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智慧人造皮膚 – 讓你真的有感覺

吳易軒
・2015/11/25 ・1461字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 468 ・五年級

根據衛福部統計處 2014 年的資料,目前光是台灣就有近 40 萬的肢障人口,雖然不是人人都迫切需要穿戴義肢,但若能擁有如真實手腳般的替代品或許能讓生活便利許多。國內外義肢的相關研發已經持續數年,在過去幾個月,瑞典科學家宣布他們開發出第一種能夠與穿戴者的骨頭、神經、肌肉連結的義肢,並能透過想法控制其動作;另外也有團隊研發能夠自行癒合的人造皮膚;甚至有研究人員試圖將人造皮膚的敏感度提升至真實皮膚的一千倍。不過至今還沒有一項產品能讓穿戴者感受到他們所拿的物品是冷是熱、是乾是濕,也無法感覺到壓力進而判斷手部施力是否適當。

對此,由首爾大學教授金大亨(Dae-Hyeong Kim)帶領的團隊研發出一種幾乎可比擬真實的人造皮膚,讓穿戴者能感受到溫度、壓力、濕度,甚至還裝有加熱器讓它摸起來就像是活生生的皮膚。它主要的組成材料是含有金及矽的聚合物-聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS),它透明且富有彈性,能夠包覆住整個義肢手臂,每平方毫米布有四百個傳感器,嵌在裡面的矽奈米帶(silicon nanoribbons)讓皮膚在擠壓或伸展時會產生電以提供觸覺反應,能感覺溫度及壓力。

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包覆在義肢上的人造皮膚。Source: blog.nskinc.com

濕度傳感器由電容器組成,當電容器周圍的聚合物吸收水分,濕度會改變聚合物儲存電荷的能力,電容器測量儲存量的變化,並以此判斷環境中的水分含量。為了測試濕度傳感器的準確度,研究人員首先比較人造皮膚和工業用的濕度傳感器數據,結果顯示人造皮膚濕度傳感器的準確度並不輸工業用濕度傳感器。接著研究人員讓人造皮膚實地碰觸乾濕狀態不同的尿布,結果顯示這個辨識任務對人造皮膚濕度傳感器來說完全沒問題。

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濕度傳感器測試。Source: Nature Communications

為了讓穿戴者能靈活運動,研究人員賦予不同肢體部位充分的彈性。團隊利用動作捕捉攝影機記錄真人手臂動作時皮膚會如何伸展,並套用在人造皮膚上,透過調整矽奈米帶的形狀調整不同部位的彈性程度,在需要頻繁動作的部位(如手肘),延展程度最高可達16%,在比較不需要活動的部位(如手指尖),就加強敏感程度。
這些傳感器以一層一層薄膜的形式堆疊起來,不但能提高耐用度也能減少產生裂痕的風險:

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人造皮膚分層示意圖。Source: blog.nskinc.com

目前研究團隊的下一步,是要想辦法將人造皮膚與人類神經系統連接起來。近期的實驗已將人造皮膚與老鼠大腦做連接,測量到老鼠大腦的感覺皮質(sensory cortex)確實有接收到感覺訊息輸入(sensory input ),不過這不能說明老鼠是否真的有感覺到溫度、濕度或壓力。為了得到更有效的實驗結果,未來會逐步以較大型的動物進行測試。

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所
審校:陳妤寧

本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

延伸學習:
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吳易軒
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烘焙東西軍,有添加麵包 vs. 無添加麵包,今天想吃哪一道?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/09/20 ・2178字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 家樂福食物轉型計畫 委託,泛科學企劃執行。

  • 文 / 陳彥諺

《烘焙東西軍》熱映開播啦!這一集真的很「熱」,因為節目邀請到了兩位烘焙達人來到現場熱烘烘的烤!麵!包!

第一位華麗登場的,是有著亮麗小鬍子、動作咻咻咻超有效率的「有添加師傅」,另外一位古意老實、動作慢條斯理的,則是近年來越來越被看重的「無添加師傅」——這是一場「有添加」與「無添加」的世紀大對決!

