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魚兒如何CCR?蚵寮的生猛日常?生猛科學 II 高雄再聚

PanSci_96
・2016/01/03 ・8287字 ・閱讀時間約 17 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

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文 / 吳蕙如

自從兩年前泛科學在高雄辦了第一次生猛科學之後,第二場一直沒下落……這次生猛科學的活動來的有點臨時,是泛科學和中山大學的海洋生物資源永續發展課程合作舉辦。今天跟過去的生猛科學有點不一樣,地點位於建築師事務所樓上,由哈瑪星知名茶飲「御典茶」老闆的爸爸提供(據說他賣的菩洱茶磚是 1949 年製作,一塊 1980 元,要買要快!)。除此之外,今天的伙食也大有來頭,不管什麼時候發宣傳都會燒到大家啊!

《小魚兒的海海人生—洋流與魚類的族群遺傳》

第一段講者上桌: 中山大學海洋科學系|廖德裕助理教授

什麼叫做族群遺傳?一個物種分隔在不同地方,不能交流所以不能交配,幾千年下來,基因就會產生差異。這就是為什麼我們都是人,但因為遠古時候交通不便,會有族群遺傳結構差異。

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在切入正題前,先來討論一個問題:「你會變態嗎?」促成本次生猛科學的中山大學助理教授黃書緯老師坦承自己的變態引來一陣騷動XD 還好其他人就正常點,都說自己不變態。不過這時候其實我們要先問:「是哪一種變態?」

廖老師接著說,我們今天要討論的不是心理上的變態,而是生理上的變態。變態在生物學上主要有兩種分類,一種是完全變態,重點在於他有經歷「蛹」的過程。完全變態的生長由幼體經過「蛹」蛻變成成體,他的幼體期和成體期的功能不同,幼體期負擔成長的功能,成體作為繁殖與遷徙用,通常他們的習性或分布都會有些差別。另一種是不完全變態,成體和幼體外觀會有變化,但沒有經歷蛹這一個階段,像是蝌蚪、蜻蜓都是。所以在座的各位都不是變態。

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「變態」的黃書緯老師。

這時螢幕上出現大比目魚,這是一種非常大的經濟性魚類。釣上來從腹面看就是比目魚的樣子。那比目魚小時候長什麼樣?你有沒有想過這個問題?

現場有人說小時候應該就是「小比目魚」樣!廖老師說這個邏輯非常正確(XD),不過小比目魚小時候其實長的一副魚樣,到六個月的這段期間跟正常的魚相同,是正常游泳的,其他小魚怎麼做、他就怎麼做。但到六個月之後,就開始不一樣了。其中一邊的眼睛會往另一邊移動,慢慢的變。這段期間,眼睛移動的那一邊體色會越來越黑,另一邊會越來越白,這是非常不一樣的特徵。從小到大,會從一般的魚類體型結構、外觀變成我們熟悉的比目魚樣。

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大比目魚(又稱扁鱈)是常見的經濟性魚種.。

 

講完比目魚之後,大家知道「魩」仔魚這個字怎麼念嗎?念ㄇㄛˋ,魩仔魚。有一些魚類學家會跟你說魩仔魚包含兩百種魚類,可是他們都長這個樣子,怎麼回事?但以下四種其實都是魩仔魚。(見圖)

再來是海鰱總目,海鰱總目大概有 750 種魚類,包含我們認識的鰻魚。海鰱總目有什麼特徵?「長長的」,也沒錯拉……海鰱總目的特色是他的仔魚期都是透明狀的柳葉鰻,海科系修過我的課的同學都該死了,我上課都有講過。鰻魚小時候非常的小,大概 200 多天會長成柳葉鰻的形狀,他沒有活動能力,經由洋流漂送。然後漸漸的會長成線鰻,到了河口之後,開始上溯到淡水去。

Glasseelskils“. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons

這些魚他們都變態,但只是不完全變態。這些仔稚魚他們非常非常小,可是絕大多數海洋裡的魚種,他們孵化的時候,仔稚魚都非常小。像是大的翻車魚產一次卵會有三億顆,三億顆塞在肚子裡他能有多大?所以他們是很小的,他們沒有游泳能力,會隨這洋流漂。什麼原因會影響他們往哪裡漂呢?浮游期越長,漂的越遠,這很容易理解。但是你有沒有考慮到一個問題,其實不是這麼簡單,海裡面的事情要是這麼簡單,「我何必去辛辛苦苦出去念個博士呢?」

浮游幼蟲期與漂流距離成正比,跑得越遠基因交流機會越大,基因的阻隔就越小,族群間分化越小,就像鄭總編說的一樣「有 CCR 的機會。」

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泛科學總編輯國威:「有 CCR 的機會。」

但不是所有的魚類都有這個現象。像是鯨鯊全球只有一個族群,沒有族群間的基因分化。因為太大了,18 公尺,唯一可以阻擋鯨鯊的只有拿槍射他的人類。鬼頭刀在海洋中也只有三個族群,是大洋間的分化。剛剛講的因素除了小魚會隨著洋流漂流之外,另一個因素是像鯨鯊、鬼頭刀,因為體型非常大想去哪就去哪。所以成體的遷徙是另一個會影響基因遺傳結構的因素。

所以要怎麼找到遺傳分化明顯的魚種?像是浮游期短的、不太會游泳的、體型小的,這是從生物的角度去看。但如果從物理的角度去看,高過一個最短的時間後,浮游期的長短就對他的族群遺傳分化沒什麼影響。比方說他的浮游期是 120 天、另一個是 300 天,他可能實際上在族群遺傳結構沒有什麼影響,這是其中一個因素。另外一個是匯流處會因為溫度的物理因素,會形成阻擋交流的因子。像是加拿大紐芬蘭旁邊有一個暖流經過,一些魚就可以因為比較溫暖的水困在那個地方,讓紐芬蘭有非常高的魚獲。

匯流點是可以讓生物跨過去的時間。像是一個暖流跟寒流的交會點,會形成物理屏障讓生物跨不過去,如果有一個特別的時間點是寒流會不見,那短時間生物就可以跨過去。所以如果匯流點只有一個月,和五個月比,效果就很不一樣。長時間匯流點相較於短時間的更能增加基因交流的機會。例如說我是夏天產卵,我的小魚想要跨到印度洋去,結果秋天的時候他們慢慢漂到麻六甲海峽,遇到寒流他就過不去了。所以匯流點的移動時間越長,那基因交流越容易。

再來是一樣的匯流點,但是我的繁殖季較長,也有比較好的擴散效果。例如說匯流點能跨過去的時間是在九月,可是我三月繁殖,就沒有機會繁殖。可是如果另一個物種是從九月生到十二月,就比較有機會跨過去。

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所以這些現象,都會影響到基因分化。

最後我們選定鬚縞鰕虎為樣本做研究,他實際上只有分佈在中國沿岸,台灣有但數量不多。特別的是下巴有鬚,這個在鰕虎的身上比較少見。有人問這個好吃嗎?這個問題非常好。這個在大陸魚市場有人在賣,因為體型很小本來以為他們煮湯、也不是炸的,他們是用滷的。因為體型小不好去鱗,所以買的時候買一包,還是活的,就把他們在地上動一動,這些魚彼此互撞,撞一撞鱗片就掉了,其實是滿殘忍的。QQ

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鬚縞鰕虎。source:wikipedia

這張地圖你會想到什麼?「兩岸政治」、「產卵點」,都不是,這張圖告訴你為什麼我要研究生物多樣性,代表我跑的緯度非常廣。我們可以到處跑,去日本採樣、去北海採樣,「不然為什麼要讀博士」~(現場各學科開始吵架 XD)

我們跑了這麼多地方,14 個樣點總共採到 285 個個體,從大陸帶回來。帶回來台灣之後我們開始泡酒精,抽他的 DNA,接下來就是你們不會想知道的細節…我們把 DNA 抽出來之後,利用聚合酶連鎖反應(PCR),把他的 DNA 非常大量的等比級數放大,所以我們在一個小管裡可以取得非常多的 DNA 樣本,我們就去定序,拿到序列組成 GATC 圖,然我們再把這些序列作分析,得到一個這樣的圖。

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這個圖告訴你什麼呢?我們剛才所取的這些樣本總共有 17 個基因型,這 18 個基因型分成兩個大類,球越大代表這個基因型的個體數越多,球小表示這個基因型的數量比較少。輻射狀的表示個體數量處於膨脹的狀態中,族群數量在成長。

