科技報導6月號 498期

科學月刊姊妹刊物 創刊於1982年

科技 報導

SciTech Reports

498

2023

6月號

每月15號出刊

scimonth.com.tw

02 焦點話題 從阿波羅計畫到嫦娥工程， 各國的新一代月球探索競賽

07 資訊生活 當開放資料遇上生物多樣性－ TaiBIF 讓世界看見你的資料

月球開發角力戰，哪個國家 能拔得頭籌？

1969年7月，美國阿波羅計畫（Project Apollo）完成了人類首次登陸月球的 壯舉。經過半個世紀，由美國國家航空暨太空總署（National Aeronautics and Space Administration, NASA）主導的「阿提米斯計畫」（Artemis program）宣布要重返月球，希望對月球做出進一步的科學、經濟利益以及新 一代探索。除了美國之外，其他國家也有類似計畫嗎？人們針對太空做的探索 該如何規範？（2版）

13 資訊生活

遠距醫療便利又省事，但要如 何免於資安威脅？

16 科技智財

AI 相關的技術如何申請專利？

淺談專利權的入場券「專利適 格性」

為什麼半導體能主導世界經濟，甚 至讓蘇聯輸掉冷戰？《晶片戰爭》

26 動態時報

人類泛基因組初稿發表 將有助於研 究人類遺傳多樣性

28 動態時報

處理廢水更快更有效

跨校團隊研發高效率分離油水鍍膜

（Photo by Thomas Kinto on Unsplash）

（123RF）

從阿波羅計畫到嫦娥工程， 各國的新一代月球探索競賽

創刊於公元1982年1月

中華郵政北台字第1461號

執照登記為雜誌交寄

行政院新聞局登記局版台誌字第3034號

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黃楓台／美國俄亥俄州立大學工程力學博士。專長為衛星軌道分析與太空 資訊分析，目前擔任企劃推廣組長工作。

月球距離我們大約 38 萬 4000 公里，是距離人類居住的地球最近的一顆星 體。自古以來人們對於月球基於好奇、想像，孕育出不少故事。 1865 年， 法國科幻小說家凡爾納（ Jules Verne ）的小說《從地球到月球》（ De la Terre à la Lune），首先提出以太空炮（space gun）將人類送至月球的構想。

不過一直到火箭的發明，才真正實現了人類數千年來探索月球的夢想。

冷戰時期的探月計畫

1957 年 10 月 4 日，蘇聯發射了全世界第一顆人造衛星——史普尼克一號 （ Sputnik 1 ），開啟人類太空時代的序幕，也開始了美蘇兩國間一連串的 太空競賽。在月球探索方面，蘇聯在第一顆人造衛星發射不到兩年的 1959 年 9 月 14 日，成功的讓無人探測器月球 2 號（ Luna 2 ）在月球硬著陸（ hard landing ） 〔註〕 。透過月球 2 號的探測結果，人們了解到月球沒有磁場，且 周圍並不像地球一樣有范艾倫輻射帶（van Allen Belts）一般的區域。1966

年，蘇聯發射月球 9 號探測器進行

軟著陸（ soft landing ）任務，進 一步發現月球表面是堅固的，可 以在它的表面上著陸。

廣告索引

〔註〕硬著陸一般指飛行器未減速，直 接衝撞降落在星球表面。在此情況下， 飛行器絕大部分會在著陸後損壞；軟著 陸則指降落時進行減速，使飛行器與其 中的儀器或人員仍保持完好無損、可進 行其他任務，技術難度較硬著陸高許多。

美國在月球探索競賽中落後於蘇 聯，直到 1961 年，美國總統甘迺迪 （ Jack Kennedy ）在萊斯大學（ Rice University ）的演講中宣布要在十 年內將人類送上月球並且平安返 回地球，也就是著名的阿波羅計畫 （ Project Apollo ）。美國在 1969 年 7 月完成人類首度登陸月球的壯舉，

焦點話題

並在 1972 年 12 月發射阿波羅 17 號，執行最後一次載人

登月任務。美國在這四年間共完成了六次月球登陸任 務，成為目前唯一成功進行載人登月任務的國家。

21世紀的探月計畫

就在人類完成登陸月球的創舉後，人類對於月球探 索的熱情已不若以往，雖然美蘇兩國及其他新的國 家陸陸續續還有一些探月計畫，但似乎也引不起眾 人的關注，直到美國啟動了阿提米斯計畫（ Artemis program）。

美國的「阿提米斯計畫」

時隔約半世紀，美國宣布要重返月球，著眼點不再 只是單純為了國家聲望，而是希望進一步為了科學 發現、經濟利益以及新一代探索的啟發。為了保持 在外太空探索領域的領導地位，也將建立一個全球 聯盟，探索深空以造福全人類。在此背景下美國國

家航空暨太空總署（ National Aeronautics and Space Administration, NASA ）啟動的阿提米斯任務，規劃將 讓第一位女性和第一位有色人種登上月球，並利用創 新技術更廣泛的探索月球表面。與過去不同的是，美 國此次與商業和國際夥伴共同合作，要在月球上建立 第一個長期存在的基地。然後，藉由在月球及它周圍 所學到的知識為人類的太空探索向前邁出下一步—— 將第一批太空人送往火星。

阿提米斯系統架構包含太空發射系統（ Space Launch System, SLS ）、獵戶座飛船（ Orion ）、月球門戶 （ Lunar Gateway ）太空站、商業載人著陸系統，與 星艦人類登陸系統（ Starship Human Landing System, HLS）阿提米斯計畫已經於去（2022）年11月發射搭載

機器人和人體模型的阿提米斯一號；阿提米斯二號載人 任務預計於明（2024）年進行發射；阿提米斯三號載人 登月任務將會搭載第一位女性和第一位有色人種，預計 2025年進行發射。而後阿提米斯四號將於2027年與月球 門戶對接，然後每年皆會執行月球登陸任務。

為了不斷完善形塑探索整個太陽系的藍圖， NASA 於今 （ 2023 ）年 4 月 6 日進一步發布了「 NASA 從月球到火 星的戰略和目標發展」（NASA’s Moon to Mars Strategy and Objectives Development），關注如何在阿提米斯計 畫下設定明確的目標，確保人類在太陽系長期、永續 的進行探索。

中國的「嫦娥工程」

2003 年 3 月 1 日，中國國家航天局啟動探月工程計畫，

以中國神話人物「嫦娥」來命名，也被稱呼為嫦娥工 程，分成無人探月、載人登月、長久駐月，簡稱探、 登、駐三個階段。目前中國仍在無人「探」月的階

段，已發射嫦娥一號與嫦娥二號進行繞月任務；嫦 娥三號與嫦娥四號無人探測儀器則完成月球表面軟著 陸探測，其中嫦娥四號成功完成月球背面表面的軟登 陸。最後則是嫦娥五號登月採取樣本後返回地球。

在上述探用任務當中又以嫦娥 四號最受世人矚目，以下就它 的科學與技術的突破做進一步 說明。由於月球與地球的自轉 同步，因此月球對地球永遠是 同一個面。直到 1959 年，蘇聯 發射「月球 3 號」（ Lunar3 ） 探測器，才首度讓我們窺探到 月球背面的狀況。此次中國的 嫦娥四號成功，是人類的太空 探測器第一次在月 球背面表面 軟登陸。由於登月地點位在相 對於地球的背面，因此如何保 持地球與探測器間的通訊將是 一個重大的挑戰。為解決通訊 問題，中國在 2018 年 5 月 21 日 就發射了鵲橋號中繼通訊衛 星，該顆衛星進入第二拉格朗 日點（ L2 ），如圖一所示。

位在地球的操控中心藉由在 L2 的中繼通訊衛星，可以

與在月球背面的探測器進行通聯。

根據 2021 年中國國務院發布的「中國的航天」報告， 中國規劃未來五年將繼續進行月球探測工程，包括 發射嫦娥六號探測器、完成月球極區採樣返回；發射 嫦娥七號探測器、完成月球極區高精度著陸和陰影坑 飛躍探測；以及完成嫦娥八號任務進行關鍵技術「攻 關」。在載人「登」月方面，預計於 2030 年前完成； 至於長久「駐」月方面，則已經與俄羅斯簽署合作備 忘，就建造國際月球科研站進行研究，並邀請其他國 家參與。

探索月球規範與地緣政治

在全球文明發展進入太空時代後，人們也意識到需要 一些相關法規制度規範人類在外太空活動的行為。首

月球軌道和拉格朗日點（Lagrangian point）位置示意圖 圖一

先是 1966 年 12 月 19 日在聯合國大會通過的《關於各

國探索和利用包括月球和其他天體的外太空活動應 遵守原則的條約》（ Treaty on Principles Governing the Activities of States in the Exploration and Use of Outer Space, including the Moon and Other Celestial Bodies）， 以下簡稱 《 外空條約 》 （ Outer Space Treaty ）。在條 約中規範有「不得據為己有原則」，意指各國不得通

過提出主權要求、使用、占領或以其他任何方式，將 外層空間據為己有。然而外空條約並沒有特定說明 「據為己有」的對象，也因此 1979 年時，聯合國進一

步通過《關於各國在月球和其他天體上活動的協定》

（ Agreement Governing the Activities of States on the Moon and Other Celestial Bodies），以下簡稱《月球協

定》（ Moon Treaty ）。協定中明確規範探索月球及外 太空中其他所有星體的準則，如月球及它的自然資源 均為 人類共同繼承財產，任何國家不得依據主權要求 或通過利用、占領或其他任何方式據為己有。不過，

不像《 外空條約 》已有 113 國為締約方以及 23 個簽署

國，截至目前為止《月球協定》僅有 18 個締約方， 11 個簽署國。美、俄、中三個具有載人太空能力的國家 皆沒有簽署。

美國阿提米斯計畫是由政府太空機構和私部門太空公司 合作的大型計畫，受 2020 年 5 月發起的阿提米斯協議以

及相關合約的約束。到去年年底，已由23個國家和一個

地區簽署協議，其中包括美國的傳統太空合作夥伴例 如：歐洲太空總署、加拿大、日本和英國的機構，以及 新興太空大國例如巴西、韓國和阿聯酋等。

而在中國方面，中國國家航天局規劃成立一個機構來監 督和協調中國主導的國際月球研究站。自2021年中國公

布第一份國際月球研究站路線圖以來，中國國家航太局 已與包括俄羅斯、阿根廷、巴基斯坦、阿聯酋、巴西在 內的多個國家的太空機構簽署合作協議或意向書。

由此可見，美國與中國正各自在常駐月球目標下，尋 求合作夥伴。雖然有部分國家在美中兩邊選擇保持關 係，然而在主要夥伴上，仍呈現美中兩國在地緣政治 上競爭的格局，這顯示這項競爭已經悄悄地從地球延 伸到月球。

結論

人類自西元 1959 年開始探索月球迄今已經超過 50 年，

如今月球探索的目的已經由過去提升國家聲望，到現 在加入了資源的爭奪以及地緣政治的考量等多項因素 變得更加複雜。

由於國際太空法的制約，應該不會有國家會宣稱對月 球擁有主權。然而，在可見的未來，美國與中國在地 球的對峙與競爭，將會持續延伸到月球甚至到火星。 後續兩強在月球競爭會如何發展，以及沒有國家對月 球擁有主權，人類在月球長駐後所衍生的相關法律問 題以及因應之道，則是我們需要持續關注的議題。

（123RF）

當開放資料遇上生物多樣性— TaiBIF讓世界看見你的資料

劉璟儀／中央研究院生物多樣性研究中心TaiBIF內容經理 何芷蔚／中央研究院生物多樣性研究中心TaiBIF博士後研究員 端木茂甯／中央研究院生物多樣性研究中心TaiBIF助研究員兼代理執行長