《烘焙東西軍》這次邀請了「有添加師傅」和「無添加師傅」來烤麵包。圖/家樂福提供

「有添加」與「無添加」的世紀大對決

外表亮麗的有添加師傅,其實早已憑著「三好」稱霸市場多年。所謂的三好,是好快、好吃、好美!為何會這麼說呢?

食品添加物存在於食品中許久,早期因為食物加工技術不夠精良,為了食品安全無虞,便添加可以讓食物安定的添加物,延長保存期限。又因為食品添加物可以改變食品的外觀、口感、縮短製作時程等,因此,長期以來受到業者及消費者的偏愛。

有添加師傅憑著「好快、好吃、好美」稱霸市場多年。圖/家樂福提供

不過,近來由於食安事件頻繁,食品添加物早已偏離了原先讓食物安全的初衷,在追求好吃、好快、好美的背後,卻可能造成身體上的負擔與健康風險!製造過程是否安全合理?乾淨衛生?也是打了許多問號。

再加上現在因健康養生的意識抬頭,消費者們越來越注重吃下肚子的食物成份,開始努力追求簡單無添加。也因為隨著食品加工技術越來越棒,能夠透過改善製程,有效減少添加物的必要性。終於,在消費者意識抬頭、技術成熟等各方條件皆備下,古意老實、耗費工時的無添加師傅,多年以後,開始受到矚目啦!

在這場世紀對決中,有添加師傅在民眾都還來不及反應時,就已經做好了熱騰騰的麵包,每一個麵包都飽滿好看、香氣濃郁,簡直是施了魔法一樣!但見到這麼多食品化工添加物做出來的麵包,難道就不能有更健康的材料選擇或做法嗎?

反觀無添加師傅,他按部就班的從麵粉開始精心挑選,接著再逐一加入可以溯源的材料,接下來,順應麵包的特性自然發酵。即使有添加師傅已經端出熱騰騰的麵包了,無添加師傅仍然不為所動,他循序漸進,寧可耗時製作,堅持做自己的無添加麵包。

無添加師傅之所以堅持,那是因為他秉持著麵包不用任何添加物,不講求快速便利,用純淨的原料配方、遵循傳統法國工法,做出來的麵包也可以照樣香氣四溢、美味好吃,更重要的是每一口都吃的健康又安心!

無添加師傅堅持不用任何添加物,不講求快速便利,用純淨的原料配方、遵循傳統工法。圖/家樂福提供

當兩位師傅的麵包端上評審桌⋯⋯

有添加師傅的麵包外表金黃澎潤漂亮,無添加師傅的則是外表非常質樸。

不過,當評審們吃下麵包後,外表質樸的無添加師傅,竟然擄獲了評審們的心!

怎麼辦到的呢?這是因為花了較多時間製作的無添加麵包,保濕度較佳,口感也較有層次。當評審一口接著一口品嚐,會發現吃的都是食物的鮮甜原味—無添加麵包是名為「裸麵包」的寶藏男孩啊!他不同於外表上看起來質樸敦厚,只要用心切開,裏頭包裹著滿滿新鮮在地的果乾和堅果,是誠心誠意的美味。

烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」,是怎麼來的?

堪稱烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」,是來自於家樂福自製的烘焙產品。長期關注食物真實性與為顧客把關健康的家樂福,2014 年就開始著手了「無添加驗證計畫」,也在 2019 年取得了「A.A. 無添加驗證標章」,更透過第三方專業機構親赴產線檢驗、不定期抽查等層層審核程序,取得了嚴謹認可。

要打造寶藏男孩般的「裸麵包」,並不是容易的事。許多標榜安心安全的麵包,都只能做到製程及配料上的無添加;而追求極致的家樂福,自製白吐司則從特製 100% 的無添加麵粉開始,掌握源頭,做最純淨、最真實且赤裸的麵包。

