「中國製基因編輯寶寶」誕生震驚全球!這是邪惡科技,還是人類的醫療福音?
「中國製基因編輯寶寶」誕生震驚全球!這是邪惡科技,還是人類的醫療福音?

本文摘自《AI創世紀》,寶鼎出版

狼瘡是自體免疫系統攻擊體內組織與器官所導致的疾病,這種疾病一開始很容易造成誤診,要到體內器官受到了嚴重損害才進行治療,對患者而言是很悲哀的事情。我最近和HealthTell創辦人比爾・科爾斯頓(Bill Colston)談到醫學界對此疾病的診斷現況,以及將來人工智慧如何增強這方面的能力。

HealthTell的技術已經從原本相對簡單的基因檢測躍升為診斷測試(diagnostic test),能夠廣泛地檢驗免疫系統的狀況。

「以今日的診斷來講,人不是『生病』就是『健康』這二種狀態,」科爾斯頓解釋說。「要是生病了就去看醫師。但我們發現這並不是疾病的進程。疾病是經過一段長時間的演變,然後身體開始抵抗疾病,等到疾病占了上風,人就生病了。我覺得AI系統若是能預測人何時會落在這段從健康到生病的進程,就真的會變得很有意思。」

他認為系統所提供的資訊,可讓病患有能力在被疾病擊倒前先一步做出改變。自體免疫疾病就像很多文明病一樣,只要及早因應,便能制敵機先。

別怕!醫師不會被取代,反而診斷更精準

科爾斯頓所說的系統可能要十年後才會出現,但是從IBM的華生系統已經可以看出一些端倪,該系統正是使用人工智慧來加強診斷(diagnostic)。不過,這種能夠將科爾斯頓的技術發揮到極致的系統,有一個很大的障礙致使它難以落實,那就是資料太少。

舉例來說,AI應用於自駕車領域之所以成效斐然,是因為內嵌在車體內外及周遭環境中的感測器可即時產生數千筆測量資料。但是就人體來說,我們尚無法取得足夠的資料點來預測身體未來的狀況,也沒有清楚明確的結果可用來訓練AI系統。先開發出測量系統乃HealthTell當務之急的挑戰,而科爾斯頓的技術也已經準備好應戰。誠如深度學習演算法的例子所顯示的,一旦有了足夠的資料,也就是針對足夠的大量人口測量一段長時間後,就可以收集到深度與廣度兼具的資料,好透過機器學習來求得精準的診斷結果。

科爾斯頓所憧憬的AI未來,不會有醫師完全被電腦取代這回事,而是AI用豐富的資訊來增強人類智慧。

AI有了大陣仗的智慧型感測器和掌握各種療法之後,就能夠提供持續性的縱向資料,供醫師做出精準的診斷,」科爾斯頓表示。「這使得醫師更容易判斷病人究竟何時應該來做治療。現今診斷疾病的方式還是很粗略,醫師想必一定很高興可以接觸到更多這一類資訊。」

科爾斯頓深信,使用尖端的AI診斷系統可以扭轉這種趨勢,提升一些基本層面的效率,讓主治醫師有更多時間瞭解病患,因為AI系統可輔助他們解讀複雜的資料,同時又能讓他們將這些資料與其他有類似症狀的病患做比較。

當然,就和其他很多領域會面臨到的狀況一樣,醫學界利用AI增強人類能力也引發了社會的焦慮。有人害怕醫學界的人性因素,也就是實際的照護與治療工作會被冷冰冰的科技方案取代。科爾斯頓曾在美國負責核子武器設計的二大單位之一「勞倫斯利弗莫爾國家實驗室」(Lawrence Livermore National Laboratory)擔任研究員20年,負責設計能夠打擊生化恐攻活動的技術。有了設計新反恐技術的經驗,使他堅信社會對AI的恐懼都是受到誤導所致。

驚奇!將基因「剪下貼上」,進程已10年有成

基因定序和創新診斷技術將AI變成解碼器,揭開人類的生物基因,就像HealthTell。其中最顯著的莫過於最近在基因編輯方面的發展,譬如CRISPR-Cas9 的運用。這門技術可以讓科學家將修飾蛋白質(modified protein)注入人體以剪切基因,作用跟剪刀差不多,然後再重新建構基因。2016年10月28日,中國四川大學的研究人員抽出人類免疫細胞,並使用這種CRISPR技術加以編輯,把防止身體攻擊健康細胞的基因「挑出來」。他們把該基因「剪下來」後,再將細胞重新注入肺癌患者體內,目的是希望這些編輯過的細胞可以專門攻擊癌細胞。

科學家後來跳過結構簡單的細菌,利用這已有十年歷史的發現來編輯DNA序列。此時此刻,就在中國科學家搶頭香之後,人類已經可以開始編輯自己的基因了。

1997年出版的《潛水鐘與蝴蝶》(The Diving Bell and the Butterfly)一書,把閉鎖症候群這種只剩精神敏感度尚存的全身癱瘓性疾病,描繪得既淒楚又美麗,並在2007年改編成電影,由朱利安・許納貝(Julian Schnabel)執導,榮獲多項大獎。這個由記者兼時尚總監尚-多明尼克・鮑比(Jean-Dominique Bauby)所寫的自傳故事,詳述了他和閉鎖症候群搏鬥的過程,以及他只靠左眼的眨眼模式來寫作的驚人能力。