近年來，愈來愈多的生物多樣性研究不只透過田野調 查取得資料，更結合開放資料（open data）讓研究的視 野擴大；許多學者也開始跳脫傳統科學研究思維，結 合科技走向新型態的生物多樣性資料應用，如聲音資

料、衛星遙測、環境DNA（ environment DNA, eDNA） 等，讓研究尺度在時空或物種上有機會能拓展延伸。

廣義而言，生物多樣性資料涵括了任何跟生物相關的資 料。舉凡野外調查記錄到的各種生物、採集的標本、拍 攝的物種照片或影片、錄到的聲音檔，乃至從生物體抽 取的 DNA 或在土壤中擷取的 eDNA ，都屬於生物多樣性 資料的一環。總歸來說，資料的來源主要有四個途徑， 分別為個人研究／生態調查、自然史標本典藏、政府監 測計畫，以及公民科學（citizen science）。

隨著資料開放觀念的興起而且愈來愈受到重視，各個 研究領域都逐漸結合巨量資料的應用，拓展出新型的 研究方法或工具，生物多樣性領域也不例外。無論是 大數據（ big data ）、統計分析、模型建立、機器學習 （machine learning），甚至是近期話題度爆高的人工智 慧（artificial intelligence, AI）的開發，大多皆需要仰賴 大規模的開放資料做為基底。

討論開放資料，就必須提到 2016 年威爾金森（ Mark Wilkinson ）等人於《科學數據》（ Scientific Data ） 期刊的論文中所定義的「 FAIR 原則」：資料若要符

合開放的概念，必須要 找得到（ Findable ） 、 拿得到 （ Accessible ） 、 可互用（ Interoperable ） 、 可再用 （Reusable）。詳細地說，就是資料能在網路上被搜尋

資料的 FAIR 原則。（by SangyaPundir , CC-BY-SA 4.0）

資訊生活

並可下載，同時提供的資料格式是有依據標準且可與 其他來源的資料整合，也有 開放授權聲明 允許任何人 將資料重新再利用。

生物多樣性資訊連結的重要窗口

TaiBIF與GBIF

在成熟的大數據概念尚未被建立起的時代，聯合國經濟 合作暨發展組織（Organisation for Economic Cooperation and Development, OECD ）下的生物多樣性資訊小組就 已經針對生物多樣性的資料提出建議：「國際間需要 建立可以自由存取生物多樣性資料、資訊的機制，藉 由提供可靠正確的科學證據，可為經濟、社會帶來益 處並促進永續發展。」於是，全球生物多樣性資訊機

構（ Global Biodiversity Information Facility, GBIF ）便 背負著這樣的期望，在 2001 年正式成立。 GBIF 由多國 政府共同簽署合作備忘錄（ MOU ）加入成為會員並 設立節點（ nodes ），以「提供大眾無論何時何地， 均能公開且自由存取有關地球上各種生物的資料」為

宗旨，建立了整合全球的生物多樣性資訊開放平臺

而臺灣在 GBIF 成立之初，也率先由當時的國家科學委 員會簽署 MOU 成為創始會員，並於中央研究院（以 下簡稱中研院）成立「臺灣生物多樣性資訊機構」

（Taiwan Biodiversity Information Facility, TaiBIF），不 僅是推動國內生物多樣性資料整合及流通的領導者， 更是臺灣與國際生物多樣性資訊連結的重要窗口。除 了推展 GBIF 的策略目標，引進國際共通的資料標準與 工具、資料授權與開放的概念，也建立了與 GBIF 網絡 串連的生物多樣性資訊基礎建設，提供可自由開放取 用生物多樣性資料的入口網站，串起理想的資料生命 週期。

TaiBIF目前對外提供的服務主要有四個，分別為

1. TaiBIF官網（taibif.tw）：提供國內生物多樣性開放 資料搜尋與下載、資料開放與發布的相關資源和工 具，以及資料新聞及推廣活動發布。不僅能讓資料 提供者與使用者得知臺灣的資料開放現況、檢視物 種分布資料地圖，同時也能取得所需的相關資源與 知識。

（GBIF.org）和相關資訊基礎建設。

TaiBIF 官網首頁。（TaiBIF 臺灣生物多樣性資訊機構 , CC-BY 4.0）

每一個光點都代表了一筆 GBIF 收到的生物資料。在臺灣發布者的努力下，累積了足以點亮臺灣輪廓的巨量資料。（OpenStreetMap®, GBIF.org, CC-BY-SA 2.0）

2. 資料發布工具IPT（ipt.taibif.tw）： 是目前國內開

放資料並與國際平臺 GBIF 連結的重要管道，除了可

透過此工具讓自己的生物多樣性資料與全球社群共 享，也可以是免費的個人資料倉儲及管理的空間， 更提供版本控制功能，讓使用者方便管理不同的資 料發布版本。

3. TaiCOL臺灣物種名錄（taicol.tw）： 透過各生物類

群分類學專家的名錄審訂，此資料庫提供了國內所 有物種有效學名及分類資訊搜尋，還可檢視學名變 動的歷史及相關文獻。為目前國內生物多樣性領域 工作者確認物種學名的重要參考依據，也是生物多 樣性資料庫串連生物各類資訊的關鍵基礎。

4. 物種學名管理工具（nametool.taicol.tw）： 為管 理名錄資料與分類資訊的線上平臺，除了物種名錄 的整合查詢檢視，還有管理學名與文獻資訊及產出 分類處理架構等功能，貼近分類學者的工作流程， 協助分類工作的進行，同時也提升分類資訊更新的 速率。

GBIF 在過去 20 年的努力下累積了超過 22 億筆的開放資 料，也支持了全球生物多樣性研究及保育政策制定與決 策；而臺灣目前於 GBIF 資料平臺上開放的資料已超過

1500萬筆，資料量排名亞洲第二。然而，在資訊基礎建 設逐漸完備並累積了巨量的資料後，緊接而來的是另一 個階段的挑戰，包括彌補資料在時空間與類群分布上 的空缺、處理新興生物多樣性資料及與傳統資料來源的 互補、提升資料品質，以及增加資料於研究與政策上的 應用等。面對這些挑戰， TaiBIF 除持續針對上述問題提 出解方，也希望以過去累積的經驗與技術，領導國內生 物多樣性資訊學的發展、協助政府達成永續發展目標願 景，並主導 GBIF 亞洲區域事務的推動，提升臺灣在國 際生物多樣性資訊研究領域的能見度。

開放生物多樣性資料的重要性

討論至此，可能需要進一步說明，生物多樣性資料為 何要以開放資料的方式做累積？累積大量資料能做什 麼？我們可從四個層面來看。首先，對全球生物多樣 性保育而言，去（ 2022 ）年聯合國的生物多樣性公約 締約方大會（Conference of the Parties, COP）正式通過

《昆 明—蒙特婁全球生物多樣性框架》與 23 項目標， 其中第 21 項明確指出，在 2030 年之前，要確保能取得 的最佳生物多樣性資料、資訊與知識，得以用來指引 生物多樣性的管理與治理。也因此，生物多樣性資料 的開放、流通與整合，以及從資料擷取資訊，到 產生

知識以支援政策制定，將會是世界各國接下來幾年的 重要工作之一。

其次，對政府決策單位來說，資料的整合開放不僅能 成為自然資源管理部門重要的保育決策依據，公共衛 生部門也可透過物種的分布，了解人畜共通疾病的傳 染及擴散模式，協助疾病的監控。再者，對政府、學 研及民間組織來說，資料共享的前提是需要團隊內部 將資料進行標準化、系統化的管理，除了有利於內部 的資料彙整和永續管理，在資料標準及格式統一的狀 態下，也能更容易與其他單位溝通合作。

最後，對個別研究者來說，與他人相互共享資料，能讓 辛苦調查所取得的資料發揮最大的研究價值。不但增加 研究的時空尺度，了解生物多樣性的整體樣貌，甚至還 能發展出新的研究課題，擴展研究的深度與廣度。若開 放資料到全球生物多樣性資訊平臺，或進一步發表資料

論文（data paper），還可以提高研究資料的能見度與被 引用率，促進更多的交流合作機會。

一石二鳥，開放資料也能發表

所謂資料論文，是描述開放資料集的同儕審查（ peerreview ）文章，它與學術文章架構不同，不需要完整的 科學論證，只需說明資料集的內容與涵蓋的時空及物種 範圍、資料採集與處理的方法、資料集的存放位置與取 得方式，以及強調該資料集的應用價值等。目前有愈來 愈多專門發表資料論文的資料期刊（ data journal ），如 《科學數據》、《生物多樣性數據期刊》（ Biodiversity Data Journal ） 等。如同學術論文，這些期刊也一樣有 學術圈重視的影響指數（ impact factor, IF ），可彰顯研 究人員、甚至資料管理人員的貢獻。

發表資料論文還有個最主要的好處，是將資料作更結

構化的描述，讓其他人能輕易看懂，也就增加了能見 度與可信度，並最大化資料的價值。另一方面，有時 收集到的資料不一定都能發表成學術論文，而資料論 文便能讓研究者收集的每一筆資料都適得其所，最終 有所貢獻。

如何將開放資料應用到研究上？

臺灣的案例分享

時至今日，在 TaiBIF 與許多夥伴單位如林務局、特有生

物研究保育中心（以下簡稱特生中心）等共同推動開 放資料的氛圍下，使用臺灣開放資料來做主題研究的 論文發表已橫跨各生態領域。研究主題除了分類學、

生態學及生物地理學等基礎研究之外，也有探討氣候 變遷、外來入侵種衝擊等重要社會與環境議題的研 究。截至今（ 2023 ）年 3月中旬，依據 GBIF 的文獻追蹤

系統，在全球使用 GBIF 資料的研究論文中，有 146 篇來 自臺灣學者的參與，另有至少 47 篇使用了從臺灣發布 的開放資料。

接著分享幾篇應用TaiBIF和GBIF上開放資料的案例：

1. 透過自然史典藏資料，探討物種分布模式： 中研院

生物多樣性中心（簡稱生多中心）前博士後研究員 吳士緯、研究員沈聖峰等人利用特生中心在 GBIF 發 布的蛾類典藏資料集，結合 AI 尋找蛾類色彩多樣性

和海拔高度與溫度的相關性。發現在高海拔及低溫 的環境下，蛾類的色彩多樣性較低，並藉此預測蛾 類在不同海拔的分布模式。文章已在 2019 年發表於 《自然通訊》（Nature Communications）期刊。

2. 結合公民科學資料，驗證動物遷徙模式： 中研院生 多中心研究助理蔡佩妤、助理研究員端木茂甯及特 生中心助理研究員柯智仁等人，從公民科學 eBird 資料，分析臺灣繁殖鳥類在不同季節的海拔分布變 化，呈現出過去難以觀測到的遷徙模式，並結合 鳥類行為與形態特徵，驗證了多個海拔垂直遷徙 的假說。此篇已在 2020 年發表於《生態地理學》 （Ecography）期刊。

3. 運用氣候及物種開放資料，預測氣候變遷的影響： 特生中心助理研究員呂明倫及黃靜宜，從 GBIF 及其 他開放資料庫的資料，評估未來氣候變遷對臺灣特 有種——信義熊蜂（ Bombus formosellus ）的負面影 響，並找出在此衝擊下合適的山區棲息地。結果顯 示臺灣山區的暖化越趨顯著，未來將不再適合信義 熊蜂棲息，可能因此滅絕。此文章去年發表於《昆 蟲保育誌》（Journal of Insect Conservation）期刊。

4. 利用系統性調查資料，建立國家鳥類指標： 特生中 心與中華鳥會運用「臺灣繁殖鳥類大調查」的資 料，分析 2011 ∼ 2019 年間的 100 種繁殖鳥類在臺灣 的數量變化趨勢，並建置「臺灣森林鳥類指標」及

資訊生活

「臺灣農地鳥類指標」兩項國家級指標，作為監

測臺灣繁殖鳥類生存狀態及保育成效的重要儀表

板，讓臺灣成為亞洲第二個發布複合物種指標的國 家。本篇已於今年發表於《生態指標》（ Ecological Indicators）期刊。

除研究外，國內政府部門也愈來愈重視開放資料的應 用，開始跟學者合作分析資料並作為保育決策（如保護 區設置）的參考。2021年中研院生多中心與國內管理生 物多樣性資料庫的政府單位，包括林務局、特生中心、

林業試驗所、海洋委員會海洋保育署、營建署、國立臺 灣博物館與水利署，共同成立了臺灣生物多樣性資訊聯 盟（ Taiwan Biodiversity Information Facility, TBIA ）， 並由 TaiBIF 團隊擔任資訊系統開發及維運的角色，提供 整合各單位資料庫所需的技術及基礎建設，支援更多生 物多樣性的應用發展。

隨著生物多樣性資訊逐漸受到重視，相信未來相關的應 用研究會更加多元且創新，甚至可樂觀地迎接新研究時 代的來臨。然而，不論這些研究應用如何革新， TaiBIF 都將為不同受眾的需求存在著，並給予最大支持，成為 生物多樣性資訊基礎建設最強而有力的推動者。

延伸閱讀

1. Wu, S. et al. (2019). Artificial intelligence reveals environmental constraints on colour diversity in insects. Nature Communication, 10, 4554.