我們把剛才的概念放到地圖上,可以看到這兩個大群,剛剛右邊那一個,他都分佈在華北、黃海、東海這邊;左邊這一大群分佈在上海以南。但有趣的是上海這一個點他兩種基因型都有。如果做成親緣關係樹長這個樣子,可以看到他分成兩個大群,以上海為界,上海兩邊都有。這有兩種可能性:

1. 兩大類基因群實際上是兩個種,但是我眼殘以為他是一個種。但是各位阿,「相信我,我是博士」實際上我們那一趟去了 21 個採樣點,採了將近一千尾,總共大概有六個種左右,我現在只是取其中一個點來說。所有的標本都是我一隻一隻分的,我不否認有誤認的可能性,但這個誤判要把三個點將近 50 條魚誤判,我覺得機會不高,所以我個人認為應該是 OK 的,兩個基因型的分布是沒問題的。

2. 另外一個可能性是說,上海在長江南岸,長江是非常大的河流,在最枯水期的時候,每秒都有 2,000 立方公尺的出水量,最大供水期的時候最大可以到每秒 110,000 立方公尺的出水量,所以從長江口這個地方排放出的淡水非常可觀。我們就想到說,這個點這麼剛好在這個地方,他是海水魚,我們有研究他的分布,我們做了六個樣本,把他的餌食挖出來去磨,去分析他的鈣鍶比的組成,可以看到他小時候在淡水中或是海水中成長。我們就發現這個司縞鰕虎的生活史中是幾乎不進淡水的,我們做 6 尾魚,只有一條非常短時間進入淡水,也就是說他是不能夠在淡水域生活的物種。所以就想到說這個分化會不會是因為大量淡水的排出形成一個無形的界線,讓這兩邊的族群慢慢的就分化了。

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你可以看到紫色這個部分是最淡的海水,夏季是長江的供水期,他可以帶下大量淡水改變整塊的鹽度,冬天影響範圍就變小,但他還是能影響上海周邊的鹽度範圍,這是我們的研究基礎,但還是個假說啦。

我們可以看到主要像這一塊的大範圍,我們目前為止都還沒有採到樣本,接下來我們會再安排去這一塊採樣,把分布的物種補齊,讓我們提出的這個假說能夠在更有力一點。

問與答

Q:這個調查大概是什麼時候的調查?

A:採樣是今年 11 月,你看到的樣點大概 100 公里左右而已。有些地方是我在大陸合作的伙伴去的。

Q:我們知道中國沿岸的污染很嚴重,他這種算是什麼魚?

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A:沙泥灘,底棲的物種,會被污染影響,但運氣好的是他在各地的數量不少可以形成市場,只要願意就買的到。

Q:老師你說會再去採樣,是要補強自己剛才講的論點還是?

A:我們期望看到的是想在這張圖的北邊可以看到比較多的南部型,因為你可以看到在夏季的時候,因為黑潮往北,長江口的淡水被往北帶,代表南部的基因型個體有可能隨著北漂的洋流往上。到了黃渤海這邊就是純粹北部型的基因。

Q:還有其他研究嗎?

A:我們有五個物種同時進行,現在有兩個已經完成,另外一個物種在這邊沿岸都沒有孵化,這個就是做白工了。

Q:有預期在夏季和冬季的分布會不同嗎?

A:基本上這個不會有季節差別,因為繁殖季不長。我在想他繁殖季節是夏季。冬季的時候水會往下,但水量偏小,所以我們想在這邊看到交雜的出入,那個就會很完美,看運氣好不好。

Q:剛才提到匯流點是屏障,但在中學的課本裡有提到洋流是很好的漁場。這樣有衝突嗎?

A:鱈魚可能也是類似的例子,那邊是寒暖流交會的地方,他就被困在比較適合的地方出不去,所以可能是因為類似這樣的概念。但因為我不是做漁業的,不是很清楚。

《生猛蚵寮的日常生猛》

中山大學海洋科學系│蔡旻祐 同學

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一開始請到黃書緯老師來跟大家介紹,為什麼這堂課選在蚵寮做為田野地點。這個課程陸陸續續去了很多田野地,最後這個實作課我們想要選一個最能表現在地議題的地方,所以選了蚵仔寮。

現在大家去蚵仔寮都是因為小搖滾、海鮮。蚵仔寮這群人過去住在左營軍港這邊,因為軍港建設開始往北搬,到這邊種蚵仔、捕烏魚,因為這邊是洋流交會很重要的漁場。我們挑蚵仔寮最重要的原因是大家可以看到上游有後勁的石化工業園區,他的污染會往下。這個地方同時是南台灣很重要的漁場跟漁港,另一方面又承受了石化工業的污水,偏偏很不巧的是這個污水旁就有一個很重要的援中港濕地。所以高雄的都市發展,蚵仔寮有很多人隨著台灣快速工業化的過程,蚵仔寮人開始到附近的出口區工作,就像一般的漁村一樣,老一輩的不希望第二代繼續當漁夫。隨著高雄市的都市更新、土地開發,或者高雄大學的出現,你可以看到這邊開始有了新的建案、沒有人住的大樓。所以一方面看到漁業、二方面看到污染、三方面看到都市發展的一些痕跡。這是一個非常有趣的田野地點,他具體呈現了高雄發展重要的問題。

在這樣的地方,這幾年又可以看到梓官漁會的發展或者是蚵寮小搖滾,大家又開始注意蚵寮這個地方。所以這學期有 8 個同學進到蚵寮,一組是做蚵寮的鄉土教育跟海洋教育,本來想進到小學把永續海鮮的概念帶進去,那另一組同學我們就歡迎手快掐出血來的蔡旻祐。

中山大學跨系組成得「多吃點」團隊。
中山大學跨系組成得「多吃點」團隊。

蔡:一開始我要介紹我們的團隊,我們叫做「多吃點」。一開始想問大家對蚵寮的印象是什麼?「海鮮」、「漁船」,事實上我去問我同學也有人說「蚵仔」、「蚵仔寮是用蚵仔的殼做起來的對不對」,可是現在的蚵仔寮已經沒有蚵仔了。這幾年因為小搖滾的關係有越來越多人知道這個地方。我們一開始也是抱持著類似的印象進去,但在訪談後發現有一點不同。我們訪談的對象有:漁會的黃主任、歐陽小姐,文史工作者蔡大哥,中山大學黃同學,年輕船長和資深船長。

除了採訪外,我們也有去夜市和廟會。去夜市前我們以為如果他們的魚市場外面都有賣炸海鮮、炸小管、炸烏魚殼,那夜市裡面一定很猛。可是我們進去之後發現,竟然一攤炸海鮮都沒有欸!經過一系列的活動後,我們從炸海鮮,到發現原來他們地方有地方的事情,我們藉由這些地方的事情,可以了解蚵寮的歷史,進而瞭解蚵寮的文化。

但這些很好玩的事情很多人都不知道,甚至連當地人都不知道,這是為什麼?有些當地人會覺得你們說的好玩的事情就是我們生活中的一部份,也有人覺得因為工作性質的關係,我跟其他人沒什麼聯絡,所以就不知道好玩的事情是哪些。像是我們以為漁會跟漁民之間是相輔相成的,不過漁會雖覺得自己讓漁民的收入增高、工時減短,可是漁民卻覺得沒什麼差別。另外是小搖滾,我們設想年輕人可能會因為小搖滾回到蚵仔寮,但卻發現除了活動當日之外,沒有其他動力可以留下他們。而搖滾的音樂季跟寧靜的漁村聽起來也很衝突,但當地的長輩說因為活動地點離住宅區遠,所以不會有影響,另一方面在地人也可以去參加活動。我們開始意識到這些矛盾,我們要怎麼去處理這些矛盾?甚至可以讓大家瞭解?我們想去設置一個可以彼此瞭解的平台,但我們要怎麼建?我們決定要做一本屬於社區的社區誌。

我們把雜誌取名叫「蚵浪誌」。一開始我們將第一刊的題目訂在「過年」,可是我們帶著題目去問的時候,卻發現因為時代變遷、人口外流,很多習俗都不見了。像是二十年前他們在過年是會把桌子搬到外面打麻將的,只要你想賭,隨時會有人陪你賭。可是二十年過去,現在已經沒有了。這讓我們更覺得如果沒有紀錄下來,二十年後,我們現在的生活也不會再被記得。因為無法蒐集到素材,我們勢必得改變主題,我們覺得改做「歡迎光臨蚵寮」,從比較基本的事情開始介紹,談一些跟我們原本想像中不一樣的事情。

蚵仔寮的日常

接下來就跟大家介紹一些我們遇到的有趣的事情!