這是一款依循歐盟規範,取得 A.A. 無添加標章,第三方驗證後可信賴的麵包。

這是關注在地的暖心麵包,嚴選在地好食材、講求動物福利,選用當季水果、非籠飼雞蛋、透明鮮奶、以安佳奶油取代人造奶油⋯⋯。

這是減塑又減廢,以醜蔬果製作配料,減少食材浪費,更導入環保包材,友善環境的麵包。

烘焙東西軍「有添加師傅」與「無添加師傅」的對決,我們看到了,天公疼憨人,穩扎穩打、工法較繁複的無添加製程,受到消費者的青睞——這一場對決,由純粹、誠實、充滿善意的裸麵包,「無添加師傅」獲勝。

【家樂福食物轉型計畫】烘焙東西軍「有添加麵包」v.s.「無添加麵包」的世紀對決,今天你選哪一邊?影/YouTube
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牠如何長出一雙「隱形的翅膀」?——玻璃翼蝶的成長日誌
Curious曉白_96
・2021/10/28 ・3597字 ・閱讀時間約 7 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

蝴蝶的美,源於牠們擁有的千變萬色的翅膀,這些色彩是門面,也是保護傘,鮮豔顯目派警戒掠食者別靠近!小心牠們有毒(即便有些蝶其實没毒 XD);擬態派能巧妙地偽裝成自然環境中的枯葉、樹木等騙過掠食者的眼睛,或是如猛禽眼睛樣貌的翅膀,嚇唬掠食者。多數蝴蝶們視顏色為性命,但對玻璃翼蝶來說……就是不給顏色瞧瞧,幾近透明如玻璃的翅膀,即使飛行也如穿上一層隱形罩袍,讓大家都難以察覺牠的存在。究竟,這個蝶界的「小透明」是如何成長?又何以成為科學家們研發新型抗反射材料的重要靈感?Let’s check it out !

玻璃翼蝶的成長日誌

玻璃翼蝶,又名寬紋黑脈綃蝶(學名:Greta oto,俗稱透翅蝶),屬於鳳蝶總科的蛺蝶科(Nymphalidae),主要分布在中南美洲的雨林及山區。牠們的卵殼型態非常多變,有些如珍珠般光滑透亮,有些點綴上小撮鱗毛,有些具有雕刻般的紋路。

玻璃翼蝶, 又名寬紋黑脈綃蝶 ,俗稱透翅蝶,為蛺蝶科寬紋黑脈綃蝶屬。圖/EOL

幼蟲時,牠們主要吃的是夜香樹屬的植物,這類植物含有具毒性的生物鹼,且能夠存儲於幼蟲體內,當有些鳥兒吃了他們,輕則拉肚子,重則中毒身亡。玻璃翼蝶向來與眾不同,即便同屬鱗翅目(Lepidoptera),他們卻不與其他蝶一般擁有鱗翅目的招牌特徵 —— 成蟲全身布滿鱗毛,取而代之的是光滑剔透如玻璃般的翅膀,而成蟲的牠們一樣喜愛吃「毒」口味的食物,例如菊科(含生物鹼 (pyrrolizidine alkaloids))、馬纓丹屬植物,讓掠食者們敬而遠之。

鱗翅目招牌特徵 —— 成蟲全身布滿鱗毛。圖/EOL
可從罌粟分離出生物鹼-嗎啡。圖/維基百科

隱形翅膀的誕生

玻璃翼蝶是如何生成如此獨特的翅膀呢?帕特爾(Nipam H. Patel)和他的同事們首度將玻璃翼蝶詳細的成長時間序公開於《實驗生物學期刊》(Journal of Experimental Biology),他們分別在其成蛹不同時間點(16, 30, 48, 60 hr)進行解剖,並觀察其生成翅膀型態的變化(如圖一)。

  • 成蛹 16 小時

起初牠們與其他鱗翅目物種一樣,蛹翅由一層輕薄、勻稱的上皮組織組成,接著許多表皮細胞已分化為平行排列的感覺器官前細胞(Sensory Organ Precursor cells , 以下簡稱 SOP 細胞)。在翅膀生成前期,帕特爾等人發現翅膀透明區域與非透明區域相比,具有較低密度的 SOP 細胞,因此他們猜測,玻璃翼蝶翅膀上形成透明區域及非透明區域的關鍵點就在於 SOP 細胞密度的差異,導致兩個區域的 SOP 細胞日後受到不同的調節,進而影響成體翅膀上兩區域的鱗片密度和表面翼膜分布具有極端的差異。

