這次不寫AI圍棋紀錄,DeepMind拿下「蛋白質預測」冠軍
這次不寫AI圍棋紀錄,DeepMind拿下「蛋白質預測」冠軍
2018.12.04 | Google

曾經靠Alpha Go、Alpha Zero在圍棋界大殺四方,Google旗下的DeepMind公司又有最新戰果,以人工智慧「AlphaFold」程式,在98位參賽者中,拿下國際蛋白質3D結構預測競賽(CASP)的第一名。

值得注意的是,AlphaFold在43種蛋白質中,成功預測出其中25種蛋白質的精確結構,但在同類別比賽裡排名第二的隊伍,只預測出其中三種。

正如我們已經看到AI能幫助人類掌握複雜的遊戲一樣,我們同樣希望有一天,AI的突破會幫助人類掌握最根本性、重要的的科學問題。 」DeepMind 共同創辦人兼執行長傑米斯.哈薩比(Demis Hassabis)說。

為什麼要「預測」蛋白質?

蛋白質是維持生命所必須的大型複雜分子。

DeepMind解釋,舉凡身體能執行的各項功能:收縮肌肉、感知光線、將食物轉化為能量,都跟一種或多種蛋白質的運動和變化有關。而這些蛋白質的「配方」——基因,被編碼在人體的DNA中。

而蛋白質的作用,取決於它獨特的3D結構。

例如,膠原蛋白的形狀像繩索,能在軟骨、韌帶、骨骼和皮膚之間傳遞張力;構成人體免疫系統的蛋白則是「Y」型,長得像鉤子,能夠檢測和標記致病微生物,鎖定並消滅病毒和細菌。

換言之,若能預測蛋白質形狀,有助於理解其在體內的作用,以及診斷和治療被認為是由錯誤摺疊的蛋白質引起的疾病,如阿茲海默症、帕金森氏症等。

但,這項挑戰已經持續了幾十年。

根據《衛報》報導,人體可以製造大量不同的蛋白質,估計從幾萬到幾十億不等。每一種都是一個胺基酸鏈,其中有20種不同的類型。一種蛋白質可以在每一個胺基酸之間扭曲和彎曲,因此一種含有數百個胺基酸的蛋白質有可能呈現出驚人數量的不同結構,「例如1後面跟著300個零。」

AlphaFold
AlphaFold透過神經網路預測蛋白質結構,和傳統以核磁共振、X光的實驗室方法有很大不同。
圖/ DeepMind

AI改變了蛋白質預測方式

DeepMind表示,在過去50年裡,科學家們在實驗室中透過核磁共振或X光等技術來確定蛋白質的形狀,但是每種方法都依賴於大量的嘗試和錯誤,且需要花費數年時間、數萬美元。這也是為什麼,生物學家開始透過人工智慧來替代改變這些漫長而費力的過程。

AlphaFold並沒有以過去的蛋白質3D結構為模版,而是試圖從零開始,訓練神經網路透過蛋白質的遺傳序列,預測蛋白質的物理特性,包含:胺基酸對之間的距離、連接這些胺基酸的化學鍵之間的角度。

他們先訓練了一個神經網路,來預測蛋白質中每對殘基之間的距離分布。然後,還訓練了一個單獨的神經網路,可透過使用所有距離的總和來估計這些結構離正確答案有多近。

雖然,這些預測蛋白質摺疊的成果令人興奮,證明了人工智慧對科學研發的效果。不過DeepMind知道,在能夠對治療疾病、環境等議題產生「可量化的影響」之前,他們還需要繼續努力。

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科技創新守護海洋!犀牛盾以循環創新思維破解塑膠危機、賦能永續未來
科技創新守護海洋!犀牛盾以循環創新思維破解塑膠危機、賦能永續未來

全球每年約生產4億噸塑膠垃圾,只有不到10%有被回收,其中約有1100萬至1400萬噸最終流入海洋。在十分有限的回收量中,約 8 成來自相對單純、流程完整的寶特瓶回收;反觀,同樣是高頻消費品的手機配件,回收率卻不到 1%。這個現象,對長期從事材料研究的犀牛盾共同創辦人暨執行長王靖夫來說,是他反思事業選擇的開端,也是突破的轉捩點。

「手機殼產業其實是塑膠產業的縮影!」他在2025 亞馬遜港都創新日的專題演講上直言。手機殼本質上類似一種快時尚商品,每年有超過十億個手機殼被製造,但產業並未建立材料規範,多數產品混用多種複合塑膠、填料與添加物,既難拆解、也沒有回收機制。結果是,一個重量相當於超過二十個塑膠袋的手機殼,在生命周期終點只能被視為垃圾。

王靖夫指出,連結構複雜的資訊科技產品,回收率都能達 45%,但手機殼明明是最簡單、最應該回收的產品,為什麼無法有效回收?這個命題讓他意識到,與其只做手機殼,不如正面處理塑膠問題本身,從材料設計、製程到後端回收再生,開創循環之道。