第一、他們當地吃魚不是大家一起吃一條,他們是一個人吃一條魚,沒有人在分著吃的。而且在過年前如果捕到好的魚,都自己留下來吃掉。

二、他們怎麼吃烏魚的呢?他們吃烏魚子的時候會先水煮,煮完再炸。另外也會他們也會把曬好的烏魚殼丟到滷肉裡一起煮,聽起來超好吃!另外也會有人在過年的時候把烏魚放進肉粽裡面。

三、你如果在海堤上看到很孤單的人,只要是船長,他就是單身哈哈哈。

我們要做的社區誌到底是什麼東西呢?社區誌是在介紹社區的人事物。每一本社區誌的主題風格都不同,有的很嚴謹、有的卻很奔放。但我們想做的社區誌又不只是社區誌,我們希望這是一個手段,讓社區都參與進來。我們舉辦工作坊,讓不同年齡層的人一起討論這本社區誌要做什麼,討論的過程中也凝聚彼此的感情,讓社區誌成為一個平台,也因為社區居民的參與,讓社區誌可以在我們離開蚵寮之後繼續延續下去。另外他也會是一個媒介,讓外地人知道蚵寮有更多不只是小搖滾的文化。

最後是我們的工商時間!12月 19、20、26 有我們的工作坊,所有人都可以參加喔!

問與答

Q:你對蚵寮的印象是什麼?

A:海鮮、漁船

Q:你們怎麼分工?

A:我們有分工作坊還有日常運作。工作坊裡就有主席、紀錄等等。我自己是做紀錄(主編:是個鍵人)

Q:你們有碰到什麼衝突嗎?

A:學生進去訪談都會四處牽線、約訪談者,可是找到的人都是重複的。所以我們就碰到有受訪者會不希望學生進來,因為覺得學生做完拍拍屁股就走,很像被利用 XD

國威:所以是一夜情的感覺囉?

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國威:「一夜情的感覺。」

Q:要是找不到人接手怎麼辦?

A:我們有找到一群行動力很強的國中生,就是我們剛才提到的黃同學,他一直在培力蚵寮的國中生導覽。

Q:這個黃同學本身是蚵寮人嗎?為什麼他會做這個?

A:黃同學的朋友是念高大,他們曾經一起在蚵寮辦了一個給台南高中生的營隊,原本是希望能讓這些高中生做點事情,但因為距離的關係失敗。後來他才決定要找蚵寮當地的國中生一起來做。

Q:你們的工作坊加上社區誌,你們的角色是要傳達什麼?給外地的人嗎?還是要讓社區裡面的人彼此認識?那你主要的溝通對象是什麼社經地位的人?

A:增加外地人對蚵寮的認識,寫一些大家去蚵寮玩不會發現的事情。另外我們訪談後發現漁民跟漁會並不熟,所以我們想讓這本雜誌也成為一個讓居民互相認識的平台。

Q:你身為一個海科的學生,碰到這些社會議題得到什麼?

A:我從小就比較關注生物自然,很不會想到人跟人的議題。修了課才會發現其實左右自然的關鍵往往是在人的身上,環境污染會直接衝擊到自然的議題那怎麼辦?我無法改變自然阿。所以有沒有什麼辦法去改變他的根本,那就是人。

Q:工作坊對當地人的價值是什麼?你們主只是要介紹蚵寮地方,蚵寮人未必有這樣的想法,如果他們當地人不推,可能時間一久就淡掉了。

A:我們也怕是一頭熱進去,所以我們做了很多訪談。他們當地原本有社區報,可是因為人力吃緊,無法做下去。所以他們也是會想做,我們剛好可以來協助。

Q:你們的工作坊會是什麼樣的形式?

A:我們選在廟裡是因為蚵寮人很常去那邊,那裡也有提供空間很方便討論。會想做社區誌是因為我們看到他可以溝通的可能性。形式上工作坊一開始會先認識彼此,然後我們會先拿一些已經出版的社區誌讓大家看,讓大家知道社區誌是讓大家認識蚵寮很好的媒介。然後讓大家覺得裡面可以放什麼內容、喜歡什麼風格。過程中我們也會教他們一些技術面的排版攝影等。另外最重要的是建立一個機制,讓大家可以繼續一直做下去。

Q:中山大學還有哪些亮眼的海洋科學的研究?

A:東沙是一定要講的拉。我們在東沙有一個東沙國家研究站,宋克義老師主持。因為他的關係,所以我們這邊上東沙的學生比例滿高的,在開放旅遊之前,我們算是第一批能夠上去走一走的,除了你去當兵之外。

Q:工作站有做哪些?

A:那個工作站不只是生物學的,也有物理等。像我們一個老師在那邊放一個機器,用濾紙收東沙的空氣,可以看出污染物從哪裡飄過來。

Q:希望下一任校長可以把學校帶往什麼方向?

A:如果新校長可以讓中山年輕化,我覺得是比較好的。我們在中山比較少看到活動,可能跟在南部也有關係。學生也許因為這樣,向心力也會比較低,如果新的校長可以在這一塊補強,可能會很有幫助。

Q:你覺得看到海科學生投入社會科學的感受如何?

A:其實他不是我實驗室的,所以哈哈哈。我覺得跨領域的結合是非常好的,我們那邊有四個研究室,我們一般都很專注在自己的領域,不太關心社會議題,有時候我也會覺得說吃飽太閒。如果很年輕的時候讓他有跨領域的結合,比起我們這個老一倍的人來說,在思考上會比較靈活。

Q:不管在做社區誌或民族誌,產出都會希望是有意義的。你們要如何發揮社會影響力?

A:像是正興聞,當地人都會很驕傲自己有這樣的刊物,進而產生認同感。蚵寮當地人在面對別人問說「蚵寮在哪裡阿」這類的問題的時候,可以回答我們這裡有小搖滾之外,還可以說我們有一本讓他們很驕傲的社區誌。

Q:你們說你們的社區誌要連結居民的關係,以及介紹蚵寮給外地人認識。你們在寫地方誌的時候會不會帶入一開始提到的社區的議題?

A:訪談的時候我們也會夾雜這些議題,試探他們對這些的敏感度。雖然他們都會說這個我不知道拉,不過也會在字裡行間透露出他們的看法。像是他們會說捕魚的時候要到十浬外去捕魚,十浬內的魚不好臭臭的,他們是知道他們的環境被污染的。如果在雜誌裡看到這個,可以讓更多人知道真實的狀況。

Q:你們剛才說除了在在地發行雜誌,如果想讓更多人看到蚵寮的話,有沒有打算上線?

A:我自己是根本沒有接觸到這一塊,不過如果做出來之後當地願意接受他的話,我也會覺得可以上網或是到獨立書店販售。

生猛科學,我們下次見!
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「融合蛋白」如何全方位圍剿狡猾癌細胞
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/11/07 ・5944字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文與 TRPMA 台灣研發型生技新藥發展協會合作,泛科學企劃執行

我們知道癌症是台灣人健康的頭號公敵。 為此,我們花了很多時間介紹最新、最有效的抗癌方法之一:免疫療法

免疫療法中最重要的技術就是抗體藥物。科學家會人工製造一批抗體去標記癌細胞。它們就像戰場上的偵察無人機,能精準鎖定你體內的敵人——癌細胞,為它們打上標記,然後引導你的免疫系統展開攻擊。

這跟化療、放射線治療那種閉著眼睛拿機槍亂掃不同。免疫療法是重新叫醒你的免疫系統,為身體「上buff (增益) 」來抗癌,副作用較低,因此備受好評。

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但尷尬的是,經過幾年的臨床考驗,科學家發現:光靠抗體對抗癌症,竟然已經不夠用了。

事情是這樣的,臨床上醫生與科學家逐漸發現:這個抗體標記,不是容易損壞,就是癌細胞同時設有多個陷阱關卡,只靠叫醒免疫細胞,還是難以發揮戰力。

但好消息是,我們的生技工程也大幅進步了。科學家開始思考:如果這台偵察無人機只有「標記」這一招不夠用,為什麼不幫它升級,讓它多學幾招呢?

這個能讓免疫藥物(偵察無人機)大進化的訓練器,就是今天的主角—融合蛋白(fusion protein)

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融合蛋白(fusion protein)/ 圖片來源:wikipedia

融合蛋白是什麼?