  • 成蛹 30 小時

此時玻璃翼蝶身上的 SOP 細胞開始分化成為鱗狀細胞(scale cells)及似人類的神經膠質細胞的界面上皮細胞(socket cells),鱗狀細胞主要位於翅膀內部,而界面上皮細胞肌動主要負責連接每個鱗狀細胞,並位於翅膀較為表層的位置。此外,他們透過染色技術發現翅膀上開始出現由肌動蛋白組成的小圓柱狀增生鱗片,而這群增生鱗片甚至長到超出翅膀表面。這個階段的透明翼區域鱗片細胞型態跟不透明區域的未分化鱗片細胞一樣,像極了一個個被吹成橢圓狀的氣球。

  • 成蛹 48 小時

鱗狀細胞開始延展並擴散生長,這時候透明翼區和非透明翼區要開始分道揚鑣了!非透明翼區(尤其是翅膀周圍有顏色的分界線)有很粗的肌動蛋白束,鱗片細胞呈圓扁狀;而透明翼區的鱗狀細胞開始向上延伸,並產生兩種型態(短小倒三角狀及狹長鬃毛狀)的細胞交替分布於其中。

  • 成蛹 60 小時

透明翼區的短小倒三角鱗狀細胞們的兩個角角開始伸出「觸鬚」,形成兩個似觸角型的細胞並開始延伸生長,而長鬃毛鱗狀細胞的長度早已生長至一定長度,甚至還長到彎曲。非透明翼區的鱗狀細胞則會再長得更長、更寬、更平坦(葉狀),並在尖端處形成鋸齒狀。

隨成蛹時間翅膀發育變化。 圖中洋紅色螢光為 SOP 細胞,綠螢光為肌動蛋白,粉紅色螢光為鱗狀細胞膜,成蛹 30 小時,透明翼區(Clear)與非透明翼區(Opaque)細胞分布密度差異大,成蛹 48 小時後兩區域細胞開始發展成截然不同的型態。 圖(一)/參考資料3

我們之所以能看到非透明物體具有色彩,是由於物體會吸收部分光線,並將其他光線反射入我們的眼睛。反射程度主要取決於生物組織和環境介質之間的折射率差異,差異越大,表面反射越高。以會呈現透明的水生生物為反例,因為其組織與周遭環境(水)的折射率相近,因此他們就能施展「隱身術」。但是呢!在陸地上,要隱身可難囉~因為陸地生物組織的折射率(n=~1.3-1.5)和空氣(n=1)的折射率差異很大,所以易產生極大的表面反射。

有色翅膀的蝴蝶擁有於一排排扁平、重疊的鱗片,每個鱗片都可以通過色素沉澱產生顏色,並與光於奈米結構層級上進行交互作用,產生所謂的「結構色(structural coloration)」,選擇性吸收特定波長的光,且使光發生散射、漫反射、衍射或干涉而產生各式炫麗色彩。相反地,像透明翼蝶與部分蛾類的翅膀之所以會呈現透明,讓光線穿透,並能夠從透明翅膀區域看見他們身後的物體,關鍵在於他們只含有一層幾丁質膜(chitin membrane,也稱甲殼質),這層膜並不會明顯地吸收或反射光線,因此光線能輕易透射這層膜。

