪除,twitter 則強制註記影片為造假影片。Deepfake 僅僅是未來面對 AI 浪潮,科技社會所需要應對的其中一項議題,法律、社會規範如何跟上?如何解決箇中的著作權與倫理問題?這些都將是需要經過層層討論與驗證的重要課題。

至少大家應該心知肚明,過往的網路流行語:「有圖有真相」已經過去,接下來即將面臨的,是一個「有影片也難有真相」的網路世界了。

  • 註解:推出 FaceApp 與「去演」的兩家公司其軟體皆要求註冊,且對於上傳資料之後續處理交代不清,被認為有侵犯使用者隱私權之疑慮。

參考資料

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  1. Deepfakes and the New AI-Generated Fake Media Creation-Detection Arms Race – Scientific American
  2. What To Do About Deepfakes | March 2021 | Communications of the ACM
  3. Tolosana, R., Vera-Rodriguez, R., Fierrez, J., Morales, A., & Ortega-Garcia, J. (2020). Deepfakes and beyond: A survey of face manipulation and fake detection. Information Fusion, 64, 131-148.
  4. Deepfake 深偽技術的技術濫用與道德困境,大眾正要開始面對 | TechNews 科技新報
  5. 台灣團隊研究辨識Deep Fake影片 深偽技術的正邪之戰開打 | 台灣事實查核中心 (tfc-taiwan.org.tw)

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