2. Tsai, P., et al. (2021). New insights into the patterns and drivers of avian altitudinal migration from a growing crowdsourcing data source. Ecography, 44, 75–86.

3. Lu, M. & Huang, J. (2023). Predicting negative Effects of Climate Change on Taiwan's endemic Bumblebee Bombus formosellus Journal of Insect Conservation, 27, 193–203.

4. Lin, D. et al. (2023). Taiwan's Breeding Bird Survey reveals very few declining species. Ecological Indicators, 146, 109839.

陳以德／高雄醫學大學醫務管理暨醫療資訊學系主任

在嚴重特殊傳染性肺炎（ COVID-19 ）疫情期間，考

量到防疫需求，許多診所使用「遠距醫療」為病患看 診，讓患者可以在家中接受醫療服務，減少前往醫療 院所時遭受感染的風險。看似方便又省事，不過實際

上要執行遠距醫療時，有哪些技術與法規的議題需要 多加注意呢？

遠距醫療的定義與法規

遠距醫療是指透過網路、電信等通訊技術，將醫療服

務提供給遠距離、無法前往醫院的患者，它的形式多 樣，包括遠端診斷、遠端監控、遠端會診等。臺灣在

2018 年 5 月 11 日通過的《通訊診察治療辦法》是遠距醫

療的母法，目前法規限制只能在山地、離島及偏僻地 區或有特殊、急迫情形才能進行通訊診察治療。

疫情之後臺灣的遠距醫療應用也有所擴大，例如遠距

心電圖檢查、遠距會診、遠距健康管理等。遠距醫療 可以提高醫療資源利用效率；節省醫護人員及患者的 時間與費用支出，例如交通時間與費用等。此外，運 用通訊裝置也能有機會增強醫療服務的連續性，像是 以物聯網（ Internet of Things, IoT ）裝置監控病患血 壓、心跳、血氧、運動量等生理數據，提供醫師參考 以做出更適合的診療。配合臺灣訊息及通訊技術或資 訊通訊科技（information and communication technology, ICT ）產業的強項，未來遠距醫療有機會成為臺灣醫療 技術發展的重要趨勢之一；而政府是否會順勢開放遠 距醫療在臺灣的應用，目前還不得而知。

提高醫療服務的效率和品質，

數位醫療面臨的挑戰

遠距醫療屬於數位醫療的一部分，數位醫療還包括了 電子病歷、數據分析（醫學影像識別）和人工智慧 （ artificial intelligence, AI ）、 AR/VR 等技術應用，為 的是提高醫療服務的效率和品質，促進醫療健康事業 的發展並降低醫療成本。然而，數位醫療目前的發展 也存在一些挑戰和風險，如資料隱私、資訊安全、技 術成熟度不足、資訊技能不足等。因此，為確保數位 醫療的安全和有效性，需要進行全方位的規範和監 管，並不斷提高技術和人員素質，以確保數位醫療能 夠更好地為人類健康事業服務。

2021 年 5 月臺灣核定資訊及數位、資安卓越、臺灣精 準健康、綠電及再生能源、國防及戰略、民生及戰備 等六大核心戰略。「資安」與「醫療」產業便是其中 兩項，希望以此為國內經濟帶來新動能。衛生福利部 資訊處處長龐一鳴也在 2021 年 5 月 6 日的臺灣資安大會 上宣布，將電子病歷採用國際標準的快捷式醫療服務 互操作資源（ fast healthcare interoperability resources, FHIR），以解決眾多資料傳輸接口產生的問題。

醫療廣泛應用物聯網裝置，

潛在的資安風險

醫療照護領域近來大量使用 IoT 裝置，自然也是遠距醫 療的一部分。包含老人、新生兒與慢性病患者皆可應用

遠距醫療便利又省事，但要如何免於資安 威脅？

資訊生活

生理訊號 IoT ，除了記錄心跳、血壓、血氧等生理數據 外還有許多功能。像是智慧藥盒可以監督與提醒使用者 用藥；配合陀螺儀偵測跌倒，以全球定位系統（ global positioning system, GPS）記錄經緯度、高度，都可以讓 人類得到更好的照顧。有了生理訊號 IoT 裝置，能隨時 監測使用者的生理狀況及週遭環境，減輕照護人員負 擔，而且還能幫助醫師診斷。

生理訊號 IoT 裝置也能幫助偏遠地區就醫不便或者行動 障礙患者，在發生突發狀況時迅速通知醫療團隊前往 支援。以亞東醫院社區會員為例，使用效益包含：高

血壓用藥數下降 48 ％、平均急診率下降 47 ％、對健康 警覺意識提升14.5％。

然而，上述健康或病歷資料屬於特種個人資料，它的 傳輸、認證、資料完整性都需要妥善的保護。若無妥 善保護資料，是可能會出人命的。例如 2019 年醫療裝

置製造商Becton, Dickinson and Company（BD）生產的 Alaris 閘道工作站有安全漏洞，能讓駭客直接關閉輸液 幫浦裝置、安裝山寨版韌體更新，進而竄改藥物的劑 量或輸液速度，若是將劑量加重可能導致病患休克或 死亡。

在資安方面，病歷外洩也是一個經常發生的問題， 2018 年新加坡 SingHealth 醫療系統遭駭客入侵， 150 萬 人的個資外洩，其中也包含總理李顯龍的病歷。 2021 歐洲藥物管理局（ European Medicines Agency, EMA ） 伺服器受到網路駭客攻擊，輝瑞（ pfizer ）與 BioNTech 研發的新冠候選疫苗 BNT162b 相關文件，被非法入侵 盜用。在臺灣， 2020 年 2 月起北、中、南醫療院所也

陸續傳出中勒索病毒；中毒後，病歷資料被加密無法 讀取，醫師無法取得之前的資料為病患做最適當的診 療。去（ 2022 ）年 12 月 7 日也發生部立桃園醫院遭駭客

入侵，醫護及病患個資外洩。

數位醫療資訊安全，需要保證醫療資訊保密性，完整 性和可用性。這需要適當的防護措施，如身份驗證、

加密、權限控管和防火牆等，以防止未經授權的存取 和濫用。除此之外，數位醫療資訊安全還需要適當的 監管和法律框架以確保醫療資訊的合法性和適當性。

因此，《醫療機構電子病歷製作及管理辦法》自 2015

年 11 月 24 日後直至去年 7 月 18 日大幅修訂。新法第三至 五條特別針對權限管控、緊急應變、系統安全、傳輸

加密、安全事故處理等機制制定條文；第六至八條則 制定電子病歷可以委外及上雲端（儲存地點以我國境 內為原則），但需注意個人資料保護。第二章病歷製 作及簽章也制定了更詳細的條文，第三章則包含如何

多方面的努力和措施，保護病例資料

電子病歷新法放寬了病歷可以上雲端而且可以委外處 理，但相對而言這些雲端等網路傳輸也帶來了更大的 風險。所以電子病歷新法也對病歷安全做了大規模的 增訂，這些都需要醫療院所與民眾的配合才能減少病 歷外洩。保護病歷在實務上，可以從幾方面來著手：

1. 強化資訊安全防護措施： 包括建立完善的資訊

安全管理制度和流程，加強人員資訊安全教育訓

練，實施強密碼政策和多因素認證，補強系統漏

洞和惡意攻擊檢測等。其中強密碼指的就是別用 像 1234 這種很容易破解的密碼，密碼至少應大於 八個字並最好有大小寫字母及數字等；而多因素

認證，指的是除了密碼外，可以加入健保卡，或 如銀行在傳送簡訊認證後才能刷卡成功的策略， 亦或透過手機按下指紋後才能登入等。

2. 數據加密和隱私保護：

對患者病歷等敏感資料 加密保護，並確保資訊在傳輸和存儲過程中不會 被窺探或洩露。加密的資料，非到必要且在正確 的人手上才能被解密。

3. 合理分配和管理敏感資訊訪問權限： 對患者的 病歷資料進行合理分類和管理，確保只有經過授 權的人員才能訪問和操作敏感資訊，並定期對訪 問權限進行檢查和調整。可以運用屬性加密，來 達到權限控管，例如醫師、護理師或家屬都是一 種屬性，臺大、北醫、中國醫、高醫、榮總、長 庚等也是屬性；屬性加密後的資料要同時符合該 資料屬性者才能解開，例如要高醫且是醫師這兩 種屬性的人，才能解開資料。

4. 病歷資料加入電子簽章： 在電子病歷新法第

二章做出的調整，強化了電子簽章在病歷的重要 性。電子簽章可以確認病歷是誰寫的，又經誰改 過（修改也需要簽章）。若電子簽章無法通過檢 驗，則表示這份病歷有問題，可能被人動過手腳 或在傳輸過程有錯誤，需挑出來另案處理。

5. 加強安全稽核： 建立完善的安全稽核機制，定 期進行安全漏洞掃描和測試，加強對訪問權限的 管理和控制，以及即時監控和警報系統等。

6. 備份： 備份是資訊安全最後一道防線，一旦資料 中了勒索病毒後，不要付贖金，直接從備份資料 取回來，這樣才能慢慢杜絕惡意攻擊者的行為。

綜合來看，要確保患者的病歷資料不會外洩，需要通 過多方面的努力和措施，從技術、管理和法律等多個 層面進行保障。只有這樣才能有效減少風險，確保患 者的病歷資料得到適當的保護。

延伸閱讀

1. 國家發展委員會（2020年5月21日）。六大核心戰略產業推動方案。國 家發展委員會。https://reurl.cc/K0Kgl9

2. 侯冠州（2020年10月5日）。讓智慧醫療走進偏鄉，緯創醫學攜手高醫 大打造在地健康生態圈。Technews科技新報。https://reurl.cc/gDk5Rb

儲存、交換、與銷毀等。

AI的相關技術如何申請專利？ 淺談專利權的入場券「專利適格性」

董詩凡／何美瑩專利師事務所專利師

人工智慧（ artificial intelligence, AI ）發展至今已有數 個年頭，而自去（ 2022 ）年 11 月底聊天機器人 ChatGPT 首次問世以來，大幅掀起一波討論熱潮，各業界也關