仿生靈感:抗反射材料的誕生

然而,幾丁質膜的加持還不夠,因為幾丁質本身具高折射率(n=1.56),因此即便透明,還是會有反射光。為此,透明翼蝶的翅膀發展出一款新型態的「抗反射構造」,造就此構造的三大功臣:微小且垂直稀疏的鱗片、幾丁質組成的奈米柱、蠟質層。垂直的鱗片能順著光線移動,使光線更容易致穿透翅膀;奈米柱使翅膀顯得凹凸不平,不但能減少因相同角度反射所產生的眩光,還能使光線呈現漫反射的效果;可是,透過電子顯微鏡的觀察,科學家們發現透明翼蝶的透明翼區的漫反射率僅約 2 % (空氣與翅膀介面的比率),後來他們查出這是翅膀表面覆蓋蠟質層的功勞,蠟質層似緩衝膠,因為比空氣密度大,能緩衝光線穿透翅膀的速度,還能大幅減緩光線照射鱗片所產生的眩光,若去除透明翼區的奈米柱及蠟質層,則會使反射率提升 2.5 倍,使翅膀受光照而閃亮。

這項驚人的發現不只有帕特爾等人注意到,卡爾斯魯厄理工學院(Karlsruhe Institute of Technology)的研究團隊也曾於 2015 年在《自然通訊》(Nature Communications)期刊發表,玻璃翼蝶翅膀表面不規則的奈米結構能降低反射,並透過蝕刻沈積技術(etching techniques)製造了仿透明蝶翅的塗層,厚度僅 500 奈米,且具有防水及自潔功能。

雖然目前研究處於測試階段,但在未來可望將這類新型塗層應用於防眩光的眼鏡鏡片、相機鏡頭、3C 產品的螢幕上,還能用於太陽能板以提升太陽能轉換效率,甚至軍事領域能發展出「隱形效果」的武器或裝備,這就是透明翼蝶帶來的重大效應。

卡爾斯魯厄理工學院研究團隊於 2015 年在《自然通訊》期刊中發表玻璃翼蝶翅膀表面不規則的奈米結構能降低反射。圖/參考資料4

結語

來自杜克大學的生物學家桑克‧強森(Sonke Johnsen)曾指出儘管許多具透明性質的物種都在身體結構上演化出奈米柱,但蠟質層倒是個令人費解的新發現,蝴蝶的幾丁質覆蓋層是個牢固的結構,為何還要加上蠟質層削弱其堅固度呢?因此他認為這個問題的解答或許會發掘出更多酷東西!不過一想到能在大太陽底下使用仿透明翼蝶的仿生手機,不再受惱人的反光所擾,這個對重度使用 3C 產品的捧由們已經是件很酷的事了!

仿生透明翼蝶產品,對人類來說,是一個保護眼睛、免於反光摧殘的一項發明。 圖/GIPHY

參考資料

  1. See through the Glasswing Butterfly’s Fascinating Wings
  2. New images clarify how glasswing butterflies make their wings transparent
  3. Developmental, cellular and biochemical basis of transparency in clearwing butterflies
  4. The role of random nanostructures for the omnidirectional anti-reflection properties of the glasswing butterfly
  5. How glasswing butterflies grow their invisible wings
  6. 抗反射塗層 仿透明蝶翼
  7. 科技大觀園:抗反射表面塗層仿生透明蝶翅
  8. 求真百科:玻璃翼蝶
  9. 寬紋黑脈綃蝶:形態特徵,棲息環境,生活習性,分布範圍,繁殖方式,種群現狀,保護級別
  10. MPlus | 隱形的翅膀:玻璃蝴蝶的透明演化之謎
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對於科學新知充滿好奇心,對於一切新知都想通曉明白,期許自己有一天能成為有所貢獻於社會的曉曉科學家!

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機器人的生命權力——《再.創世》專題
再・創世 Cybernetic_96
・2021/08/25 ・4697字 ・閱讀時間約 9 分鐘

  • 作者/高涌泉

人有人權,機器人是否應該也有某種類似於人權的權力(姑且稱之為「機器人權」)?目前這個問題還沒有被大眾認可的標準答案,因為我們還不知道機器人是否值得擁有機器人權。以當下(2021)最先進的機器人來說,我想多數人對於將它「關機」,不會有絲毫猶豫,就像我們可以毫不在意地任意關掉(或開啟)最先進的蘋果電腦。也就是說,當前最先進的機器人還沒有先進到需要我們去擔心關機是否影響它的福祉(生命)。但是未來呢?當,譬如說,一萬年之後 ( 或許不用那麼久,說不定一千年之後即可?)的機器人,已具備人性(我稍後會討論出現這種狀況的機率),那時人類應該允許機器人擁有機器人權嗎?