犀牛盾共同創辦人暨執行長王靖夫於2025 亞馬遜港都創新日分享犀牛盾如何回應塑膠挑戰、開創循環模式。
犀牛盾共同創辦人暨執行長王靖夫於2025 亞馬遜港都創新日分享犀牛盾如何回應塑膠挑戰、開創循環模式。
圖/ Amazon Web Services 提供

以材料工程打造手機殼的循環力

若塑膠要進入循環體系,前提是「材料必須足夠單純」。王靖夫很快意識到,問題不在回收端,關鍵在最開始的設計端。多數手機殼由多款不同塑膠、橡膠件甚至金屬等複合材料組成,無法被經濟化拆解,也難以透過現有流程再製。為此,犀牛盾在2017年起重新整理產品線,希望借鑑寶特瓶成功循環的經驗,擬定出手機殼應有的設計框架。

新框架以「單 1 材料、0 廢棄、100% 循環設計」為核心,犀牛盾從材料工程出發,建立一套循環路徑,包括:回收再生、溯源管控、材料配方、結構設計、循環製程、減速包裝與逆物流鏈等,使產品從生產到回收的每一階段,皆與核心精神環環相扣。

王靖夫表示,努力也終於有了成果。今年,第一批以回收手機殼再製的新產品已正式投入生產,犀牛盾 CircularNext 回收再生手機殼以舊殼打碎、造粒後再製成型;且經內部測試顯示,材料還可反覆再生六次以上仍維持耐用強度,產品生命週期大大突破「一次性」。

另外,今年犀牛盾也推出的新一代的氣墊結構手機殼 AirX,同樣遵守單一材料規範,透過結構設計打造兼具韌性、耐用、便於回收的產品。由此可見,產品要做到高機能與循環利用,並不一定矛盾。

犀牛盾從材料學出發,實現全線手機殼產品皆採「單 1 材料」與模組化設計,大幅提升回收循環再生效率。
犀牛盾從材料學出發,實現全線手機殼產品皆採「單 1 材料」與模組化設計,大幅提升回收循環再生效率。
圖/ 犀牛盾

海上掃地機器人將出海試營運

在實現可循環材料的技術後,王靖夫很快意識到另一項挑戰其實更在上游——若塑膠源源不斷流入環境,再強的循環體系也只是疲於追趕。因此,三年前,犀牛盾再提出一個更艱鉅的任務:「能不能做到塑膠負排放?」也就是讓公司不僅不再製造新的塑膠,還能把已散落在環境中的塑膠撿回來、重新變成可用原料。

這個想法也促成犀牛盾啟動「淨海計畫」。身為材料學博士,王靖夫將塑膠問題拆為三類:已經流落環境、難以回收的「考古塑膠(Legacy Plastic)」;仍在使用、若無管理便會成為下一批廢棄物的「現在塑膠(Modern Plastic)」;以及未來希望能在自然環境中真正分解的「未來塑膠(Future Plastic)」。若要走向負排放,就必須對三個路徑同時提出技術與管理解方。

其中最棘手的是考古塑膠,尤其是海洋垃圾。傳統淨灘方式高度仰賴人力,成本極高,且難以形成可規模化的商業模式,因此無法提供可持續的海廢來源作為製造原料。為突破這項瓶頸,犀牛盾決定自己「下海」撿垃圾,發展PoC(概念驗證)項目,打造以 AI 作為核心的淨海系統。

王靖夫形容,就像是一台「海上的掃地機器人」。結合巡海無人機進行影像辨識、太陽能驅動的母船作為能源與運算平台,再由輕量子船前往定位點進行海廢收集:目的就是提升撿拾效率,同時也累積資料,為未來的規模化建立雛形。

從海洋到河川,探索更多可能

淨海計畫的下一步,不只是把「海上的掃地機器人」做出來,王靖夫說:「目標是在全球各地複製擴張規模化、讓撿起的回收塑膠真正的再生利用。」也就是說,海上平台終究要從單點示範,走向可標準化、在不同海域與國家部署的技術模組,持續穩定地把海廢帶回經濟體。

犀牛盾CircularBlue™海洋廢棄物過濾平台初號機將出海試營運,盼解決沿岸海洋廢棄物問題。
犀牛盾CircularBlue™海洋廢棄物過濾平台初號機將出海試營運,盼解決沿岸海洋廢棄物問題。
圖/ 犀牛盾

他進一步指出,「其實這套系統不限於海洋,也可以在河川上。畢竟很多海洋垃圾是從河流來的。」未來若能推進到河川與港灣,將塑膠在進海之前就攔截下來,不僅有助於減少海洋污染,回收後的材料也更乾淨、更適合再生,步步朝向終極願景——隨著時間推進,海中垃圾愈來愈少,被撿起、回收後再生的塑膠會越來越多。

「我們已經證明兩件事的可行性:一端是產品的循環設計,一端是 AI 賦能海廢清理的可能性。」王靖夫笑說,塑膠管理命題不只為自己和公司找到新的長期目標,也讓他順利度過中年危機。「選擇改變,留給下一代更好的未來。」他相信,即便是一家做手機殼的公司,也能創造超乎想像的正向改變。

AWS 2025 亞馬遜港都創新日,集結產業先行者分享創新經驗。
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圖/ Amazon Web Services 提供

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