注起 AI 的發展與應用。調查顯示全球私部門投資在 AI 領域的主要項目，包含了醫療保健、資料處理和雲端 運算、金融科技、零售、影視娛樂產業等，可預期在

不久的未來， AI 的發展會愈來愈蓬勃，大幅改變人類 生活。

伴隨著技術進展，利用專利制度保護創新的需求也隨 之增加；從專利資料庫的統計數字也可看到， AI 相 關技術的申請數量呈現爆炸式的成長。筆者從業過程

中，曾有幸接觸到 AI 應用在醫療領域的諸多嘗試，特 別是試圖透過演算法、計算機模型來分析醫療數據， 提升診斷準確性等。發明人對此常有的疑問就是： 這可以申請專利嗎？這問題的答案雖然看似簡單，但 其實要考慮的面向相當複雜。在現有專利法規的框架 下， AI 技術及相關應用確實「可以」申請專利；但是

若將問題改成「 AI 技術符合哪些條件才能順利取得專 利？」，則答案將涵蓋多個面相，難以一言以蔽之。

儘管如此，我們還是可試著從多個面向中釐清優先順 序。首先，要從取得專利的先決條件「專利適格性」

（ patent eligibility ）著手。何謂專利適格性？如何才 算符合專利適格性？以下筆者將以《專利法》角度出 發，對 AI 技術的專利適格性做簡要介紹，同時對申請 實務給出指引。

簡單來說，新技術或是創新概念要取得專利，需符合 《專利法》規範的數種要件，並由主管機關依法審核 確認後方可取得專利權。在申請階段的一開始，最早 需先釐清一點，就是技術本身是否為專利所保護的標 的？或者也可以理解成技術本身是否具有可被《專利 法》保護的資格？前述資格，法律上以「專利適格 性」稱之。一旦被認可具專利適格性，才會接著審查 《專利法》規定的其他要件 〔註〕 。換句話說，可將 專利適格性比擬成申請專利的入場券，只有取得入場 券，這個技術才具有可申請專利的資格。

〔註〕其他要件包含新穎性（novelty）及進步性 （inventiveness）等，不過這些要件非本文要討論 的重點。

專利適格性的判斷流程─以美國為例

那如何判斷一項技術是否具備專利適格性呢？各國專 利法對此訂出大原則框架，僅在具體執行細節各有差 異。以美國專利法 〔註〕 來說，明文規定任何新穎且有 用的「方法」（process）、「機器」（machine）、「製 品」（manufacture）以及「物質的組成」（composition of matter），或是前述四類新穎且有用的「改良物」， 均「可以」申請專利。然而隨著時代演變，科技日新

取得專利權的入場券「專利適格性」

月異，原有的法律框架無法適用於愈來愈推陳出新的 新興科技。經過數次調整，美國專利商標局（ United States Patent and Trademark Office, USPTO ）採用可 依循操作流程規範來判斷一技術是否符合專利適格性 （圖一）。

〔註〕專利制度是屬地主義，各國都有自己的專利法。 只是細節不同但是概念大同小異。受限於篇幅，本文 以制度成熟較早的美國專利法作為代表。

步驟一：技術是否導向「方法」、「機器」、

初始，需確認技術是否導向「方法」、「機器」、 「製品」或「物質的組成」的任一類。具體要檢驗該 技術要主張的請求項 〔註〕是否屬於前述的範疇。如果 不符合，則不可申請專利；如果符合，則進入下一判 斷階段的步驟二。

〔註〕請求項是在專利文件中用來界定權利範圍的 段落，通常是基於技術內容撰寫，並做為將來商業 實施的基礎。

在步驟二的階段將更仔細地鑑別技術是否 隱含 不能被 真實應用的自然法則及／或自然現象。因為專利制度 最終目的仍希望技術的功效能夠解決技術問題，進而 應用於產業，所以無法為產業所利用的技術概念並非 專利制度要保護的對象，具體分為二A與二B。

步驟二A：請求項是否導向自然法則？是否包含 額外的元件使自然法則可被應用？

首先，步驟二 A 的第一關是先判斷請求項是否導向 自然法則、自然現象、抽象概念。自然法則（ law of nature ）是解釋宇宙萬物運行的固有基本法則，比如萬 有引力定律、熱力學三大定律等。自然現象（ natural phenomenon ）則指大自然運作規律自發形成的狀況，

圖一｜判斷一項技術是否符合專利適格性的標準（美國專利審查基準圖的簡化版）

「製品」、「物質的組成」

不受人為主觀意識影響，例如礦物、化學元素、生物 組織等。抽象概念（ abstract idea ）則是相對於有形的 物質對象而言，無形、抽象的想法，例如數學原理、 組織人類社會的規範及方法、人類的心智活動等。若 請求項界定的內容不是自然法則、不是自然現象也不 是抽象概念，則通過第一關，可直接判定該專利具有 專利適格性的資格。

到這裡，讀者可能會疑惑，如果在第一關發現有自然 法則、自然現象、抽象概念是否就表示該技術直接出 局呢？答案是不一定，此時將進行步驟二 A 的第二關 篩選，判斷發明技術有沒有包含額外的元件或技術概 念，從而讓原有的自然法則、自然現象、抽象概念達 成實際應用。若可，則在此階段也可通過適格性的測 試，可以取得入場券。若在第二關發現無法達成實際 應用，則進入步驟二B關卡。 步驟二B：整體技術內容是否明顯超過自然法 則、自然現象、抽象概念

步驟二 B 接著檢查前述額外的元件或技術概念可否讓

整體技術內容明顯超過自然法則、自然現象、抽象概 念。此處通常是指，整體技術內容不僅有別於純粹的 自然法則、自然現象及／或抽象概念，且在效果或功 效上具有質或量的提升。若發現整體技術內容明顯超 過自然法則、自然現象、抽象概念，則此技術內容也 可以取得申請專利的門票。

如果試著對前述判斷基準做個簡單的總結，我們可以 說，若一技術內容可能涉及自然法則、自然現象、抽象 概念，那麼為了取得專利申請門票，必須要讓整體技術 內容導向是對自然法則、自然現象、抽象概念的「實際 應用」，進而「解決某些技術問題或是提升該領域的效 能」，如此才可通過美國專利適格性的檢測。

AI應用於醫療領域實例

回到一開始的問題，應用在醫療領域的 AI 技術，要

如何順利取得專利權的門票呢？常見的醫療應用，例 如透過機器學習辨識病理圖像，或是透過高速運算來 分析龐大的醫療數據、建立醫療數據庫等，它們的本 質在於借助演算法或計算機模型，對電腦輸入指令，

使電腦執行並輸出特定結果。若依照前述規範，演算 法、計算機模型 均屬於抽象概念 ，容易在判斷適格性 的前期就出局。

為避免被認為抽象概念不具專利適格性，可以採取以 下做法。

先將技術中所有演算法、計算機模型或電腦執行的步

驟都抽離，檢視技術內容是否僅為單純的「資料收 集、分析及呈現」，若是則應盡量避免。另一個判斷 則是剩餘的初始資訊及最終結果，是否透過人腦也可 以達成。如果答案是肯定的，儘管需要花費時間，但 仍可透過人腦最終達成相同的辨識或診斷結果的話， 那麼電腦、演算法及計算機模型在此技術中僅作為 運 算工具 ，並沒有為整個技術帶來額外的實用性應用， 則該技術內容就不易取得專利適格性門票。

積極性做法，是添加額外的技術手段，讓整體技術內

容可以實質應用並具有優勢。具體而言，雖然是藉助 於已知的機器學習模型，但是當應用在不同的疾病診 斷時，會因應原始資料的差異或根據辨識需求對該模 型進行調整，或對學習資料進行數據挖掘，藉此提高 AI 在辨識或是輔助診斷的效能。 發明人可檢視是否有 前述這類調整，並在專利申請時應盡量地詳細說明， 如此可以被視為讓整體技術內容有別於單純的抽象概 念，來提高取得入場門票的機率。

總結來說，單純透過 AI 取代「人腦」的技術內容並不 具專利適格性，因此需要添加額外的技術手段，讓整 體技術內容的結果有別於、超越抽象概念，產生實際 應用價值，有助於取得專利申請的入場券，進而順利 取得專利。

蘇聯輸掉冷戰，敗在半導體策略？

大約在赫魯雪夫宣布支持興建「蘇聯的矽谷」澤列諾 格勒的同時，蘇聯學生伯里斯 馬林（ Boris Malin ） 從賓州留學一年返國，行李內放了一台小裝置：德州

儀器的 SN-51 ，那是美國最早販售的積體電路之一。馬 林是蘇聯半導體設備領域的頂尖專家，他認為自己是 科學家，不是間諜。然而，負責蘇聯微電子的官員蕭

金認為， SN-51 是蘇聯必須不惜一切手段也要取得的設 備。蕭金把馬林與一群工程師叫到他的辦公室，把晶 片放在顯微鏡下，透過鏡頭凝視那塊晶片，並下令：

「給我抄！完全照抄，不准有任何偏差，給你們三個 月的時間。」

被指說直接抄襲國外的研究成果時，蘇聯的科學家感 到很憤怒。他們對科學的理解，跟美國的化學家及物 理學家一樣先進。據悉，去美國的蘇聯交換學生表 示，他們從蕭克利的課堂上很少學到在莫斯科學不到 的東西。事實上，蘇聯有世界上最頂尖的理論物理 學家。 2000 年，基爾比終於因發明積體電路而榮獲 諾貝爾物理學獎時（當時積體電路的共同發明者諾 伊斯已過世），是與俄羅斯科學家艾費洛夫（ Zhores Alferov ）共同得獎。 1960 年代，艾費洛夫對半導體設

備發光的方式，做了基礎的研究。 1957 年的人造衛星 發射， 1961 年加加林的第一次太空飛行，以及 1962 年 奧索金製作的積體電路，都是蘇聯正在變成科學強國 的證據。連美國中情局也認為蘇聯的微電子業正迅速 迎頭趕上。

然而，蕭金的抄襲策略有根本上的缺陷。抄襲用在製 造核武上是有效的，因為美國與蘇聯在整個冷戰時期 只製造了數萬件的核武。然而，在美國，德州儀器與 快捷已經在學習如何量產晶片了。擴大生產的關鍵在 於可靠性，那是張忠謀與葛洛夫等美國晶片製造者在 1960 年代一直致力投入的挑戰。與蘇聯同業不同的 是，他們可以借鑒其他製造先進光學、化學品、淨化 材料、其他機械廠商的專業。萬一沒有幫得上忙的美 商，快捷與德儀還可以求助德國、法國或英國，這三 個國家都有先進的產業。

蘇聯可以大量生產煤炭與鋼鐵，但幾乎各種先進的製 造都處於落後狀態。蘇聯在產量上取勝，但品質或純 度上沒有優勢，偏偏品質與純度對量產晶片來說至 關重要。此外，西方的盟國透過出口管制協調委員會 （ COCOM ），禁止向共產國家轉移包括半導體元件在 內的許多先進技術。蘇聯人常透過設在中立的奧地利

為什麼半導體能主導世界經濟，甚至讓蘇 聯輸掉冷戰？《晶片戰爭》

或瑞士的空殼公司，來繞過 COCOM 的限制，但這個途

徑很難大規模地使用。因此，蘇聯的半導體廠通常不 得不採用沒那麼精密的機器及沒那麼純淨的材料，因 此生產出的可用晶片少了很多。

光靠間諜活動，只能為蕭金和他的工程師帶來有限的 幫助。光是偷一塊晶片並無法說明它是怎麼製作的， 就像偷一塊蛋糕也無法說明它是如何烘焙出來的。晶 片的製程已經非常複雜。在史丹佛大學修蕭克利課程 的外國交換學生，可能變成聰明的物理學家，但只有 葛洛夫那樣的工程師，才知道某些化學物質需要以什 麼溫度加熱，或光阻劑該曝光多久。晶片製程的每一 步都涉及專業知識，那些知識很少在特定的公司以外 分享。這種專業技術甚至往往不會寫下來。蘇聯間諜 已經是間諜界的佼佼者，但即使派出最幹練的特務， 也無法竊取到夠多半導體生產過程中所需的大量細節