免疫療法遇到的問題,我們可以這樣理解:想像你的身體是一座國家,病毒、細菌、腫瘤就是入侵者;而抗體,就是我們派出的「偵察無人機」。

當我們透過注射放出這支無人機群進到體內,它能迅速辨識敵人、緊抓不放,並呼叫其他免疫單位(友軍)一同解決威脅。過去 20 年,最強的偵查機型叫做「單株抗體」。1998年,生技公司基因泰克(Genentech)推出的藥物赫賽汀(Herceptin),就是一款針對 HER2 蛋白的單株抗體,目標是治療乳癌。

這支無人機群為什麼能對抗癌症?這要歸功於它「Y」字形的小小抗體分子,構造看似簡單,卻蘊藏巧思:

  • 「Y」 字形上面的兩隻「叉叉」是敵人偵測器,能找到敵人身上的抗原特徵,並黏上去,稱為抗體結合區「Fab 區域」。
  • 「Y」 字形的「尾巴」就是我們說的「標籤」,它能通知免疫系統啟動攻擊,稱為結晶區域片段「Fc 區域」。具體來說,當免疫細胞在體內巡邏,免疫細胞上的 Fc 受體 (FcR) 會和 Fc區域結合,進而認出病原體或感染細胞,接著展開清除。

更厲害的是,這個 Fc 區域標籤還能加裝不同功能。一般來說,人體內多餘的分子,會被定期清除。例如,細胞內會有溶酶體不斷分解多餘的物質,或是血液經過肝臟時會被代謝、分解。那麼,人造抗體對身體來說,屬於外來的東西,自然也會被清除。

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而 Fc區域會與細胞內體上的Fc受體結合,告訴細胞「別分解我」的訊號,阻止溶酶體的作用。又或是單純把標籤做的超大,例如接上一段長長的蛋白質,或是聚乙二醇鏈,讓整個抗體分子的大小,大於腎臟過濾孔的大小,難以被腎臟過濾,進而延長抗體在體內的存活時間。

偵測器(Fab)加上標籤(Fc)的結構,使抗體成為最早、也最成功的「天然設計藥物」。然而,當抗體在臨床上逐漸普及,一個又一個的問題開始浮現。抗體的強項在於「精準鎖定」,但這同時也是它的限制。

「Y」 字形上面的兩隻「叉叉」是敵人偵測器,能找到敵人身上的抗原特徵,並黏上去,稱為抗體結合區「Fab 區域」/ 圖片來源:shutterstock

第一個問題:抗體只能打「魔王」,無法毀掉「魔窟」。 

抗體一定要有一個明確的「標的物」才能發揮作用。這讓它在針對「腫瘤」或「癌細胞本身」時非常有效,因為敵人身上有明顯標記。但癌細胞的形成與惡化,是細胞在「生長、分裂、死亡、免疫逃脫」這些訊號通路上被長期誤導的結果。抗體雖然勇猛,卻只能針對已經帶有特定分子的癌細胞魔王,無法摧毀那個孕育魔王的系統魔窟。這時,我們真正欠缺的是能「調整」、「模擬」或「干擾」這些錯誤訊號的藥物。

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第二個問題:開發產線的限制。

抗體的開發,得經過複雜的細胞培養與純化程序。每次改變結構或目標,幾乎都要重新開發整個系統。這就像你無法要求一台偵測紅外線的無人機,明天立刻改去偵測核輻射。高昂的成本與漫長的開發時間,讓新產線難以靈活創新。

為了讓免疫藥物能走向多功能與容易快速製造、測試的道路,科學家急需一個更工業化的藥物設計方式。雖然我們追求的是工業化的設計,巧合的是,真正的突破靈感,仍然來自大自然。

在自然界中,基因有時會彼此「融合」成全新的組合,讓生物獲得額外功能。例如細菌,它們常仰賴一連串的酶來完成代謝,中間產物要在細胞裡來回傳遞。但後來,其中幾個酶的基因彼此融合,而且不只是基因層級的合併,產出的酶本身也變成同一條長長的蛋白質。

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結果,反應效率大幅提升。因為中間產物不必再「跑出去找下一個酶」,而是直接在同一條生產線上完成。對細菌來說,能更快處理養分、用更少能量維持生存,自然形成適應上的優勢,這樣的融合基因也就被演化保留下來。

科學家從中得到關鍵啟發:如果我們也能把兩種有用的蛋白質,「人工融合」在一起,是否就能創造出更強大的新分子?於是,融合蛋白(fusion protein)就出現了。

以假亂真:融合蛋白的HIV反制戰

融合蛋白的概念其實很直覺:把兩種以上、功能不同的蛋白質,用基因工程的方式「接起來」,讓它們成為同一個分子。 

1990 年,融合蛋白 CD4 免疫黏附素(CD4 immunoadhesin)誕生。這項設計,是為了對付令人類聞風喪膽的 HIV 病毒。

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我們知道 T 細胞是人體中一種非常重要的白血球。在這些 T 細胞中,大約有六到七成表面帶有一個叫做「CD4」的輔助受體。CD4 會和另一個受體 TCR 一起合作,幫助 T 細胞辨識其他細胞表面的抗原片段,等於是 T 細胞用來辨認壞人的「探測器」。表面擁有 CD4 受體的淋巴球,就稱為 CD4 淋巴球。

麻煩的來了。 HIV 病毒反將一軍,竟然把 T 細胞的 CD4 探測器,當成了自己辨識獵物的「標記」。沒錯,對 HIV 病毒來說,免疫細胞就是它的獵物。HIV 的表面有一種叫做 gp120 的蛋白,會主動去抓住 T 細胞上的 CD4 受體。

一旦成功結合,就會啟動一連串反應,讓病毒外殼與細胞膜融合。HIV 進入細胞內後會不斷複製並破壞免疫細胞,導致免疫系統逐漸崩潰。

為了逆轉這場悲劇,融合蛋白 CD4 免疫黏附素登場了。它的結構跟抗體類似,由由兩個不同段落所組成:一端是 CD4 假受體,另一端則是剛才提到、抗體上常見的 Fc 區域。當 CD4 免疫黏附素進入體內,它表面的 CD4 假受體會主動和 HIV 的 gp120 結合。

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厲害了吧。 病毒以為自己抓到了目標細胞,其實只是被騙去抓了一個假的 CD4。這樣 gp120 抓不到 CD4 淋巴球上的真 CD4,自然就無法傷害身體。

而另一端的 Fc 區域則有兩個重要作用:一是延長融合蛋白在體內的存活時間;二是理論上能掛上「這裡有敵人!」的標籤,這種機制稱為抗體依賴性細胞毒殺(ADCC)或免疫吞噬作用(ADCP)。當免疫細胞的 Fc 受體與 Fc 區域結合,就能促使免疫細胞清除被黏住的病毒顆粒。

不過,這裡有個關鍵細節。

在實際設計中,CD4免疫黏附素的 Fc 片段通常會關閉「吸引免疫細胞」的這個技能。原因是:HIV 專門攻擊的就是免疫細胞本身,許多病毒甚至已經藏在 CD4 細胞裡。若 Fc 區域過於活躍,反而可能引發強烈的發炎反應,甚至讓免疫系統錯把帶有病毒碎片的健康細胞也一併攻擊,這樣副作用太大。因此,CD4 免疫黏附素的 Fc 區域會加入特定突變,讓它只保留延長藥物壽命的功能,而不會與淋巴球的 Fc 受體結合,以避免誘發免疫反應。

從 DNA 藍圖到生物積木:融合蛋白的設計巧思

融合蛋白雖然潛力強大,但要製造出來可一點都不簡單。它並不是用膠水把兩段蛋白質黏在一起就好。「融合」這件事,得從最根本的設計圖,也就是 DNA 序列就開始規劃。

我們體內的大部分蛋白質,都是細胞照著 DNA 上的指令一步步合成的。所以,如果科學家想把蛋白 A 和蛋白 B 接在一起,就得先把這兩段基因找出來,然後再「拼」成一段新的 DNA。

不過,如果你只是單純把兩段基因硬接起來,那失敗就是必然的。因為兩個蛋白會互相「打架」,導致摺疊錯亂、功能全毀。

這時就需要一個小幫手:連接子(linker)。它的作用就像中間的彈性膠帶,讓兩邊的蛋白質能自由轉動、互不干擾。最常見的設計,是用多個甘胺酸(G)和絲胺酸(S)組成的柔性小蛋白鏈。