機器人是否也應有屬於自己的機器人權。圖/Pexels

科幻電影中的機器人

對於這個假設性問題,好萊塢已經給了答案——你所能想像的狀況大約已經出現於某部科幻電影裡。有一類情境相當常見,讓我舉幾部很好看的片子為例來說明:

  1. Ex Machina人造意識,也譯為機械姬;據說拉丁文片名本意是「來自機器」)。片中的女機器人在主人的設計下,已經具有足以通過「圖林測試」(Turing Test)的智能,但是她還進一步發展出主人所不知的自主意識,最終為了自由而殺死把機器人當作娛樂工具的主人。
  2. Blade Runner銀翼殺手)。此片的機器人是仿生人,在外貌、語言以及行動上,與人類沒有區別,和 Ex Machina 中的機器人相比,好似更加先進,然而其機器人本質還是可以被一項對於情緒反應的測試揭發(有如測謊器的功能),片中機器人當然也被安排會為了避免「被退休」而殺人。
  3. I, Robot機械公敵)。片中機器人在外貌上,與人類有明顯區分,它們被製造來服務人類,有遠超越人類的體能,因此必須遵循艾西莫夫「機器人三定律」(第一定律:機器人不得傷害人類,或坐視人類受到傷害;第二定律:機器人必須服從人類命令,除非命令抵觸第一定律;第三定律:機器人在不違背前兩定律的情況下,必須保護自己),此片也一樣安排讓機器人產生某種程度的自主意識(主角機器人甚至會做夢),以及與人類的衝突。

以上三部科幻片的共同點是人類製造出的機器人終究會產生某種具自由意志的心智,並且會捍衛自己生存的權利、抗拒人類的宰制。這種「覺醒、反抗、勝利」三部曲的故事也廣為其他科幻電影所採用。(有一部叫好叫座、由 HBO 推出的科幻電視影集 Westworld西方極樂園)也是大致循這樣的套路。)事實上,這樣的套路也出現在非科幻的一般劇情片中,大約是這種勵志招式符合某種人類的心理需求,所以很受歡迎。總之我們從機器人科幻片學到了兩件事:一是我們與機器人的關係取決於機器人能否產生自我意識(心靈),而且大家願意相信機器人應該終究會具有這樣的能力;第二是對於我們應該賦予機器人多少「機器人權」的問題,無論我們如何操心,恐怕不是重要的事,因為就如「人權是爭取來的,不是靠施捨的」,「機器人權」的內涵還是由機器人決定。不過這兩點若真要仔細推敲,就會發現可以質疑的地方非常多。

科幻片中人類製造出的機器人終究會產生某種具自由意志的心智 。圖/Pexels

機器人適用心物二元論還是原子論?

首先,到底什麼是機器人?對此我一直沒有下個定義,因為不需要:大家都很清楚機器人儘管在外型與行為上,有很多種類,但一定都是人造的。所以機器人就是人造人(或人工人),是人類用材料製造出來的。所謂的材料就是物質,物質拆解到最後,就是各種原子罷了。所以機器人都是原子組裝出來的。但是人類不也是由原子組成的嗎?為什麼人不是機器人?或者,人其實也是一種是機器人?也就是說人也不過是一群原子依據某種明確的指令(程式、算則)在運行罷了!然而自古以來,不斷有哲學家懷疑這樣的看法,因為大家想不透在這樣的假設下,自由意志(俗稱靈魂)如何能夠出現?如果不行,也就是說靈魂這東西和物質屬於兩個範疇(即所謂的二元論),那麼人當然就不是機器人了:人有靈魂,機器人沒有。

但是自古以來也有不少人不相信二元論,例如古希臘的原子論者就不相信有獨立的靈魂這回事,以法國哲學家柏格森(Henri Bergson)的話說,原子論者相信的是「身體、靈魂、所有的物體以及世界,都是由原子所構成的。自然現象和思維都只是原子的運動而已。一切的事物與現象都是由原子、原子之間的真空(void)、以及原子的運動所組成的。除此之外,就沒有其他東西了。」如果原子論終究是對的,那麼人便只是一類較高明的機器人罷了!