與知識。

此外，根據摩爾定律的速率，最新的科技日新月異。

即使蘇聯人設法照抄一種設計，取得了材料與機器， 並複製生產過程，那都需要時間。德儀與快捷每年 都會推出新設計，上面的電晶體數量越來越多。到了

1960 年代中期，最早的積體電路已經不是什麼新聞， 而是又大又耗電、沒什麼價值的東西。相較於幾乎所 有的科技，半導體技術正飛速前進。電晶體的尺寸與 耗電量都在縮小，一平方吋的矽片上可放入的運算 力，約每兩年就增加一倍。科學界找不到發展那麼快 的其他技術了，所以在半導體業竊取去年的設計，根 本是毫無希望的策略。

蘇聯的領導人始終無法明白，為什麼抄襲策略使他們 落後。蘇聯整個半導體業的運作，就像一家國防承包 商——祕密進行、由上而下、軍事系統導向，照著訂 單供貨，幾乎沒有創意空間。蕭金部長的一名下屬回 憶道，蕭金「嚴格控制」抄襲過程。打從一開始，抄 襲就是蘇聯半導體業的內建運作模式。即使蘇聯全國 上下都採用公制度量衡，一些晶片的製造機器為了更

精準地抄襲美國的設計，還是改採英寸、而不是釐 米。正因為抄襲策略，蘇聯的電晶體技術從一開始就 落後美國幾年，而且從未趕上。

澤列諾格勒外表可能看起來像陽光不那麼燦爛的矽 谷，但那裡有蘇聯最好的科學家及偷來的機密。不 過，美蘇兩國的半導體系統卻是天壤之別。矽谷的新 創企業創辦人會跳槽，並在廠房裡累積實務經驗；蕭 金則是從莫斯科的部長辦公桌發號施令。蘇聯人在職 涯發展上追求的是在官僚體系內晉升，而不是設計新 產品或尋找新市場。在過度關注軍事生產的國家中， 民用商品向來是事後才想到的次要考量。

與此同時，這種抄襲心態也意味著，蘇聯半導體的創 新路徑是由美國設定的。因此，蘇聯的半導體業雖然 是該國最敏感、最神祕的產業之一，運作起來卻像一 個經營不善的矽谷分部。在一個以美國晶片製造商為 中心的全球化網絡中，澤列諾格勒只不過是的一個節 點罷了。

NVIDIA執行長黃仁勳看見的AI未來 對半導體新創企業來說，電腦繪圖一直是個充滿吸引 力的小眾市場，因為繪圖領域不像個人電腦的處理器 那樣，有英特爾壟斷整個市場。從 IBM 到康柏，每家 個人電腦廠商的中央處理器都必須使用英特爾或 AMD 的晶片，因為這兩家公司實質上壟斷了個人電腦所需 的 x86 指令集。在螢幕上顯現圖像的晶片市場，競爭激 烈很多。半導體代工廠的出現以及創業成本的下降， 意味著不只矽谷的貴族階層有資格競相製造最好的圖 形處理器。後來稱霸繪圖晶片市場的輝達（ Nvidia ）， 並不是從帕羅奧圖的時髦咖啡館發跡的，而是從聖荷 西比較混亂的一區裡的Denny's 連鎖餐廳起步。

1993年，克里斯．馬拉科夫斯基（Chris Malachowsky）、 柯蒂斯．普里姆（ Curtis Priem ）及黃仁勳合力創辦了

輝達，黃仁勳如今仍是輝達的執行長。普里姆在 IBM 任職時，做過如何運算圖形的基礎工作，接著他轉往

昇陽（ Sun Microsystems ），與馬拉科夫斯基共事。黃 仁勳生於台灣，幼時移民到肯塔基州，曾在矽谷的晶 片製造商巨積（ LSI ）任職。後來他擔任輝達的執行 長，成為輝達的代言人，總是穿著深色牛仔褲、黑色 襯衫與黑色皮衣，散發出類似賈伯斯的氣場，顯示他 已預見運算的未來。

輝達的第一批客戶是影片與電玩公司，可能看起來不 是最先進的客戶，但輝達認為圖像的未來是顯示複雜 的 3D 立體圖像。早期的個人電腦是一個單調乏味的 2D 平面世界，因為顯示 3D 圖像所需的運算量很大。 1990 年代，微軟 Office 推出一款名為 Clippy 的迴紋針動畫， 它可以坐在螢幕旁邊提供建議，那代表著圖形技術的 大躍進，只是它經常導致電腦當機。

輝達不僅設計了能夠處理 3D 圖形的晶片，並稱之為圖 形處理器（ graphics processor unit ，簡稱 GPU ），也為 圖形處理器設計了一套軟體生態系統。製作逼真的圖

像需要使用一種名叫著色器（ shaders ）的程式，它會

告訴圖像中的所有畫素該如何表現，例如在某種光照 色調之下。著色器會套用在圖像的每個畫素上，形同 於對數千個畫素做比較簡單的運算。輝達的圖形處理 器可以迅速繪出圖像，因為它不像英特爾的微處理器 或其他通用的中央處理器（ CPU ），它的設計是同時 進行大量簡單的運算，例如畫素上色。

2006 年，輝達發現高速平行運算可套用在電腦繪圖以 外的用途，於是發布了 CUDA 軟體，讓人能以標準的 程式設計語言來設計 GPU ，完全不涉及圖像。輝達在 量產頂級的繪圖晶片的同時，黃仁勳也在這款軟體上 投入大量的資金。根據該公司 2017 年的估計，為了讓

任何程式設計師都能使用輝達的晶片，而不限於繪圖 專家，黃仁勳投入了至少 100 億美元。黃仁勳免費提 供 CUDA 給用戶，但那套軟體只能在輝達的晶片上運 行。藉由讓晶片不止適用於繪圖業，輝達為平行處理

發現了龐大的新市場，從運算化學到天氣預報等等 都適用。當時，黃仁勳還只能依稀看見平行處理的 未來：人工智慧後來成為平行處理的最大用例。今 天，輝達的晶片主要是由台積電製造，在最先進的 資料中心裡都可以看到輝達的晶片。

儘管大家一直在談論摩爾定律的終結，但流入晶片 業的資金比以往更多。過去幾年，為 AI 演算法設計 最適晶片的新創公司，已經募集了數十億美元，每 家公司都希望成為下一個輝達。

全球晶片荒帶來的啟示：問題不在半導 體供應鏈？

拜登面對螢幕，在 Zoom 上向一群執行長宣布：「我 們國家已經太久沒為了超越全球的競爭對手，而做 必要的大規模、大膽投資。」他坐在白宮羅斯福總

統的肖像之下，舉起一塊 12 吋的矽晶圓，訓斥那 些高管「在研發與製造方面落後⋯⋯我們必須加

油」。螢幕上的 19 名高階主管中，有許多人認同他 的說法。為了討論美國對晶片短缺的反應，拜登邀 請了台積電等外國公司以及英特爾等美國晶片製造

商，還有飽受半導體嚴重短缺之苦的知名用戶來開 會。福特（ Ford ）與通用汽車（ GM ）的執行長通 常不會受邀參加晶片的高層會議，通常他們也對這 種會議不感興趣。但 2021 年一整年間，隨著世界經 濟與供應鏈因新冠疫情所造成的中斷而動盪，世界 各地的人開始意識到，他們的生活與生計有多麼依 賴半導體。

2020 年，就在美國開始對中國實施晶片鎖喉策略， 切斷中國一些領先的科技公司取得美國晶片技術的 管道時，第二個晶片鎖喉點開始掐緊了世界經濟的 部分領域，某些類型的晶片變得難以取得，尤其是 廣泛用於汽車的基本邏輯晶片。這兩個晶片鎖喉點 有部分相關。華為等中國公司至少從 2019 年開始就 在囤積晶片，為未來可能遭到美國制裁預做準備，

中國的晶片製造廠則是盡可能地買進製造設備，以防美國 決定加強對晶片製造設備的出口限制。

然而，中國的囤積只解釋了一部分新冠疫情期間出現的晶 片鎖喉點。更大的原因在於新冠疫情爆發後，晶片訂單出 現巨大波動，因為企業與消費者都調整了對不同商品的需 求。 2020 年，隨著數百萬人為了在家工作而升級電腦， 個人電腦的需求激增。隨著愈來愈多的生活轉移到線上， 資料中心對伺服器的需求也成長了。汽車公司起初削減了 晶片訂單，預計汽車銷量將大幅下滑。結果當需求迅速恢 復時，他們發現晶片製造商已經把產能重新分配給其他 客戶。美國汽車政策委員會（ American Automotive Policy Council ）的資料顯示，世界上各大車廠在每輛汽車上使用 上千個晶片，即使只缺一個晶片，汽車也無法出貨。 2021 年的大部分時間，汽車製造商都面臨買不到晶片的窘況。 據業界估計，這些汽車公司 2021 年的產量比沒有面臨晶片 短缺時少了770萬輛，相當於2100億美元的收入損失。

拜登政府與多數媒體都把晶片短缺解讀為供應鏈問 題。白宮委託外界針對供應鏈的弱點寫了一份 250 頁的 半導體報告。不過，半導體短缺的主因並不是晶片供 應鏈的問題。有些供應確實中斷了，例如馬來西亞因 新冠疫情而封城，影響了當地的半導體封裝作業。但 根據研調機構 IC Insights 的資料， 2021 年全球生產的晶 片比以往多——超過 1.1 兆個半導體裝置，與 2020 年相 比成長了 13 ％。半導體短缺的主因是需求成長，而不 是供給問題。那是新的個人電腦、 5G 手機、 AI 資料中 心所帶動的需求，最終而言，是我們對運算力永無止 境的需求所驅動的。

因此，世界各地的政界人士誤判了半導體供應鏈的困 境。問題不在於晶片業分散的生產流程對新冠疫情及 隨之而來的封城因應不當。很少產業安然度過這場疫 情、沒受到嚴重干擾。晶片業出現的問題，尤其是汽

車晶片的短缺，主要是因為汽車廠在疫情爆發初期瘋 狂又衝動地取消訂單，再加上他們採用「及時生產」 製程，幾乎沒有容錯的餘地。對於收入受到數千億美 元衝擊的汽車業來說，他們理當重新思考自己的供應 鏈該如何管理。另一面，半導體業則是迎來豐收的一 年。除了大地震以外（這是機率很低、但不是零的風 險），實在很難想像和平時期的供應鏈衝擊比晶片業 2020 年初以來度過的情況還要嚴重。 2020 年與 2021 年晶片產量的大幅成長，並不是跨國供應鏈受損的跡 象，而是跨國供應鏈奏效的跡象。

然而，各國政府應該比過去更認真地思考半導體的供 應鏈。過去幾年，供應鏈帶給我們的真正啟示，跟脆 弱性無關，而是跟獲利與權力有關。台灣的非凡崛起 讓我們看到，一家公司有遠見、有政府資金的支援， 如何改造整個產業。與此同時，美國限制中國取得晶

片技術的限令則顯示，晶片業的鎖喉點有多強大。不 過，中國半導體業過去 10 年來的崛起也提醒了所有 人，這些鎖喉點並非持久有效。國家與政府往往可以 找到迴避鎖喉點的方法，儘管那麼做既耗時又代價昂 貴，有時甚至是極其高昂的代價。此外，技術轉移也 會削弱鎖喉點的效力。