設計好這段 DNA 之後,就能把它放進細胞裡,讓細胞幫忙「代工」製造出這個融合蛋白。接著,科學家會用層析、電泳等方法把它純化出來,再一一檢查它有沒有摺疊正確、功能是否完整。

如果一切順利,這個人工設計的融合分子,就能像自然界的蛋白一樣穩定運作,一個全新的「人造分子兵器」就此誕生。

CD4免疫黏附素問世之後,融合蛋白逐漸成為生物製藥的重要平台之一。而且現在的融合蛋白,早就不只是「假受體+Fc 區域」這麼單純。它已經跳脫模仿抗體,成為真正能自由組裝、自由設計的生物積木。

CD4免疫黏附素問世之後,融合蛋白逐漸成為生物製藥的重要平台之一 / 圖片來源:wikipedia

融合蛋白的強項,就在於它能「自由組裝」。

以抗體為骨架,科學家可以接上任何想要的功能模組,創造出全新的藥物型態。一般的抗體只能「抓」(標記特定靶點);但融合蛋白不只會抓,還能「阻斷」、「傳遞」、甚至「調控」訊號。在功能模組的加持下,它在藥物設計上,幾乎像是一個分子級的鋼鐵蜘蛛人裝甲。

一般來說,當我們選擇使用融合蛋白時,通常會期待它能發揮幾種關鍵效果:

  1. 療效協同: 一款藥上面就能同時針對多個靶點作用,有機會提升治療反應率與持續時間,達到「一藥多效」的臨床價值。
  2. 減少用藥: 原本需要兩到三種單株抗體聯合使用的療法,也許只要一種融合蛋白就能搞定。這不僅能減少給藥次數,對病人來說,也有機會因為用藥減少而降低治療成本。
  3. 降低毒性風險: 經過良好設計的融合蛋白,可以做到更精準的「局部活化」,讓藥物只在目標區域發揮作用,減少副作用。

到目前為止,我們了解了融合蛋白是如何製造的,也知道它的潛力有多大。

那麼,目前實際成效到底如何呢?

一箭雙鵰:拆解癌細胞的「偽裝」與「內奸」

2016 年,德國默克(Merck KGaA)展開了一項全新的臨床試驗。 主角是一款突破性的雙功能融合蛋白──Bintrafusp Alfa。這款藥物的厲害之處在於,它能同時封鎖 PD-L1 和 TGF-β 兩條免疫抑制路徑。等於一邊拆掉癌細胞的偽裝,一邊解除它的防護罩。

PD-L1,我們或許不陌生,它就像是癌細胞身上的「偽裝良民證」。當 PD-L1 和免疫細胞上的 PD-1 受體結合時,就會讓免疫系統誤以為「這細胞是自己人」,於是放過它。我們的策略,就是用一個抗體或抗體樣蛋白黏上去,把這張「偽裝良民證」封住,讓免疫系統能重新啟動。

但光拆掉偽裝還不夠,因為癌細胞還有另一位強大的盟友—一個起初是我軍,後來卻被癌細胞收買、滲透的「內奸」。它就是,轉化生長因子-β,縮寫 TGF-β。

先說清楚,TGF-β 原本是體內的秩序管理者,掌管著細胞的生長、分化、凋亡,還負責調節免疫反應。在正常細胞或癌症早期,它會和細胞表面的 TGFBR2 受體結合,啟動一連串訊號,抑制細胞分裂、減緩腫瘤生長。

但當癌症發展到後期,TGF-β 跟 TGFBR2 受體之間的合作開始出問題。癌細胞表面的 TGFBR2 受體可能突變或消失,導致 TGF-β 不但失去了原本的抑制作用,反而轉向幫癌細胞做事

它會讓細胞骨架(actin cytoskeleton)重新排列,讓細胞變長、變軟、更有彈性,還能長出像觸手的「偽足」(lamellipodia、filopodia),一步步往外移動、鑽進組織,甚至進入血管、展開全身轉移。

更糟的是,這時「黑化」的 TGF-β 還會壓抑免疫系統,讓 T 細胞和自然殺手細胞變得不再有攻擊力,同時刺激新血管生成,幫腫瘤打通營養補給線。

為了對抗這個內奸,默克在 Bintrafusp Alfa 的結構裡,加上了一個「TGF-β 陷阱(trap)」。就像 1989 年的 CD4 免疫黏附素用「假受體」去騙 HIV 一樣,這個融合蛋白在體內循環時,會用它身上的「陷阱」去捕捉並中和游離的 TGF-β。這讓 TGF-β 無法再跟腫瘤細胞或免疫細胞表面的天然受體結合,從而鬆開了那副壓抑免疫系統的腳鐐。

為了對抗這個內奸,默克在 Bintrafusp Alfa 的結構裡,加上了一個「TGF-β 陷阱(trap)」/ 情境圖來源:shutterstock

告別單一解方:融合蛋白的「全方位圍剿」戰

但,故事還沒完。我們之前提過,癌細胞之所以難纏,在於它會發展出各種「免疫逃脫」策略。

而近年我們發現,癌細胞的「偽良民證」至少就有兩張:一張是 PD-L1;另一張是 CD-47。CD47 是癌細胞向巨噬細胞展示的「別吃我」訊號,當它與免疫細胞上的 SIRPα 結合時,就會抑制吞噬反應。

為此,總部位於台北的漢康生技,決定打造能同時對付 PD-L1、CD-47,乃至 TGF-β 的三功能生物藥 HCB301。

雖然三功能融合蛋白聽起來只是「再接一段蛋白」而已,但實際上極不簡單。截至目前,全球都還沒有任何三功能抗體或融合蛋白批准上市,在臨床階段的生物候選藥,也只佔了整個生物藥市場的 1.6%。

漢康生技透過自己開發的 FBDB 平台技術,製作出了三功能的生物藥 HCB301,目前第一期臨床試驗已經在美國、中國批准執行。

免疫療法絕對是幫我們突破癌症的關鍵。但我們也知道癌症非常頑強,還有好幾道關卡我們無法攻克。既然單株抗體在戰場上顯得單薄,我們就透過融合蛋白,創造出擁有多種功能模組的「升級版無人機」。

融合蛋白強的不是個別的偵查或阻敵能力,而是一組可以「客製化組裝」的平台,用以應付癌細胞所有的逃脫策略。

Catch Me If You Can?融合蛋白的回答是:「We Can.」

未來癌症的治療戰場,也將從尋找「唯一解」,轉變成如何「全方位圍剿」癌細胞,避免任何的逃脫。

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解密機器人如何學會思考、觸摸與變形
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/09/09 ・6820字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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本文與 Perplexity 合作,泛科學企劃執行

「Hello. I am… a robot.」

在我們的記憶裡,機器人的聲音就該是冰冷、單調,不帶一絲情感 。它們的動作僵硬,肢體不協調,像一個沒有靈魂的傀儡,甚至啟發我們創造了機械舞來模仿那獨特的笨拙可愛。但是,現今的機器人發展不再只會跳舞或模仿人聲,而是已經能獨立完成一場膽囊切除手術。

就在2025年,美國一間實驗室發表了一項成果:一台名為「SRT-H」的機器人(階層式手術機器人Transformer),在沒有人類醫師介入的情況下,成功自主完成了一場完整的豬膽囊切除手術。SRT-H 正是靠著從錯誤中學習的能力,最終在八個不同的離體膽囊上,達成了 100% 的自主手術成功率。

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這項成就的意義重大,因為過去機器人手術的自動化,大多集中在像是縫合這樣的單一「任務」上。然而,這一場完整的手術,是一個包含數十個步驟、需要連貫策略與動態調整的複雜「程序」。這是機器人首次在包含 17 個步驟的完整膽囊切除術中,實現了「步驟層次的自主性」。

這就引出了一個讓我們既興奮又不安的核心問題:我們究竟錯過了什麼?機器人是如何在我們看不見的角落,悄悄完成了從「機械傀儡」到「外科醫生」的驚人演化?

這趟思想探險,將為你解密 SRT-H 以及其他五款同樣具備革命性突破的機器人。你將看到,它們正以前所未有的方式,發展出生物般的觸覺、理解複雜指令、學會團隊合作,甚至開始自我修復與演化,成為一種真正的「準生命體」 。

所以,你準備好迎接這個機器人的新紀元了嗎?