然而,游標和電腦最新近的發展,卻完全拋開了眨眼機制與轉譯人員。那位外界只知道她叫「HB」的女士,改在頭蓋骨底下植入電極。雖然這些電極並沒有穿入腦部組織,卻足以接觸HB的大腦,精準反映她的腦波活動。外科醫師把HB頭蓋骨底下的電極連結到她胸腔內的裝置,而該裝置具有無線連線能力,可以連線到平板電腦。

沒有邪惡的科技,只有錯誤的應用

機器學習演算法總算有能力區分HB的貝塔(beta)和伽瑪(gamma)腦波,進而學會哪一種腦部活動和捏捏手指這類小型動作行為是相互關聯的。HB在這種演算法的輔助之下,沒多久就能夠單用意念來移動平板電腦上的游標。研究人員在HB的平板螢幕置入大大的字母表,她只要「想一想」點按滑鼠的感覺,就可以單靠意念選取不同的字母。機器學習認出她的意圖之後,會在螢幕上將她的選擇記錄下來,以一分鐘一、二個字母的速度慢慢辨讀出來。HB現在已經能夠與外界溝通,不再閉鎖在自己的身體裡了。

不管是用機器學習幫助人類擺脫不明疾病的磨難,或是透過基因編輯技術來修改人類的細胞,抑或是探觸神經訊號並利用機器學習讓閉鎖症候群患者脫離身體的桎梏,AI都一定會在接下來的數十年更進一步推升醫療技術。

爭議是少不了的,倫理層面的探討也有其必要,比方說擔心出現「設計嬰兒」(designer baby,即基因工程嬰兒)、有可能產生「超人類物種」(superhuman species)的風險,或單純因為神經裝置被駭而導致始料未及的後果等等。然而,雖說免不了有這些憂慮,但如果因此躊躇於追求AI技術的提升,便等於把社會駛向錯誤的方向。科技與科學就是自然會出現;換句話說,思想會不斷地進步,突破後必然再創突破。

正如比爾・科爾斯頓所指出的,「就是擔心不知道某種技術會有什麼特殊應用,所以更不能放慢進步的速度。無論是何種應用方式,終究都會出現,因為某個地方的某個人一定會發明它,因此最好的辦法就是控制它、駕馭它,趁早善加利用那些應用做法。科技本身絕對不邪惡。

關鍵字: #人工智慧
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突破摩爾定律極限!台灣奈微光用矽光子技術打造「會聞的晶片」,開創感測新藍海
突破摩爾定律極限!台灣奈微光用矽光子技術打造「會聞的晶片」,開創感測新藍海

在後摩爾定律時代,台灣奈微光不僅是開發出一款新晶片,更在於證明了創新不必只沿著摩爾定律持續追求製程極限,採取橫向發展同樣能找到市場著力點,台灣奈微光正運用 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)製程,打造出全球少見、能「嗅聞」世界的感測平台,這場從臺大實驗室技術啟程的冒險,正讓臺灣半導體產業看見另一條通往未來的道路。

跨足大健康與車用,奈微光用矽光子打造感測新藍圖

台灣奈微光所研發的矽光子感測晶片樣品,針對多波段應用所設計的多樣化解決方案。
台灣奈微光所研發的矽光子感測晶片樣品,針對多波段應用所設計的多樣化解決方案。
圖/ 數位時代

正當全球半導體產業競相投入奈米級製程競賽,追求更小、更快的晶片時,台灣奈微光卻選擇了一條截然不同的道路。「我們的核心技術就在於光子 IC 設計。」台灣奈微光董事邱俊榮說明,他們所做的是「光的晶片」,與傳統專注於電子電路的 IC 完全不同。

長久以來,市場上若要製造中長波紅外光的光源,普遍會採用化合物半導體。然而,化合物半導體不僅成本高、良率較低,且在光譜調控上存在不少挑戰,台灣奈微光則突破性地利用 CMOS製程,直接從矽基底打造出中長波紅外光光源,顛覆了以往的作法。

邱俊榮強調,這都要歸功於臺灣半導體 CMOS 製程的高度成熟與優異良率,讓台灣奈微光能在成本上取得絕對競爭力,打破中長波紅外光技術高昂的門檻。「我們是透過 CMOS的半導體製程設備,把晶片延伸到矽光子光源與矽光子感測器。」他指出,「這就是台灣奈微光最核心的差異化。」台灣奈微光的矽光子技術,也催生出最具顛覆性的應用──微量氣體的連續偵測。傳統上,偵測微量氣體多依賴大型設備,或是藉由薄膜與電化學感測器,體積龐大、造價不菲,且難以持續監測,必須等待薄膜變化才能得到數據,台灣奈微光則運用中長波紅外光,透過氣體吸收特定波長時產生的能量變化,實現即時且連續的濃度偵測。