只有當少數兩三家公司掌控鎖喉點時，這些鎖喉點才 有效，而且理想情況下，只有一家公司掐緊鎖喉點的 效果最好。雖然拜登政府承諾「與產業界、盟友、夥 伴」合作，但對於晶片業的未來，美國與其盟友並非 完全一致。美國想扭轉其晶片製造占比下降的局面， 並在半導體設計與機台方面維持主導地位。然而，歐 洲與亞洲國家希望在高價值晶片的設計市場搶占更大

的市占率。與此同時，台灣與南韓都沒有打算放棄 他們在製造先進邏輯與記憶體晶片方面的市場領先地 位。當中國把擴大產能視為國安必要條件時，未來美 國、歐洲、亞洲之間可瓜分的晶片製造業務量有限。 如果美國想增加市占率，其他國家的市占率就必須減 少。美國暗中希望從其他擁有現代晶片製造廠的區域 奪取市占率。然而，在中國之外，全球所有的先進晶 圓廠都位於美國的盟國或親美的國家。

書　名｜晶片戰爭：矽時代的新賽局，解析地緣政治下全球最關鍵 科技的創新、商業模式與台灣的未來 作　者｜克里斯．米勒（Chris Miller） 譯　者｜洪慧芳 出版社｜天下雜誌出版 出版日期｜2023年3月

看懂現今晶片戰局勢最重要解讀——矽時代，運算力才是新石油

晶片供應鏈左右了上世紀冷戰的輸贏，更將決定本世紀強權競爭的終局

大國競逐加速升溫，台灣更是站在關鍵位置，下一個引爆點會在哪？

一個70年前還不存在的產業，決定了今日世界的樣貌。從玩具到汽車、從微波爐到導彈、從手機到股 市，無所不在的晶片，是21世紀的新石油，是現代世界最依賴的稀缺資源。美國靠半導體成為軍事強 權，矽谷仍是設計先進晶片的重鎮，掌握大半關鍵技術，但中國正在急起直追，大動作投資半導體產 業，爭奪霸主地位。位居供應鏈重要位置的台灣，夾在兩大強權之間，更要面對日韓競爭，應該守住哪

些優勢，又要考量哪些風險？

將有助於研究人類遺傳多樣性 編譯｜陳亭瑋

在具有里程碑意義的人類基因組計畫（ Human genome project, HGP ）初稿發布 20 多年後，人類泛參考基因

體聯盟（ Human Pangenome Reference Consortium, HPRC ）於《自然》（ Nature ）期刊發表了人類「泛基 因組」（ pangenome ）的初稿。而在這項發表受到矚目

與歡迎的同時，也開啟了重要的倫理議題討論。

補充人類基因組計畫，

泛基因組的目標與未來

泛基因組是指一個分類群中所有個體的基因組組合，

可以幫助科學家理解基因組的結構、功能與演化，以 及衍生到基因與疾病、性狀之間的關聯。目前已經有 許多物種的泛基因組正在建立中，除了人類之外，還

有水 稻、玉米、豬、牛等物種，不僅提供了研究者更 準確全面的參考基因組，也能促進生物醫學研究與精 準醫療的發展。

雖然人類基因組計畫早在 2003 年 4 月就已經宣布完 成，但受限於當時的定序技術，基因組中仍有許多 區域沒有進行定序，像是染色體中心區域的著絲點 （ kinetochore ）以及末端區域的端粒（ telomere ）。此 外，基因組中含有多基因家族成員的位點，在當時也 難以使用霰彈槍定序法（ shotgun sequencing ）完成。

去（ 2022 ）年，科學家終於填補了多數的漏洞，發布 了完整的人類基因組真染色質（ euchromatin ）的部 分，真正完成了重要的基因組定序計畫。但美中不足 的是，人類基因組計畫主要來自單一人類個體的基因

人類泛基因組初稿發表

組，因此缺少多樣性的資訊。

今（ 2023 ）年 5 月 10 日，由 HPRC 發表於《自然》期刊 的泛基因組圖譜初稿，則成為目前涵蓋族群最廣泛、最 完整的人類基因圖譜。 HPRC 啟動自 2019 年，串連各國 繪製整體的人類遺傳變異，目的是讓遺傳學家在比較序 列時，能夠獲得更全面的參考資料，也將有助於研究基 因與疾病的關聯。考慮到每個人都有獨特的基因組，泛 基因組提供了人類基因序列的多種不同版本，可以作為 分析其他人變異的基準，並且更準確的辨識出有意義的 結構變異，甚至是更大的基因組變化。

更廣泛探索人類遺傳多樣性，

充滿潛力的基因資料

泛基因組圖譜接續在人類基因組計畫之後，除了填補

前者的漏洞，這次初稿發布的內容更囊括了非洲、美 洲、亞洲、歐洲等來自全球 47 位不同個體的遺傳資 料，繪製更廣泛的人類遺傳變異情況。泛基因組圖譜

有許多樣本來自於 2008 年發起的「千人基因組計畫」

（ 1000 Gemomes Project ）的參與者，此計畫嘗試收集

來自 26 個不同族群樣本，希望盡可能涵蓋人類的遺傳 多樣性。

如果以汽車設計圖來做比喻，過去的人類基因組僅提 供了一款汽車的設計規格，而人類泛基因初稿的揭

露，則一口氣提出了 47 種不同的設計，這讓研究人類 的遺傳學家可以更完整的了解人類的遺傳多樣性。相 對於人類基因組計畫單純的 DNA 序列，泛基因組圖譜

提供了複雜的資訊，在同樣的基因位點上充滿各種可 能性。此外，龐大的資料也將導出不同的分析需求， 遺傳學家將需要重新學習如何進行分析、在基因組各 種可能性間定位，而這最終或許也會徹底改變基因資 料在醫學領域的潛在運用。

HPRC 最終的目標是要在 2024 年中完成 350 人的序列資 料分析。團隊現階段仍在招募研究計畫的參與者，希望 囊括來自世界各地幾乎每個國家的人，為相關研究做

出貢獻。這些資料將使用第三代定序，又稱長讀取定序 技術（ long-read sequencing ）進行讀取，可以一次分析

更長的片段，並且能更容易區分該序列來自哪一個染色 體，因而可以比過往更快獲得基因組的整體資料。

泛基因組潛在的倫理議題

隨著人類泛基因組資料釋出，它的應用潛力令人興 奮，團隊也開始採取更多的措施，以確保遺傳資料的 收集與運用合乎倫理規範。首先，團隊已經承諾不會 收集原住民或者有正式表態反對遺傳樣本收集的民 族。不過，也有研究人員擔心人類泛基因體計畫可能 會重複犯下其他大規模遺傳多樣性專案中普遍存在的 倫理問題。舉例來說， 1990 年代的人類基因組多樣性

計畫（ Human Genome Diversity Project ）與現在進行 中的美國「我們全體」研究計畫（ All of Us Research Program ）就曾因為缺乏與被採樣的群眾充分溝通而受 到批評，也包括少數族裔在這類計畫中通常會有收集 不完整、代表性不足的問題。

此外也有研究人員擔心，由美國國家衛生院（ National Institutes of Health, NIH ）贊助的人類泛基因組資料最 終會像過去一樣，被製藥行業等用於商業用途、讓公 司獲得商業利潤，卻沒有真正貢獻研究參與者以及他 們的社群。

為了解決這些問題， HPRC 團隊中設有倫理小組，將負

責相關知情同意的執行，並且討論這類數據在臨床中 使用該如何監管的議題。 HPRC 處於基因組研究的最前

沿，除了作為人類基因資料的提供者，也需要重新檢視 過往的知情同意系統以及數據開放的方式，避免人類泛 基因組資料可能引發的道德、法律與社會上的爭議。

Nature. https://www.nature.com/articles/ d41586-023-01576-y

新聞來源

1. Liao, W. W. et al . (2023). A draft human pangenome reference. Nature, 617(7960), 312-324.

2. Layal Liverpool. (10 May 2023). First human ‘pangenome’ aims to catalogue genetic diversity.

處理廢水更快更有效

跨校團隊研發高效率分離油水鍍膜

整理報導｜陳亭瑋

油進到水中造成的汙染一直是石化工業、半導體製造 與食品工業所需要處理的問題之一，也讓「油水分 離」成為許多材料、化學、化工等科學家的挑戰。由 臺灣科技大學、臺灣大學、明志科技大學組成的跨校 團隊，近期刊登於《 npj Clean Water 》期刊的一項研 究成果，揭露了一款奈米結構的不銹鋼鍍層搭配有機 膜，可有效用於油水過濾，分離選擇性率超過 99 ％， 具有非常強大應用潛力。

廢水中油滴的大小會決定處理廢水的難易程度，

油滴根據大小可以分成滴徑小於 20 微米（ μ m ）的 乳化油（ emulsified oil ）、滴徑在 20 ∼ 150 μ m 的分

散油（ dispersed oil ）、滴徑大於 150 μ m 的游離油 （ free oil ）。其中滴徑最小的乳化油在與水分離時格 外困難，因為油滴極小、濃度極低、而且乳化的穩

定性較高。處理含油廢水需要兼顧有效率、節能又 經濟，工業常用的分離油水的方法，包括重力分離 （ gravity separation ）、撇油（ skimming ）、溶氣氣浮

（dissolved air flotation）等方法，但是這些方法都難以 有效的處理乳化油，特別是滴徑小於1 μm的乳化油。

臺灣科技大學材料系講座教授朱瑾跨團隊合作，將不

銹鋼鍍層與多種商用有機膜材料結合做測試，包括玻 璃纖維、聚醚碸樹脂（polyether sulfones, PES）、聚偏 二氟乙烯（ polyvinylidene difluoride, PVDF ）、聚四氟

乙烯（ Polytetrafluoroethylene, PTFE ）以及混合纖維素

酯（ Mixed cellulose ester, MCE ）結合。最終發現到混 合纖維素酯濺鍍（ sputter deposition ）上一層金字塔奈

米結構的不鏽鋼鍍層，應用於油水過濾效率極佳。不

鏽鋼的鍍層本身展現出了良好的抗汙染、生物惰性，

且強度、延展性、抗腐蝕性也相當持久。而混合纖維 素酯的超親水表面、水下疏油性以及調節表面孔隙的 能力，均使得混合纖維素酯加上不銹鋼鍍膜有良好的 滲透力。

一般來說，薄膜分離時的孔徑大雖然能提高通量，卻 也會導致分離效率變差，因此水通量與油水分離率存 在著互相權衡的取捨關係。混合纖維素酯與不銹鋼鍍 層每平方公尺每小時通量將近 1600 公升，並且油與水 的分離選擇性超過 99 ％。不只分離效率高、水通量也 大，可說是薄膜分離界的一大突破。更特別的是，混 合纖維素酯與不銹鋼鍍層的真空鍍膜製程可在常溫下 完成，有利於商業化大規模量產，可大幅協助解決工 業油水、廢水的問題，並降低淨化水的成本。

聯合國已經將潔淨水與衛生列為 17 項永續發展目標

（Sustainable Development Goals, SDGs）之一，在循環 經濟的需求之下，研發出高效、節能、壽命長的汙水 處理分離材料是非常重要的議題。研究團隊於新聞稿 中表示，混合纖維素酯加上不銹鋼鍍層的發現，不僅 是首度嘗試，更是現階段突破紀錄的最高分離效率， 未來也將繼續研究，以了解相關應用於半導體產業的 廢溶劑處理的潛力。

新聞來源

Yeh, Y. J. et al. (2023). Tunable nanostructured stainless-steel coating for high-selective and high-permeable separation membranes for oil/ water emulsions. npj Clean Water, 6(1), 17.