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只靠模仿還不夠?手術機器人還需要學會「犯錯」與「糾正」

那麼,SRT-H 這位機器人的外科大腦,究竟藏著什麼秘密?答案就在它創新的「階層式框架」設計裡 。

你可以想像,SRT-H 的腦中,住著一個分工明確的兩人團隊,就像是漫畫界的傳奇師徒—黑傑克與皮諾可 。

  • 第一位,是動口不動手的總指揮「黑傑克」: 它不下達具體的動作指令,而是在更高維度的「語言空間」中進行策略規劃 。它發出的命令,是像「抓住膽管」或「放置止血夾」這樣的高層次任務指令 。
  • 第二位,是靈巧的助手「皮諾可」: 它負責接收黑傑克的語言指令,並將這些抽象的命令,轉化為機器手臂毫釐不差的精準運動軌跡 。

但最厲害的還不是這個分工,而是它們的學習方式。SRT-H 研究團隊收集了 17 個小時、共 16,000 條由人類專家操作示範的軌跡數據來訓練它 。但這還只是開始,研究人員在訓練過程中,會刻意讓它犯錯,並向它示範如何從抓取失敗、角度不佳等糟糕的狀態中恢復過來 。這種獨特的訓練方法,被稱為「糾正性示範」 。

SRT-H 研究團隊收集了 17 個小時、共 16,000 條由人類專家操作示範的軌跡數據來訓練它 。 / 圖片來源:shutterstock

這項訓練,讓 SRT-H 學會了一項外科手術中最關鍵的技能:當它發現執行搞砸了,它能即時識別偏差,並發出如「重試抓取」或「向左調整」等「糾正性指令」 。這套內建的錯誤恢復機制至關重要。當研究人員拿掉這個糾正能力後,機器人在遇到困難時,要不是完全失敗,就是陷入無效的重複行為中 。

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正是靠著這種從錯誤中學習、自我修正的能力,SRT-H 最終在八次不同的手術中,達成了 100% 的自主手術成功率 。

SRT-H 證明了機器人開始學會「思考」與「糾錯」。但一個聰明的大腦,足以應付更混亂、更無法預測的真實世界嗎?例如在亞馬遜的倉庫裡,機器人不只需要思考,更需要實際「會做事」。

要能精準地與環境互動,光靠視覺或聽覺是不夠的。為了讓機器人能直接接觸並處理日常生活中各式各樣的物體,它就必須擁有生物般的「觸覺」能力。

解密 Vulcan 如何學會「觸摸」

讓我們把場景切換到亞馬遜的物流中心。過去,這裡的倉儲機器人(如 Kiva 系統)就像放大版的掃地機器人,核心行動邏輯是極力「避免」與周遭環境發生任何物理接觸,只負責搬運整個貨架,再由人類員工挑出包裹。

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但 2025 年5月,亞馬遜展示了他們最新的觸覺機器人 Vulcan。在亞馬遜的物流中心裡,商品被存放在由彈性帶固定的織物儲物格中,而 Vulcan 的任務是必須主動接觸、甚至「撥開」彈性織網,再從堆放雜亂的儲物格中,精準取出單一包裹,且不能造成任何損壞。

2025 年5月,亞馬遜展示了他們最新的觸覺機器人 Vulcan / 圖片引用:https://www.aboutamazon.com/news

Vulcan 的核心突破,就在於它在「拿取」這個動作上,學會了生物般的「觸覺」。它靈活的機械手臂末端工具(EOAT, End-Of-Arm Tool),不僅配備了攝影機,還搭載了能測量六個自由度的力與力矩感測器。六個自由度包含上下、左右、前後的推力,和三個維度的旋轉力矩。這就像你的手指,裡頭分布著非常多的受器,不只能感測壓力、還能感受物體橫向拉扯、運動等感觸。

EOAT 也擁有相同精確的「觸覺」,能夠在用力過大之前即時調整力道。這讓 Vulcan 能感知推動一個枕頭和一個硬紙盒所需的力量不同,從而動態調整行為,避免損壞貨物。

其實,這更接近我們人類與世界互動的真實方式。當你想拿起桌上的一枚硬幣時,你的大腦並不會先計算出精準的空間座標。實際上,你會先把手伸到大概的位置,讓指尖輕觸桌面,再沿著桌面滑動,直到「感覺」到硬幣的邊緣,最後才根據觸覺決定何時彎曲手指、要用多大的力量抓起這枚硬幣。Vulcan 正是在學習這種「視覺+觸覺」的混合策略,先用攝影機判斷大致的空間,再用觸覺回饋完成最後精細的操作。

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靠著這項能力,Vulcan 已經能處理亞馬遜倉庫中約 75% 的品項,並被優先部署來處理最高和最低層的貨架——這些位置是最容易導致人類員工職業傷害的位置。這也讓自動化的意義,從單純的「替代人力」,轉向了更具建設性的「增強人力」。

SRT-H 在手術室中展現了「專家級的腦」,Vulcan 在倉庫中演化出「專家級的手」。但你發現了嗎?它們都還是「專家」,一個只會開刀,一個只會揀貨。雖然這種「專家型」設計能有效規模化、解決痛點並降低成本,但機器人的終極目標,是像人類一樣成為「通才」,讓單一機器人,能在人類環境中執行多種不同任務。

如何教一台機器人「舉一反三」?

你問,機器人能成為像我們一樣的「通才」嗎?過去不行,但現在,這個目標可能很快就會實現了。這正是 NVIDIA 的 GR00T 和 Google DeepMind 的 RT-X 等專案的核心目標。

過去,我們教機器人只會一個指令、一個動作。但現在,科學家們換了一種全新的教學思路:停止教機器人完整的「任務」,而是開始教它們基礎的「技能基元」(skill primitives),這就像是動作的模組。

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例如,有負責走路的「移動」(Locomotion) 基元,和負責抓取的「操作」(Manipulation) 基元。AI 模型會透過強化學習 (Reinforcement Learning) 等方法,學習如何組合這些「技能基元」來達成新目標。

舉個例子,當 AI 接收到「從冰箱拿一罐汽水給我」這個新任務時,它會自動將其拆解為一系列已知技能的組合:首先「移動」到冰箱前、接著「操作」抓住把手、拉開門、掃描罐子、抓住罐子、取出罐子。AI T 正在學會如何將這些單一的技能「融合」在一起。有了這樣的基礎後,就可以開始來大量訓練。

當多重宇宙的機器人合體練功:通用 AI 的誕生

好,既然要學,那就要練習。但這些機器人要去哪裡獲得足夠的練習機會?總不能直接去你家廚房實習吧。答案是:它們在數位世界裡練習

NVIDIA 的 Isaac Sim 等平台,能創造出照片級真實感、物理上精確的模擬環境,讓 AI 可以在一天之內,進行相當於數千小時的練習,獨自刷副本升級。這種從「模擬到現實」(sim-to-real)的訓練管線,正是讓訓練這些複雜的通用模型變得可行的關鍵。

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DeepMind 的 RT-X 計畫還發現了一個驚人的現象:用來自多種「不同類型」機器人的數據,去訓練一個單一的 AI 模型,會讓這個模型在「所有」機器人上表現得更好。這被稱為「正向轉移」(positive transfer)。當 RT-1-X 模型用混合數據訓練後,它在任何單一機器人上的成功率,比只用該機器人自身數據訓練的模型平均提高了 50%。

這就像是多重宇宙的自己各自練功後,經驗值合併,讓本體瞬間變強了。這意味著 AI 正在學習關於物理、物體特性和任務結構的抽象概念,這些概念獨立於它所控制的特定身體。

AI 正在學習關於物理、物體特性和任務結構的抽象概念,這些概念獨立於它所控制的特定身體。/ 圖片來源:shutterstock

不再是工程師,而是「父母」: AI 的新學習模式

這也導向了一個科幻的未來:或許未來可能存在一個中央「機器人大腦」,它可以下載到各種不同的身體裡,並即時適應新硬體。

這種學習方式,也從根本上改變了我們與機器人的互動模式。我們不再是逐行編寫程式碼的工程師,而是更像透過「示範」與「糾正」來教導孩子的父母。

NVIDIA 的 GR00T 模型,正是透過一個「數據金字塔」來進行訓練的:

  • 金字塔底層: 是大量的人類影片。
  • 金字塔中層: 是海量的模擬數據(即我們提過的「數位世界」練習)。
  • 金字塔頂層: 才是最珍貴、真實的機器人操作數據。

這種模式,大大降低了「教導」機器人新技能的門檻,讓機器人技術變得更容易規模化與客製化。

當機器人不再是「一個」物體,而是「任何」物體?