在應用面,台灣奈微光鎖定「大健康」與「汽車」兩大領域:希望未來能將這項技術導入智慧衣等穿戴裝置,持續監控呼吸與體內氣體變化,也可應用於電動車市場,偵測鋰電池異常釋放的氣體,為車輛安全嚴格把關。

挑戰摩爾定律侷限橫向創新,打開感測市場新局

台灣奈微光持續以矽光子技術挑戰摩爾定律的侷限,開創感測市場新局,展現臺灣半導體橫向創新的實力與決心。
台灣奈微光持續以矽光子技術挑戰摩爾定律的侷限,開創感測市場新局,展現臺灣半導體橫向創新的實力與決心。
圖/ 數位時代

這項突破性的感測能力,也展現出台灣奈微光對半導體產業發展脈絡的深刻洞察,傳統的半導體產業長期依循摩爾定律,追求單位面積內電晶體數量的極大化,也就是線寬持續縮小、功能不斷堆疊,屬於典型的「縱深式」發展,然而,隨著製程推進至1奈米世代,單台曝光機設備高達4億美元,資本支出急遽膨脹,物理極限與成本效益成為產業面臨的重大挑戰。

台灣奈微光選擇另闢蹊徑,他們將半導體製程的應用「橫向」擴展。邱俊榮指出,即便在傳統 IC 領域中,微米級製程線寬早已鮮少被提及,但在感測器等應用領域依然蘊藏廣大潛力,台灣奈微光正是運用這些「尚未被徹底開發」的微米級製程,結合自家的矽光子技術,開發出光源與感測器晶片,創造全新的應用價值,這意味著,臺灣半導體產業不只在奈米級製程領域具備領先地位,還能進一步將既有資產延伸至更多元的應用場景,而不必一味追逐最先進的製程節點。

「我們不是照著摩爾定律的方向往下挖掘,而是打開另一種可能,只要做一些物理上的調整,就能產生中長波的光源,還能偵測中長波紅外光,甚至在同一顆晶片上就可同時偵測到紫外光。」邱俊榮強調,這正是對半導體生命週期的延伸。他也提到,台灣奈微光的目標並非爭奪市場,而是藉由技術替換,協助既有產品升級、實現價值加值(value-add)。

不過,若要讓這項劃時代的光感測技術真正落地並普及至廣大市場,仍需面對商業化與規模量產的多重挑戰。為了推動晶片功能從單一走向多元,並提升其多波段的精確調控能力,台灣奈微光申請了經濟部產業發展署所推動的「驅動國內 IC 設計業者先進發展補助計畫」(簡稱晶創IC補助計畫),期望加速技術成熟與市場部署。

AI時代新戰局,台灣奈微光技術應用的無限可能

此計畫的核心目標,是讓單一晶片實現「多波段(multi-band)有效控制的微分辨識」。過去,台灣奈微光所開發的晶片多以單一功能為主,而透過晶創 IC 補助計畫的資源,將協助他們推進晶片功能的多元化。

這項技術的挑戰,在於如何精準控制多個光譜的發射。邱俊榮形容,以前的設計就像一次將所有光譜全部釋放,現在則能做到「要A動、BC不動」或「C動、AB不動」等更細膩的調控,要達成這種「誰要動、誰不動」的精準控制,必須增添新的光罩設計與更複雜的驅動機制,雖然這意味著更高的開發成本,但能顯著簡化後端機構,加速產品量產與推向市場的進程。

台灣奈微光預計在2026年6月前完成這項技術開發進入投片階段。儘管從投片到實際市場落地仍需時間,但他們已開始與紡織、電動車鋰電池、半導體廠房氣體偵測等產業客戶溝通布局,力求縮短市場開發週期。同時,在迎接AI的時代,數據品質與廣度更是關鍵。邱俊榮認為,台灣奈微光的矽光子感測技術,能為AI提供更精確、即時與連續的數據。透過晶片同時測量多種身體參數並實現每秒連續偵測,將提供豐富且精準的「身體密碼」數據,不僅能協助AI進行更深入的演算找出過去未能捕捉的變化規律,更將賦能AI在大健康等領域做出巨大貢獻。

目前,台灣奈微光正積極與半導體廠房氣體偵測廠商、大健康品牌客戶及跨產業夥伴合作。展望未來,台灣奈微光不僅要透過晶創IC補助計畫將晶片功能多元化,更將持續深化技術,證明台灣半導體產業不只在極限製程上領先,更能橫向開拓無限的市場潛力,為全球帶來前所未有的感測應用突破。

|企業小檔案|
● 企業名稱:台灣奈微光
● 董事長:張坤昱
● 核心技術:CMOS製程的先進矽光子光源晶片模組與感測晶片模組
● 資本額:新臺幣4.5億元

|驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫簡介|
在行政院「晶片驅動臺灣產業創新方案」政策架構下,經濟部產業發展署透過推動「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」,以實質政策補助,引導業者往AI、高效能運算、車用或新興應用等高值化領域之「16奈米以下先進製程」或「具國際高度信任之優勢、特殊領域」布局,以避開中國大陸在成熟製程之低價競爭,並提升我國IC設計產業價值與國際競爭力。

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