看一眼即知心中小鹿亂撞：影像式心率偵測

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。

想像一下，你只是在專心聽故事，即使其他人不在同個空間一起聽。但你們的心率卻會不自覺地同步，你相信有這麼神奇的事嗎？

在過去研究中 [1]，科學家就發現當人們在同個空間，一起看電影或現場表演等共同體驗活動，大家的心律和呼吸等身體機能就會不自覺地同步。甚至，只要和另個人交談 [2]，你和對方的大腦活動、心率也會同步。

最新發表在細胞報導（Cell Reports）的研究 [3]，就發現參與者們只是聆聽故事，甚至不在同個空間，他們的心率也會同步。要能引發心率同步的狀況，有個前提：參與者必須非常專心。

只要靠聽故事，心率就能同步？

人們彼此會傳遞共同情緒等共感現象，長期以來科學家假設是源於我們大腦的社交天性。紐約市立學院教授、論文共同作者帕拉（Lucas Parra）就表示，過去有很多文獻指出，人們的生理機能會相互同步。但人要在以某種方式互動，並實際出現在同個地方。

但是帕拉也提到，我們的研究發現「這種現象要廣泛得多」，當人們只是專心聽故事、大腦處理這些刺激的同時，心率就會出現相似的變化。共同作者之一的西特（Jacobo Sitt）也補充，這是認知功能所驅動人的心率上升／下降，反而和故事情節所引發的情緒並不相關。

而心率同步的前提，就取決於參與者是否專注聽故事，並思考接下來會發生什麼。因為我們的心率波動，有部分是由意識處理所驅動的，而大腦會對這些刺激做出反應。

「注意力」是真正影響心率的因素

研究者進行一系列四項實驗，來探索意識和注意力在同步參與者心率中的作用。首先，研究者讓參與者們（彼此之間沒有互動），聆聽法國小說家凡爾納（Jules Verne）的科幻作品《海底兩萬里》（Twenty Thousand Leagues Under the Sea）的有聲書。

「他們的心率會根據故事劇情而變化」研究者也透過心電圖（EKG）的測量發現，當參與者聆聽故事時，大多數參與者在故事到達特定劇情時，都會表現出心率增加／減少。

你可能會覺得，欸！這個實驗打臉前面論文作者西特所說，心率和情緒變化不相關的說法。於是，他們進行第二項實驗，讓參與者觀看具有教育意義的教學影片，這基本上就不會引發情感變化。

去除情感變化的因素後，發現注意力是真正影響心率的因素。一開始，研究者先讓參與者專心觀看教學影片，大家的心率表現出類似的變化。有專心的情況，那也要測測看參​​與者在不專心時看影片，心率會不會同步。結果，幾乎所有參與者的心率同步情況都下降了。

光看心率是否同步，可以預測植物人的預後狀況嗎？

為了進一步測試注意力和記憶力的關係。在第三個實驗中，參與者分別要在專心、不專心的情況下，聆聽故事，並回想剛剛故事中的細節。結果發現參與者心率波動的情況，可以預測他們在回答有關故事問題時的表現。這也說明心率的變化，正是反映大腦是有意識地處理故事的訊號。

在最後一項實驗和第一個實驗類似，但不同的是，研究者找來有意識障礙的患者（像是昏迷或是處於植物人狀態）參與。多年來，這些患者可能是處在沒有反應的狀態。

然而，研究者想透過播放有聲書，測量 19 位患者們的心跳，來預測他們的預後情況。雖然患者的心率同步狀況明顯遠低於健康對照組，但有趣的是，其中只有 2 名患者表現和音檔同步的能力。

研究者在六個月後回訪，其中一位已經去世，另一名則完全恢復了意識和語言能力。剩下的 17 名患者中，只有 1 名非同步患者醒來，但他們無法說話。

西特也提到，雖然這項研究仍在非常初步的階段，但能夠想像這是個非常簡單的測試。可以運用實驗來測量大腦功能。而且實驗也不需要太多設備，甚至可以在救護車上進行。當然，這還需要對更多處於不同意識下的病患，進行實驗，並和 EEG、fMRI 等進行比較與驗證。

帕拉則表示，這項研究發現故事可以透過大腦功能，來影響我們的生理。不僅展示大腦與身體兩者的聯繫是多麼密切之外，且未來這類研究也能夠幫助我們更廣泛地理解大腦是如何影響身體，同時對於理解正念（mindfulness ）是如何和大腦與身體聯繫的，都是可以深入研究的議題。

參考資料

•  Hasson, U., Nir, Y., Levy, I., Fuhrmann, G., & Malach, R. (2004). Intersubject synchronization of cortical activity during natural vision. Science (New York, N.Y.), 303(5664), 1634–1640. https://doi.org/10.1126/science.1089506
•  Zhang, J.R., Sherwin, J., Dmochowski, J., Sajda, P., & Kender, J.R. (2014). Correlating speaker gestures in political debates with audience engagement measured via EEG. In Proceedings of the 22nd ACM international conference on multimedia (pp. 387–396). ACM, 2654909.https://dl.acm.org/doi/10.1145/2647868.2654909
•  Pérez P, Madsen J, Banellis L, et al. Conscious processing of narrative stimuli synchronizes heart rate between individuals. Cell Rep. 2020;36.  doi:10.1016/j.celrep.2021.109692