我們一路看到了機器人如何學會思考、觸摸,甚至舉一反三。但這一切,都建立在一個前提上:它們的物理形態是固定的。

但,如果連這個前提都可以被打破呢?這代表機器人的定義不再是固定的形態,而是可變的功能:它能改變身體來適應任何挑戰,不再是一台單一的機器,而是一個能根據任務隨選變化的物理有機體。

有不少團隊在爭奪這個機器人領域的聖杯,其中瑞士洛桑聯邦理工學院特別具有代表性,該學院的仿生機器人實驗室(Bioinspired Robotics Group, BIRG)2007 年就打造模組化自重構機器人 Roombots。

有不少團隊在爭奪這個機器人領域的聖杯,其中瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)特別具有代表性。該學院的仿生機器人實驗室(BIRG)在 2007 年就已打造出模組化自重構機器人 Roombots。而 2023 年,來自 EPFL 的另一個實驗室——可重組機器人工程實驗室(RRL),更進一步推出了 Mori3,這是一套把摺紙藝術和電腦圖學巧妙融合的模組化機器人系統。

2023 年來自 EPFL 的另一個實驗室—可重組機器人工程實驗室(RRL)推出了 Mori3 © 2023 Christoph Belke, EPFL RRL

Mori3 的核心,是一個個小小的三角形模組。別看它簡單,每個模組都是一個獨立的機器人,有自己的電源、馬達、感測器和處理器,能獨立行動,也能和其他模組合作。最厲害的是,它的三條邊可以自由伸縮,讓這個小模組本身就具備「變形」能力。

當許多 Mori3 模組連接在一起時,就能像一群活的拼圖一樣,從平面展開,組合成各種三維結構。研究團隊將這種設計稱為「物理多邊形網格化」。在電腦圖學裡,我們熟悉的 3D 模型,其實就是由許多多邊形(通常是三角形)拼湊成的網格。Mori3 的創新之處,就是把這種純粹的數位抽象,真正搬到了現實世界,讓模組們化身成能活動的「實體網格」。

這代表什麼?團隊已經展示了三種能力:

  • 移動:他們用十個模組能組合成一個四足結構,它能從平坦的二維狀態站立起來,並開始行走。這不只是結構變形,而是真正的協調運動。
  • 操縱: 五個模組組合成一條機械臂,撿起物體,甚至透過末端模組的伸縮來擴大工作範圍。
  • 互動: 模組們能形成一個可隨時變形的三維曲面,即時追蹤使用者的手勢,把手的動作轉換成實體表面的起伏,等於做出了一個會「活」的觸控介面。

這些展示,不只是實驗室裡的炫技,而是真實證明了「物理多邊形網格化」的潛力:它不僅能構建靜態的結構,還能創造具備複雜動作的動態系統。而且,同一批模組就能在不同情境下切換角色。

想像一個地震後的救援場景:救援隊帶來的不是一台笨重的挖土機,而是一群這樣的模組。它們首先組合成一條長長的「蛇」形機器人,鑽入瓦礫縫隙;一旦進入開闊地後,再重組成一隻多足的「蜘蛛」,以便在不平的地面上穩定行走;發現受困者時,一部分模組分離出來形成「支架」撐住搖搖欲墜的橫樑,另一部分則組合成「夾爪」遞送飲水。這就是以任務為導向的自我演化。

這項技術的終極願景,正是科幻中的概念:可程式化物質(Programmable Matter),或稱「黏土電子學」(Claytronics)。想像一桶「東西」,你可以命令它變成任何你需要的工具:一支扳手、一張椅子,或是一座臨時的橋樑。

未來,我們只需設計一個通用的、可重構的「系統」,它就能即時創造出任務所需的特定機器人。這將複雜性從實體硬體轉移到了規劃重構的軟體上,是一個從硬體定義的世界,走向軟體定義的物理世界的轉變。

更重要的是,因為模組可以隨意分開與聚集,損壞時也只要替換掉部分零件就好。足以展現出未來機器人的適應性、自我修復與集體行為。當一群模組協作時,它就像一個超個體,如同蟻群築橋。至此,「機器」與「有機體」的定義,也將開始動搖。

從「實體探索」到「數位代理」

我們一路見證了機器人如何從單一的傀儡,演化為學會思考的外科醫生 (SRT-H)、學會觸摸的倉儲專家 (Vulcan)、學會舉一反三的通才 (GR00T),甚至是能自我重構成任何形態的「可程式化物質」(Mori3)。

但隨著機器人技術的飛速發展,一個全新的挑戰也隨之而來:在一個 AI 也能生成影像的時代,我們如何分辨「真實的突破」與「虛假的奇觀」?

舉一個近期的案例:2025 年 2 月,一則影片在網路上流傳,顯示一台人形機器人與兩名人類選手進行羽毛球比賽,並且輕鬆擊敗了人類。我的第一反應是懷疑:這太誇張了,一定是 AI 合成的影片吧?但,該怎麼驗證呢?答案是:用魔法打敗魔法。

在眾多 AI 工具中,Perplexity 特別擅長資料驗證。例如這則羽球影片的內容貼給 Perplexity,它馬上就告訴我:該影片已被查證為數位合成或剪輯。但它並未就此打住,而是進一步提供了「真正」在羽球場上有所突破的機器人—來自瑞士 ETH Zurich 團隊的 ANYmal-D

接著,選擇「研究模式」,就能深入了解 ANYmal-D 的詳細原理。原來,真正的羽球機器人根本不是「人形」,而是一台具備三自由度關節的「四足」機器人。

如果你想更深入了解,Perplexity 的「實驗室」功能,還能直接生成一份包含圖表、照片與引用來源的完整圖文報告。它不只介紹了 ANYmal-D 在羽球上的應用,更詳細介紹了瑞士聯邦理工學院發展四足機器人的完整歷史:為何選擇四足?如何精進硬體與感測器結構?以及除了運動領域外,四足機器人如何在關鍵的工業領域中真正創造價值。

AI 代理人:數位世界的新物種

從開刀、揀貨、打球,到虛擬練功,這些都是機器人正在學習「幫我們做」的事。但接下來,機器人將獲得更強的「探索」能力,幫我們做那些我們自己做不到的事。

這就像是,傳統網路瀏覽器與 Perplexity 的 Comet 瀏覽器之間的差別。Comet 瀏覽器擁有自主探索跟決策能力,它就像是數位世界裡的機器人,能成為我們的「代理人」(Agent)

它的核心功能,就是拆解過去需要我們手動完成的多步驟工作流,提供「專業代工」,並直接交付成果。

例如,你可以直接對它說:「閱讀這封會議郵件,檢查我的行事曆跟代辦事項,然後草擬一封回信。」或是直接下達一個複雜的指令:「幫我訂 Blue Origin 的太空旅遊座位,記得要來回票。」

接著,你只要兩手一攤,Perplexity 就會接管你的瀏覽器,分析需求、執行步驟、最後給你結果。你再也不用自己一步步手動搜尋,或是在不同網站上重複操作。

AI 代理人正在幫我們探索險惡的數位網路,而實體機器人,則在幫我們前往真實的物理絕境。

立即點擊專屬連結 https://perplexity.sng.link/A6awk/k74… 試用 Perplexity吧! 現在申辦台灣大哥大月付 599(以上) 方案,還可以獲得 1 年免費 Perplexity Pro plan 喔!(價值 新台幣6,750)

◆Perplexity 使用實驗室功能對 ANYmal-D 與團隊的全面分析 https://drive.google.com/file/d/1NM97…

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從零打造「MIT迷你潛艇」——專訪中山大學水下載具研發中心主任王朝欽
科技大觀園_96
・2022/01/11 ・3874字 ・閱讀時間約 8 分鐘

想到臺灣的「海洋文化」你會先聯想想到什麼呢?是海灘、衝浪、潛水,還是漁船、海鮮、跑船?有發覺幾乎都是「海上」的關鍵字嗎?但其實,海面下藏著許多常人難以探勘的資源,例如可作為替代能源的「可燃冰」、難以開採的「稀土礦」,抑或是深海生物觀測或是海底考古等等,都是極具發展潛力的水下事業。也因此,世界列強早已投入鉅資開發水下載具技術,期望從海底世界找到更多可能性。

而在王朝欽教授的領導下,由中山大學水下載具研發中心所開發的「第一代雙載水下載具(Two-person manned underwater vehicle, MUV)」,今年終於成功踏出指標性的一步!