興大發表微血管晶片新製程 榮登《材料與設計》期刊封面

整理報導｜陳亭瑋

人體仰賴微血管將氧氣與營養送到身體組織，以維持 正常的生理功能。為研究微血管相關的病理學與生 理學，如炎症、癌症轉移、血管新生、血腦障壁、肺 泡氣體交換等機制，科學家嘗試模擬生物體的結構、 製造立體的仿生微血管網路，作為重要的生物研究平 臺。近期，由中興大學機械工程學系特聘教授王國禎 率領團隊發表了一種模擬體內血管生成的新製程，成 果遠比過往的製程更加精細，製備所得的微血管網 路可應用於藥物篩選。成果刊登於《材料與設計》 （Materials and Design）期刊，並榮登為期刊封面。

微血管系統在不同的器官組織間會有許多不同變化，根 據功能的差異，各器官所分布的微血管也會有各自不同 的特性。舉例來說，肺泡作為氣體交換的重要結構，微 血管直徑平均僅有7.5微米（μm）、長達14.4 μ m ；而腎 小球的微血管配置也與過濾功能有關聯。現階段材料科 學家以晶片模擬微血管的系統，主要以隨機形成的微血 管網絡，或者僅能構建大於 50 μ m 的血管，兩者都不符

合生物體內微血管實際的生長分布狀況。因此，如果成 功開發出可以設定微血管結構，調整細部參數如管徑與 分支的微血管模型，將成為相關研究的重要突破。

有鑑於此，團隊研發出一種全新製程，利用血管內皮細 胞包覆的特性，製備體外的微血管晶片。團隊模仿身體 內血管生成方法，首先在預計形成微血管的部位組建細

胞外空間，讓血管內皮細胞（endothelial cell）有空間可 以形成管道。再採用支架包裹策略（ scaffold-wrapping strategy ），透過軟微影技術（ soft lithography ）先製

造一個纖維蛋白支架（ fibrin scaffold ），然後培養

血管內皮細胞包覆該支架，並且將它封裝在水凝膠

（ hydrogel ）中。在確認血管內皮細胞已經完整包覆 後，就可以應用血纖維蛋白溶解酶（ plasmin ）溶解 纖維蛋白支架，因而留下具有細小血管腔的微血管系 統。使用這種策略生成的微血管管徑小於 30 μ m ，而且 可以根據研究需求設計所需要的結構。由於過程中使 用的纖維蛋白質支架成形簡單，只需透過更改軟微影 技術的遮蔽與光阻厚度就可以增加血管網絡的規模、 減小血管管徑，依據研究的需求做出進一步的調整。

王國禎過去與研究團隊共同開發了多項專利，例如修 飾非平面電極的方法及含有該電極的晶片、粒線體萃 取裝置、可撓防偽標籤的製作方法、無酵素葡萄糖檢 測晶片、用於檢測定量 B 型肝炎病毒的平臺及方法等。

近期團隊發表的微血管晶片新製程將可以應用於藥物 篩選，以了解藥物對於人體血管的穿透性以及相對應 的效用，並作為細胞實驗到動物實驗間的第二道篩選 流程，減少對於動物實驗的依賴性，也有助於篩選與 微血管相容性不佳的藥物，應用的空間十分廣泛，備 受國際矚目。

新聞來源

1. Lin, Y. T. et al. (2023). Fabrication of perfusable microvessel networks by mimicking in vivo vasculogenesis using a novel scaffold-wrapping method. Materials & Design, 227, 111707.

2. 中興大學研發處。（2023年4月24日）。【公關組】興大王國禎教授微 血管晶片研究 獲選《材料與設計》國際期刊封面。中興大學。https:// www.nchu.edu.tw/news-detail.php?id=55433

土星重回「衛星之王」 中研院跨國團隊新發現62顆衛星

土星，在過往一直被認為是擁有最多衛星（ 83 顆）的 「衛星之王」。今（ 2023 ）年 2 月初，卡內基科學研究

所（Carnegie Institution for Science）的科學家新發現12

顆木星衛星，使得木星擁有92顆衛星，數目一舉超過土 星。不過在上（ 5 ）月，土星又重返了太陽系衛星最多 的寶座——臺灣中研院與跨國團隊的聯合研究新發現了 62顆土星衛星，使土星衛星的總數量達到145顆。 團隊在這次的研究中使用了「位移疊圖法」（ shift and stack ），他們追蹤在天空中移動速度相同的衛星，並 增強那些來自更暗衛星的訊號。透過此方式，能觀測 到一般因為太暗而無法成像的衛星。科學家曾將這種

方法使用於探尋天王星與海王星的衛星，這是首次應 用於土星。雖然早在 2019 年團隊 就已經應用此法並有 所發現，但為了確認衛星的存在，團隊花費兩年的時 間比對座落於夏威夷的加法夏望遠鏡（ Canada–France–Hawaii Telescope, CFHT ）在 2019 ∼ 2021 年間收集到 的觀測資料，以衛星繞行土星的多種可能速度進行疊

圖，發現新光點之後再比對過去不同時間套疊的 結

果，終於找出繞行土星運轉的新天體。本次發現的新 衛星共有62顆，最小的衛星直徑僅有2.5公里。

中央研究院天文及天文物理所研究員王祥宇在中央社 的採訪中表示，他們分析這 62 顆新衛星的軌道後發 現，這些新衛星的軌道形狀大多比較橢圓，與土星的 自轉軸較不垂直，更有多顆衛星的軌道形狀十分相 似。而根據衛星軌道傾角的不同，衛星也可以被分 為三種：因努特群（ Inuit group ）、高盧群（ Gallic group ）、諾爾斯群（ Norse group ）。研究團隊推測這

62 顆衛星可能不是在土星形成初期就存在的衛星，而 是有較大的天體經過土星附近時被土星的重力捕捉， 之後又與其他天體發生碰撞，進而分碎裂為多塊，形 成多顆小衛星。此外，也有不少衛星仍處於與行星運 行軌道相反的逆行軌道。

透過衛星軌道的研究，可以幫助天文學家更加了解如 土星這類氣態巨行星系統的演化歷史。目前此研究結 果也已報告國際天文聯合會（International Astronomical Union, IAU），並等待協會進行認證公告。

新聞來源

1. 李亨山（2022年5月13日）。中研院跨國研究新發 現土星62顆衛星 重回太陽系衛星之王。中央社。 https://reurl.cc/Nqzl55

2. 許晉翊（2022年5月13日）。土星再次奪得衛星之 王頭銜，這次可能會撐很久。臺北市立天文科學教 育館。https://reurl.cc/V8y0pN

整理報導｜羅億庭

陽明交大團隊發現腸病毒入侵機制 「代謝物轉運蛋白」替病毒開了門？

整理報導｜羅億庭

最近又到了臺灣腸病毒流行的季節，截至今（ 2023 ） 年 5 月 16 日為止，單週已有近 1 萬 2000 名患者就診， 其中又屬腸病毒 71 型的重症率最為惡名昭彰。近期， 陽明交通大學微生物及免疫學研究所副教授徐嘉琳團 隊意外發現，一種原先被用於協助運輸細胞所需營 養的代謝物，名為「第三型平衡型核苷轉運蛋白」

（ equilibrative nucleoside transporters 3, ENT3 ）的分 子，在轉運過程中在細胞上開了一條通道，細胞的正 常通道反倒成為腸病毒 71 型等病毒可以入侵細胞的破 口，此研究成果目前已刊登於《歐洲分子生物學會報 告》（EMBO Reports）期刊。

ENT3 在人體中負責運輸核苷（ nucleoside ）通過細胞 膜，以支持細胞進行各種生理反應，像是 DNA 與 RNA 合成、能量的產生、信號傳遞等。 ENT3 會大量表現在

免疫系統的巨噬細胞（ macrophage ）中，研究團隊先 前也已經在動物模型中觀察到 ENT3 對於巨噬細胞的運 作平衡有重大影響，更會影響 T 淋巴球的存活。然而包

含腸病毒 71 型與新型冠狀病毒（ SARS-CoV-2 ）在內的 多種病毒，卻能利用 ENT3 的支援補給路線入侵到細胞 質中。團隊的最新研究也發現，如果移除或降低細胞

與小鼠中ENT3的表現，可以有效抑制病毒的複製。

徐嘉琳形容， ENT3 的存在就像是細胞為了運輸必要 養分時開了城門，但病毒也在此時偷偷潛入細胞。她

原先認為， ENT3 可以提供免疫細胞打仗時的代謝補

給，卻沒想到病毒也會利用這條通道藉機入侵細胞。

若是可以關閉通道的門，就可以讓病毒進入細胞後像 是「甕中捉鱉」一般被關在胞內體（ endosome ）中，

無法複製與擴大感染。此外，免疫細胞會在病原體入侵

時促發免疫系統產生干擾素（interferon）以抵禦病毒，

且 ENT3 的表現也受到干擾素調控。但當干擾素釋放使 ENT3的表現提升時，如腸病毒71型與SARS-CoV-2等病 原體也會在此時藉由這個抗病毒機制入侵人體，顯現 了病毒與免疫細胞在進行攻防時的多變性。

免疫細胞在受到感染時會重新調整新陳代謝以抵禦攻 擊，而調整的過程中就需要如 ENT3 的代謝物轉運蛋白

幫助。這項研究也讓科學家發現，代謝物轉運蛋白不 僅只是維持細胞的生理平衡，也參與於病毒與宿主之 間的交互作用之中。由於病毒會持續突變，疫苗、抗 病毒藥物的研發將受到相當大的挑戰，團隊也認為這 項發現——利用代謝物轉運蛋白抑制病毒複製，或許 會是個新的藥物開發方向。

新聞來源

陽明交通大學（2023年5月16日）。科學家發現腸病毒入侵機制 免疫細 胞在前線作戰 病毒卻透過補給路線入侵。陽明交通大學新聞網。https:// www.nycu.edu.tw/news/4745/

（123RF）

成大團隊開發新AI模型 同時預測與設計冷 凍鑄造仿生材料

整理報導｜羅億庭

冷凍鑄造法（freeze casting method）是一種新興的仿生 多孔材料製作法，在仿生領域中常被用來製作仿骨骼 結構。近期，成功大學工程科學系助理教授游濟華帶 領研究團隊利用人工智慧（artificial intelligence, AI）模 型，預測冷凍鑄造法中的冰晶結構生成。團隊解決了 冷凍鑄造法中過程繁雜又充滿不確定性的問題，以 AI 輔助設計冷凍鑄造仿生多孔材料所需的結構。藉由 AI 輔助，可以降低設計與製造過程中耗費的人力與時間 成本、提升成功率，進一步開啟材料設計的新途徑。

此項研究成目前已刊登於《先進科學》（ Advanced Science）期刊中。

游濟華在成功大學的新聞稿中提到，冷凍鑄造法中 「冰晶結構的生成」是製造仿生多孔洞材料結構的關 鍵。以此法製造出的仿生多孔洞材料可運用於生醫骨

材等生物材料領域，此外也能作為油水過濾、空氣過 濾等環保用途。不過無論是設計冰晶生成趨勢或生成 後的鑄造，至今都仍要耗費大量人力和時間，而且變 數極大。即使國內外皆有團隊投入將 AI 導入冷凍鑄造 法的相關研究，但大多數團隊做的都是預測——提供

AI 各種溫度、速度等條件，藉此預測冰晶結構生成

的結果。而游濟華團隊本次製作的 AI 模型除了深度

學習（ deep learning ）外，還應用了「增強式學習」

（ reinforcement learning ）。這使得 AI 模型具有設計能

力，只要輸入指令說明要製作的孔洞結構，此模型就 能設計出符合結果所需要的各種條件。

透過這項結合預測與設計的 AI 模型，將能夠大幅加速 冷凍鑄造法中冰晶結構的設計過程。在過往，即使是 有經驗的設計者至少也要花費五小時，才有可能設計

出一個冰晶結構的生長趨勢，然而 AI 模式僅需要 2 ∼ 3 分鐘即可大功告成。至於運算成本方面，一般的電腦 計算若需要兩分鐘， AI 只要花費兩秒就能完成所有運 算作業。