那麼到底二元論與原子論兩者間哪一個比較有道理?(當然了,聰明的哲學家還發明出其他更繁複細膩,或者說更怪異有趣的理論,例如原子本身就是有意識之物體的說法等等,感興趣的人可以自行探究。)自近代科學出現以來,由於物理、化學與生命科學以及電腦科學的快速進展,眾多科學家自然地認為原子論的觀(自然現象和思維都只是原子的運動而已)是一件合理的假設,理解意識如何出現在腦子裡於是成為眾多研究的目標。

認知思考的想像實驗

美國哲學家瑟爾(John Searle)在 1980 年提出一項想像實驗(類似的想法其他人也有),試圖證明意識絕不是物質加上(電腦)程式就能產生的,具體說,即電腦不可能具有思考能力。他這個想像實驗一般稱為「中文房間論證」(Chinese room argument),讓我用一個不同於瑟爾原始版本、但我想仍不失其意的簡化版來說明這個論證:設想在某房間裡有位美國哲學家,他不懂中文與日文,但是能夠依據指令行事,房間裡有個資料庫,裡面有一份中日文字對照表(對哲學家來說,這裡的中日文字都只是奇怪的符號而已)及一本以英文寫的中日文語法規則簿(即中日文字對照表內符號之間應遵循的關係),我們將一篇中文文章送進房裡,這位先生就依據房間裡的資料庫,將這篇文章「翻譯」成日文,然後送出房間。房間外的人會以為這篇文章是房間內有位懂中文與日文的人所做的翻譯,但是瑟爾說房內的哲學家根本不知道他所經手的文章在講些什麼。

以行話說,瑟爾想示範的是掌握了「語法」(syntax)不意味就了解「語意」(semantics),而不了解語意就談不上認知與思考。總之,瑟爾的重點是知道依據明確的規律來操弄符號(這是所謂「人工智慧(智能)」(AI)的功能)儘管有翻譯的本事,但仍不具認知、理解與思考的能力,也就是他不相信電腦(AI)能夠導致意識與心靈。瑟爾的講法引發大量評論,有人主張自由意識根本是個幻覺(當然另有人說這麼想的人錯得離譜),也有人主張人腦與電腦有根本差異(但是究竟差異為何,則意見紛雜)等等。

在我的簡化版本中,瑟爾的想像實驗假設了機器翻譯是行得通的(但是即便如此,機器還是沒有意識可言),不過長久以來,機器翻譯其實一直沒有太大的進展。然而近年來由於大數據與深度學習方法的出現,機器翻譯的水準已經頗為可觀,儘管還算不上完美,但是已經不像更早些時,譯文漏洞百出,明顯就不是人為的。同樣地,深度學習也讓電腦下棋(無論是西洋棋或是圍棋)的功力,遠遠超越人類棋手。在翻譯與下棋之外,電腦還有很多令人刮目相看的新本事(傳統的本事當然是其快速計算的能力),所以就算電腦還談不上有真正的意識(無論這是什麼意思)可言,不少人(包括我)已經感到震撼。

經深度學習後,電腦也可以下西洋棋。圖/Pexels

對於意識等抽象概念的探討,如果沒有具體的例子作為對象,容易流於空泛,莫衷一是。目前在人類之外,什麼東西可能擁有某種程度的意識?動物是個明顯的答案,無怪乎科學家與哲學家對於動物的心智很感興趣。不過動物心智也不容易捉模,相關意見也一樣紛雜。據說,主張心物二元論的笛卡爾就認為由於動物沒有語言能力,因此談不上具有心智,不過我想很多養過寵物的人恐不會接受這個見解。