中山大學水下載具研發中心所開發的「第一代雙載水下載具」。圖/中山大學提供

從無到有打造水下載具,臺灣跨出第一步!

第一代雙載水下載具被媒體廣泛稱為「MIT 迷你潛艇」,但其實我們的「MIT 迷你潛艇」(MUV)和一般所認知的潛艇是截然不同的水下載人載具,「講的簡單一點,裡面有廁所的是一般熟知的潛艇,沒有廁所的叫做『迷你潛艇』,而我們這次做出來的是後者。」王朝欽教授指出,雖然與自造潛艇還有一段距離,「但臺灣目前能獨立製造 MUV,其實是非常不容易的事。」

臺灣原本就有海洋及造船相關科系,但只要牽涉到水下載具這類需要涉及跨領域整合的製造需求,通常都只能向外採購,開發的技術和工具都只能仰賴國外進口,成本相當高昂,如今我們可以自己從無到有做出一台載人水下載具,即使還不完美,但至少讓世界知道臺灣在海底領域已經跨出了關鍵的一步,「未來在海底世界我們不會缺席!」

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「臺灣有造船的技術,但水上載具跟水下載具是完全不同的世界。」王朝欽教授表示,自 2018 到 2021 年,這台MUV從「構想」到「成功下海」可謂漫漫長路。由於製造經驗是零,光是畫設計圖就耗時一年。過程中團隊不斷向海外專業團隊及友人請益,是非常重要的經驗累積。

由於缺乏製造經驗,第一代 MUV 光是畫出設計圖就耗時一年。圖/中山大學提供

從無人「動力航行測試」到載人「固定深度航行」

今年 MUV 的研發已經進入中後段的測試與調整階段,中山大學水下載具研發中心已於 2021 年 1 月完成了在台南港的「無人動力航行測試」,並在此次測試中,完成了垂直、水平及下潛到水深 8 米的深度,接著上升回海面等等的動力航行測試。這也意味著,MUV 在水下的行動能力已經完備。

接著於 2021 年 9 月於高雄港完成更進階的「載人入艙」測試,除了測試載人後的艙體維生系統運作外,也完成了「固定深度航行」的機能測試;此次測試的成功,也代表著未來科研人員在艙內可以不用一直分心去控制載具的深度,能夠更順利的進行科研活動。不過王朝欽教授表示,台南港與高雄港算是比較平靜的水域,下個階段團隊將前往更真實、更多狀況的海域進行測試。

2021 年 9 月,中山大學團隊於高雄港完成更進階的「載人入艙」測試。圖/中山大學提供

小琉球測試,從真實世界繼續經驗累積

在訪問的當下,王朝欽教授已經帶領團隊完成這次移師小琉球海域的「載人入艙實海測試」,並且很坦白的和我們分享測試第一天發生的問題:「下水不是每一次都成功,失敗的時候就要去知道發生什麼問題。」

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而這次到小琉球的實驗,是先由艙外潛水員進行艙外控制操作,到達指定的深度後,進行海中的動力航行測試(垂直、水平航行以及定深航行)。考量到深度超過 50 米的海域海流比較強且難以預測、風險較高,所以選擇在深度 20 米以內的近海海域執行測試。

為了將 MUV 移至小琉球沿海的測試地點,首先必須先雇用拖船將 MUV 帶到定點,但由於搭載 MUV 的母船吃水較深,無法一口氣將 MUV 載至測試海域,因此還得另外租用中型船將艙體移至深度 20 米以內的近海海域。另再加上指揮船與戒護艇,光是單次的實海測試就足足出動了四條船。

王朝欽教授表示,在第一天的測試過程中就發生了動力失效的問題,但團隊事後也迅速找出了發生問題的原因,原來是外部的控制面板可能因為壓力差與結構問題產生裂痕後進水,進而影響到動力系統:「團隊在迅速調整後第二天就可以正常執行任務了。」

「工程就是這樣,我們設計時會考量許多因素,但現場執行肯定還是會有狀況,在測試中修正問題——就是工程的作法。對於這次的發現(指控制面板進水)其實也算是出乎意料,面板上的裂痕竟能造成這樣的結果。」然而,每次的失敗都是學習機會,失敗的經驗正是團隊累積成長的養分,而這次小琉球海域的實測狀況,正是打造MUV一路走來的真實寫照。

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這次的小琉球實海測試,由艙外潛水員進行艙外操作,在深度20米的近海進行動力測試。圖/中山大學提供

MUV 開發的最高守則——安全第一

談到在研發過程中必須克服的問題,王朝欽教授指出:「在海底可能什麼都看不到,不但艙體要設計防撞、操控面板也必須易於操作,通信系統得隨時暢通,而且一定要有備用電力設備。只要牽涉到水下,連零件工法錯誤都會造成極大風險,畢竟是要載人的載具,必須更加謹慎。」

王朝欽教授舉例,在今年 9 月高雄港的測試中,研發團隊發現艙蓋有滲水的問題,經過調查發現,原來是艙蓋中金屬交接處的橡膠環在製作工法的問題。原本團隊是採用像繩子「頭接尾」的成環方式,這種方式的接口就是滲水的原因,最後團隊將橡膠環更改為一體成形的環型結構,才解決了滲水問題。

除了載具硬體設計外,專業操作人員的訓練也非常重要,除了學習操作載具外,工程師與操作員還必須忍受待在密閉的小空間裡執行任務長達數小時,需要強韌的心理素質,「你能想像把自己關進一個鐵牢籠好幾個小時不出來嗎?我自己進去六七分鐘就快受不了了,這真的是要很有愛與決心才能辦到。」

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水下載具的操作員操作員必須忍受待在密閉的小空間裡執行任務長達數小時,需要強韌的心理素質。圖/中山大學提供

為了讓操作員的身心狀況維持在健康狀態,研發團隊也必須考量到水下載具的舒適度與穩定度,因為光是濕度沒控制好,就可能會發生艇內起霧的現象,而這些變化都可能造成操作員的情緒波動,進而影響駕駛安全。

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王朝欽教授表示,在開發與設計的過程中,人員的安全是最高指導原則,所以載具本體防護、通訊系統及逃生機制,都是水下載人載具設計時不可或缺的環節。

王朝欽教授和我們分享了 MUV 逃生系統的四層設計。最基礎的是「動力上浮系統」,藉由機身上的推進器將水下載具推往水面;第二層是「急速氣囊系統」,藉由讓氣囊快速充氣使 MUV 增加浮力浮上水面;第三層則是「快卸系統」,藉由把機身上的配重卸除,來幫助機體可以順利上浮。

但如果以上三者都失效,還有第四層逃生設計,當緊急狀態發生時,機體內的電力與維生裝置可以持續運作 72 小時,讓操作人員在海中等待救援。

不管做什麼,勇敢踏出第一步最重要!

當初王朝欽教授只是私下喜歡海上活動,專精 IC 設計的電機系教授,受到當時中山大學海科院院長王兆璋教授(現任國研院臺灣海洋科技研究中心主任),以及海下所陳信宏所長的邀請,便一腳跨入水下載具的開發計畫,「沒想到一走也走了三年多。」王朝欽教授表示,在這個計畫中大家都對海洋科研非常有愛,畢竟水下有人載具領域在資源有限的情況下,一路走來真的不容易。

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針對給學子們的職涯建議,王朝欽教授表示,最重要的是找到熱情所在,並且勇敢堅持下去。圖/呂元弘攝

他特別感謝中山大學鄭英耀校長的大力支持,沒有當初校長的支持,計畫不可能走到現在。另外王朝欽教授也非常感謝中信造船集團與韓育霖總經理,二話不說全力支援 MUV 的艙體製作,還有國研院臺灣海洋科技研究中心的勵進號全體船員的配合與支持海域實驗,「沒有大家的支持,就無法有現在的成果,所以除了感謝還是感謝。」

對於目前正在求學的莘莘學子,王朝欽教授建議要先找到自己有熱情的領域,以他目前從事的水下載具研發為例,需要跨領域整合各種技術,因此不是只有電機的人才能入行,「就看你要怎麼切入你有熱情的領域。」不過王朝欽教授強調,最重要還是擁有熱情,然後勇敢地踏出第一步,然後持續堅持下去。

王朝欽教授在訪談最後指出:「人活到最後通常會後悔的都是『沒做什麼』,而不是『做了什麼』,所以去尋找自己有熱情的事,是自我成就最關鍵的一件事。」

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科技大觀園_96
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