研究團隊前後耗費約一年時間才完成此項研究。此 外，團隊也遇到不少挑戰，例如找不到現成適合的 AI 模型框架可以使用，必須開發符合研究需求的全新模 型架構、設計演算法等。而要如何有效整合與控制溫 度、速度、攪拌時間等參數，則是他們遇到的另一項 難關。現在的冷凍鑄造仿生多孔洞材料、孔洞結構都 是朝同一方向生成，研究孔洞結構的不同生成方向、 探討添加材料等都是值得深入的議題。未來，團隊將 繼續探索AI在材料方面的應用、研究更先進的技術。

冷凍鑄造的鋁。

（Alichtner, CC BYSA 3.0, Wikimedia Commons）

新聞來源

孟慶慈（2023年5月18日）。成大研究團隊「預測＋設計」AI模型　開啟 冷凍鑄造仿生材料設計新途徑。國立成功大學新聞中心。https://reurl.cc/ a162kD

找出能殺死老化細胞

的抗衰老藥物 編譯｜羅億庭

美國專注於以合成生物學技術與人工智慧（ artificial intelligence, AI ）進行抗衰老研究的生技公司 Integrated Biosciences，近期在《自然老化》（Nature Aging）期刊 上發表了一篇他們與美國麻省理工學院（ Massachusetts Institute of Technology, MIT）及麻省理工－哈佛布洛德 研究所（Broad Institute of MIT and Harvard）共同執行 的研究。該研究團隊以 AI 篩選超過 80 萬種小分子化合 物，最終找出三種具有更優秀藥物化學性質的新型抗 衰老候選藥物（senolytic）。

「抗衰老藥物」指的是一種能選擇性誘導已經不再分 裂的衰老細胞走向細胞凋亡（ apoptosis ）或是程序性

死亡（ programmed cell death ）的化合物，藉由清除衰 老的細胞延緩、阻止甚至是逆轉老化相關疾病。目前 已經有一些關於抗衰老藥物的研究，儘管它們在臨床

上的結果很值得期待，但大多數抗衰老藥物都出現生 體可用率（ bioavailability ） 〔註〕差與產生不良副作用 等問題。在這次的新研究中， Integrated Biosciences 的 研究人員以實驗生成的數據訓練深度神經網路（ deep neural networks ），預測每一個候選小分子的抗衰老 活性。透過 AI 模型，它們從超過 80 萬種分子中找出 三種有效且針對衰老細胞選擇性高的抗衰老化合物。

這三種分子以口服方式使用時皆顯示出高度的生體可 用率，而在毒性概況（ toxicity profiles ）中的溶血性

（ hemolysis ）、遺傳毒性（ genotoxicity ）的試驗中也 顯示了它的可利用性。

〔註〕藥品的有效成分被人體吸收進入全身血液循環 或作用部位的速率（rate）與程度（extent）指標。

在結構與生化分析結果中顯示，這三種化合物都與一 種調節細胞凋亡的蛋白質「 Bcl-2 」結合。此外，在 動物實驗測試其中一種抗衰老藥物分子的效果時，也 發現藥物能清除年齡約 80 週大的小鼠（相當於 80 歲人 類）身上的衰老細胞，並降低小鼠腎臟中與衰老相關 的基因表現量，延緩小鼠老化。

Integrated Biosciences的聯合創辦人表示，這些數據說明 了科學家可以透過電腦模擬探索化學的空間，並成功找 出多種可能具有療效的抗衰老候選藥物。 MIT 醫學工程 與科學教授柯林斯（ James Collins ）也認為，這項工作 說明了AI可以如何被應用於醫學中，使科學家找出解決 衰老的更有效療法。未來，研究團隊也將持續應用此AI 模型，推動抗衰老、長壽等領域的相關研究。

新聞來源

1. Ten Bridge Communications. (May 8 2023). Artificial intelligence identifies anti-aging drug candidates targeting 'zombie' cells. Phys.org. https://reurl.cc/lDLRal

2. Wong F. et al. (2023). Discovering small-molecule senolytics with deep neural networks. Nature Aging

美國生技公司運用AI

編譯｜羅億庭

美國航空暨太空總署（ National Aeronautics and Space Administration, NASA ）使用凌日系外行星巡天衛星 （Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS），以及目 前已退役的史匹哲太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope, SST ）留下的資料，找到了一顆大小與地球相似、上頭 布滿火山的系外行星。這顆行星名為「 LP 791-18 d 」 （簡稱 d 行星）。科學家推測它可能和太陽系中火山活 動最頻繁的天體——木衛一（ Io ，埃歐）一樣，曾經發 生過多次的火山爆發事件。目前該篇論文已發表於《自 然》（Nature）期刊。

來自加拿大蒙特婁大學（ University of Montreal ）特羅 蒂爾系外行星研究所（ Trottier Institute for Research on Exoplanets, iREx ）的研究團隊表示， d 行星圍繞一顆位 於南天星座（southern constellation）、距離我們90光年 遠的小顆紅矮星（ red dwarf ）——巨爵座（ Crater ）運 行。由於 d 行星上出現的潮汐鎖定（ tidal locking ）現 象，團隊得以知道它一直以同一面對著巨爵座運轉。

雖然此種運行方式可能導致 d 行星的白天太熱，使液態

水無法存在於地表上，但發生在 d 行星的大量火山活動 數量或許可以維持此行星的大氣層，讓水分子有機會 在夜間凝結。

天文學家在過去的研究中，已經發現此系外行星系統 的另外兩個世界：LP 791-18 b（簡稱b 行星）、LP 79118 c （簡稱 c 行星）。其中， b 行星的大小約比地球大 20 ％； c 行星的大小約是地球的 2.5 倍，質量則是地球的 七倍。而本次新發現的 d 行星與 c 行星彼此的距離相當 近，使得 d 行星每次靠近 c 行星時都會受到它的重力牽 引，因此 d 行星的運行軌道略呈現橢圓形。每當 d 行星 繞著紅矮星轉動時，星體也都會產生輕微的形變，這 種星體變形將產生足夠的內部摩擦以持續加熱行星內 部，並在行星表面產生火山活動。木星與它的一些衛 星也是這種類似的方式影響木衛一。

D 行星位於移居帶的內緣 〔註〕 ，如果它確實如同研究 團隊推測般具有地質活躍性，它就有可能維持住大氣 層，且星球上的夜間溫度可能會下降，足以讓水凝結 在地表上。科學家後續將進一步以詹姆斯．韋伯望遠 鏡（ James Webb Space Telescope, JWST ）觀察 c 行星， 未來也不排除以JWST觀察d行星的大氣。

〔註〕科學家假設位於移居帶的行星與它對應恆星的 距離適當，恰好使液態水可能存在於行星表面。

新聞來源

1. Kazmierczak J. (May 17 2023). NASA’s Spitzer, TESS Find Potentially Volcano-Covered Earth-Size World. NASA. https://reurl.cc/VLpgby

（

2. Peterson, M.S. et al. (2023). A temperate Earth-sized planet with tidal heating transiting an M6 star. Nature

NASA找到一顆遍布火山、大小接近地球 的系外行星

以藝術角度繪製，上面充滿火山的 d 行星。

NASA’ s Goddard Space Flight Center/Chris Smith (KRBwyle)）

近期一篇發表於《科學》（ Science ）期刊的研究指出， 全球超過 50 ％大型湖泊中的水資源正在流失，而罪魁 禍首絲毫不令人意外——愈來愈暖的氣候與人類的資 源消耗。

該篇論文的主要作者、同時也是 CIRES （ Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences ）〔註〕 訪問學者、現任維吉尼亞大學（University of Virginia） 氣候研究員的姚芳芳（ Fangfang Yao ，音譯）表示，其

實這並不完全是一項令人沮喪的消息。因為此消息代 表科學家、水源管理者等組織已經發展出可以追蹤湖 泊蓄水趨勢的方法，未來也就可以找出背後的原因，

更深入了解如何用更好的方式保護關鍵水資源，以及 重要的區域生態系統。

〔註〕CIRES 是由美國國家海洋和大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA） 與科羅拉多大學博爾德分校（University of Colorado Boulder）合作發起的研究機構，研究範圍包括天氣和 氣候、地球南北極的變化、空氣品質和大氣化學、水資 源、固體地球科學等領域。

自從發現到地球上一些大型水體，如中亞哈薩克與烏 茲別克中間的鹹海（ Aral Sea ）逐漸乾涸的警訊後， 姚芳芳和來自科羅拉多大學博爾德分校、美國堪薩斯 州立大學（ Kansas State University ）、法國和沙烏地 阿拉伯的團隊，便共同打造了一種能測量湖泊、水庫 等水體水位的技術，追蹤近 2000 個（占全球總蓄水量

地球上超過50％大型湖泊中的水資源正在 流失 編譯｜羅億庭

阿根廷中北部的奇基塔湖。（Kornoise, Public Domain, Wikimedia Commons）

95 ％）地球上最大湖泊、水庫的水位變化。團隊在這 次的研究中，也首次將水位變化的量測結果結合衛星 在 1992 ∼ 2020 年這 30 年來收集的 25 萬張照片，綜合評 估全球湖泊的儲水量變化趨勢及驅動儲水量改變的可 能因素，量化並歸因出全球湖泊的蓄水趨勢。而針對 沒有長期水位紀錄的湖泊，團隊則使用衛星上較新的 儀器測量近期的水體，並將這些近期的水位數據與衛 星長期的面積測量數據結合，推算、重建出過往幾十 年前的湖泊體積。

分析比對上述各項資料後，團隊發現全球有 53 ％的 湖泊蓄水量下降了。為了解釋天然湖泊水位消長的趨 勢，他們也利用水資源與氣候數據建立模型，觀察到 氣候變遷、人類的用水量主要影響了全球約 100 個大湖 泊的容積與水量減少，例如阿根廷中北部的奇基塔湖 （ Mar Chiquita ）。此外，團隊也發現無論是在全球的 乾燥或潮濕地區，湖泊體積都在減少，且乾旱出現的 情況比之前更加普遍，約有 2 ／ 3 的大型水庫出現嚴重 的水資源流失。

論文共同作者、同時也是 CIRE 研究員、科羅拉多大 學博爾德分校工程學系副教授利文（ Ben Livneh ）表

示，造成全球水庫儲水量下降的主因在於水庫中的沉 積物。在一些歷史悠久（ 1992 年以前就開始蓄水）的 水庫中，沉積物的影響甚至比水庫遭遇到乾旱或強降 雨等事件更為嚴重。另一項發現則是雖然全球大多數 湖泊有縮小的趨勢，但卻有 24 ％的湖泊蓄水量顯著增 加，而這些蓄水量增加的湖泊位於青藏高原內陸和北 美大平原北部人口稀少的地區，以及長江、湄公河、 尼羅河流域等新水庫地區。

研究團隊估計，世界上約有 1/4 （約 20 億）人口居住

於乾涸的湖泊流域，顯示將人類消費、氣候變遷、沉 積物等影響納入永續水資源管理有一定的必要性。此 外，各國政府也需要調整和探索新的政策以減少大規 模的水資源下降，如位於亞美尼亞的塞凡湖（ Lake Sevan ）蓄水量之所以能在過去 20 年內增加，就是與該 國在2000年代初期執行的取水保護法有關。

新聞來源

1. CIRES. (May 18 2023). Satellites reveal widespread decline in global lake water storage. CIRES. https://reurl.cc/4oggNV

2. Yao F. et al. (2023). Satellites reveal widespread decline in global lake water storage. Science, 380(6646), 743-749.

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