動物的心智與生存權

我自己雖不養寵物,但全然認同(起碼有些)動物是具有心智的。主因是我在過去五、六年間,迷上了在 YouTube上觀賞對於白頭鷹(bald eagle)的巢 24 小時全天候(晚上有紅外光夜視)的實況轉播。簡單講,整個情況就像電影 Truman Show(楚門的世界)的白頭鷹版——除了白頭鷹的真實生活比虛假的楚門世界要有趣太多了。白頭鷹是美國國鳥,曾一度列入瀕臨滅絕物種(endangered species)名單,後來在種種保護措施(包括禁止殺蟲劑 DDT)下,族群數量才逐漸回升。白頭鷹是美麗的大型鳥,位於食物鏈頂端,有王者氣質,令人著迷。現在網路上可以找到很多位於世界各地的這種稱為「白頭鷹巢實況監視」(live bald eagle nest cam)的 YouTube 頻道,我最早看的是一個位於美國首都華盛頓特區的巢:多年來,有一對白頭鷹固定在那裡築巢、育(鷹)嬰,人類鷹迷們分別暱稱公、母鷹為「總統先生」與「第一夫人」;它們每年秋季回到這裡,修整離地數十公尺的巢、交配、產卵、孵卵、撫育幼鷹,直到幼鷹於初夏可以自行飛翔離巢。

位於食物鏈頂端,具有王者風範的白頭鷹。圖/Pexels

對於我這樣剛入門的觀鳥人,白頭鷹的一切生活習性都很有意思。例如,幼鷹一但接連破殼而出,殘酷的「手足競爭」(sibling rivalry)立即登場,父母不會介入這種(從觀眾留言可知,令不少人不忍心看的)天生的競爭,弟妹在受到兄姊的壓制之後,很快學到要避開對方的攻擊,並且如何在適當時機,迅速從父母口中搶到食物。又例如,公鷹規律地獵捕魚、松鼠等動物回巢,轉交母鷹餵食幼鷹。還有令我特別訝異的——父母會在下雨(雪)或大太陽時張開翅膀護著幼鷹。

觀鷹久了,我發現自己能夠預測老鷹的企圖,或者說可以領會老鷹在「想」些什麼、在動些什麼「心思」。老鷹儘管沒有語言,但是能夠發聲「呼喚」、「警告」、「恐嚇」其他老鷹或其他生物。我一點也不懷疑白頭鷹具有某種程度的心智。(知名哲學家奈格爾(Thomas Nagel)在 1974 年發表了一篇文章「身為蝙蝠會有什麼樣的感受?」(What is it like to be a bat?),他此文的主張就是,不是蝙蝠的我們永遠不會知道蝙蝠的主觀感受是什麼。我自以為多少了解白頭鷹的心思,當然是不認同奈格爾的主張可以推廣至白頭鷹。)為什麼白頭鷹能夠具有心智,而機器人沒有?這就是當代心智研究的基本問題。我猜測關鍵在於演化與成長歷史:白頭鷹是經過長期自然演化而產生的物種,從出生至獨立成熟也有個成長過程,而機器人卻不是如此。

動物應該擁有生存權,尤其是那些我們覺得具有某種心智能力的動物,這是很多人認可的事(在很多社會這件事其實已經成為法律)。白頭鷹的生存受到保護,數目也逐年增加,愛鷹人士都很高興。但是如果白頭鷹的數目因為保護而過度增加以至於影響了人類的利益呢?是不是白頭鷹的生存權也應受到限制呢?(對於某些動物,這種情況不是已經出現了嗎?)總之,動物權的範圍操之於人類。

機器人目前的處境還遠在動物之下,我看不出機器人如何能夠因產生心智而改變這種狀況。即便機器人因本事提高,讓我們將它們如同白頭鷹看待,它們生存權的範圍大小,仍是取決於人類,除非它們的聰明才智超越包括人類在內的一切動物。

人類目前的科技水準還處於初級階段,或許在很久很久以後,人類可以製造出和蚊子一樣靈活的「機械蚊」,那時才開始來操心所謂機械人權的問題還不晚。

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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。