2019-09-30

電腦怪咖和生物極客需要擔心什麼


原文 : https://edition.cnn.com/2019/09/12/opinions/digital-nerds-bio-geeks-worry-about-opinion-schneier-rudenko/index.html

所有生命都是基於生物體內基因組 (完整的 DNA 序列) 中的基因 (基因和其控制序列) 協同作用.

基因或是基因組是根基於代碼 -- 就像是電腦的數位語言. 但不是 0 與 1, 而是 DNA 的 4 個字母 -- A, C , T, G -- 編碼成所有生命. (生命是混亂, 實際上有許多以及各種極端情況, 但我們現在先忽略這些) 如果你擁有這些生物編碼序列, 理論上, 你就可以重新創造. 如果可以編寫新的工作編碼, 就可以修改現有生物或創造新品種.

聽起來有點像是編輯軟體, 是的. 合成生物學看起來就像是電腦技術, 後者會有的風險前者也會有. 電腦程式就是電腦程式, 因為要處理的分子 -- 有時候是實際的生命體 -- 風險就會大得許多.

想像一下, 一個生物工程師嘗試要增加血液細胞中維持正常功能的基因表達式. 即使照目前的標準來說, 都是一個相對簡單的操作, 但要得到正確的結果幾乎還要經歷多次的嘗試. 如果是電腦程式, 這類嘗試唯一的危害就是造成電腦系統崩潰. 但對於生物系統來說, 這就有可能是增加多種類型白血病的患病機會, 或是移掉對病患的免系系統重要細胞.

我們知道 DNA 的機制已經超過 60 年. 現代生物技術的領域起源於 1972 年保羅.伯格 (Paul Berg) 把一個病毒基因加入另一個, 產生出第一個 "重組" 病毒. 合成生物學開始於 2000 年初期, 當時生物學家以工程師思維設計出複雜的基因迴路, 而不是移動單一基因.

2010 年 克萊格.凡特 (Craig Venter) 和他的同事重新創造一個簡單細菌的基因. 最近, 英國分子生物學實驗室 (Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology) 創造一個新的, 更為簡化的大腸桿菌的版本. 這兩種情況, 都是研究人員創造出可以被視為全新的生命型態.

這種新的生物技術, 未來只會越來越強大. 目前可以使用像是編寫電腦程式相同方式來編寫 DNA 編碼. 而且可以使用 DNA 合成器或是向商業供應商訂購 DNA, 然後使用像是 CRISPR 的精密編輯工具修改病毒, 小麥或是人類的現有生物, 再讓他運行.

未來, 或許會建構出一個完整複雜的生物, 像是狗或是貓, 或是讓已經滅絕的猛瑪象重現 (正在進行中). 目前, 生物技術公司正在開發新的基因療法, 國際商業組織正討論改變人類基因的可能性和道德規範, 這些改變將會影響到下一代.

在生物科學社群裡, 正激烈進行著 "網路生物安全 (cyberbiosecurity)" 的對話, 這是一個公認為有爭議的術語, 存在於生物系統和資訊系統裡, 意思是一個系統的漏洞會影響到另一個. 這可能包含 DNA 資料庫的安全, 這些資訊傳送的保真度, 以及對特定 DNA 序列可能會編碼出目前無治愈方法的新型病原體.

這些風險不只學術團體在討論 -- 美國國家科學院 (National Academies of Sciences), 美國國家工程院 (National Academies of Engineering), 美國國家醫學院 (National Academies of Medicine) 最少發表過 6 篇關於生物安全風險以及如何主動對應的報告 -- 而且已經成為媒體主流 : 基因編輯是網飛 (Netflix) 指定倖存者 (Designated Surivor) 第 3 季的主要情節元素.

我們會擔心並不奇怪. 隨著合成生物學 "編碼" 的複雜程度達到如同傳統電腦程式開發, 電腦系統會的發生風險也會在生物系統上發生. 不同的地方在於生物系統比起電腦系統會有有更大, 更持久的破壞性.

程式開發人員透過反複試驗來編寫軟體. 因為電腦系統是如此複雜而且沒有軟體開發實際理論, 開發人員只能反覆測試程式直到可以正常工作, 這麼說是有道理的, 因為這樣可以減少錯誤而且重試的成本非常低. 甚至有個關於這個的笑話: 程式開發人員經由把一部車放置於相同狀態的情況下, 來看是否會發生實際意外的相同結果來診斷車禍.

即使是已經完成的程式還是會有問題. 由於現代軟體系統過於複雜, "正常工作" 並不表示完全沒問題. 現代軟體充滿著缺陷 -- 成千上萬的漏洞 -- 有時影響到效能有時影響到安全. 這也就是為何你所使用的任何軟體都需要定期更新; 即使在軟體發布之後, 開發人員還是要持續修復缺陷.

生物工程基本上大致相同: 編寫生物代碼也會有相同的可靠度問題. 不幸的是, 程式軟體解決方式先製造出許多錯誤然後一一修復, 這在生物學領域是不行的.

在自然界, 這種反複試驗的過程是由 "適者生存 (the survival of the fittest)" 來處理, 通常需要歷經好幾個世代緩慢過程. 但人為產生代碼就沒有這類校正機制. 無意或是有意的釋放出這種新代碼 "程式" 或許會讓病原體擴大宿主範圍 (像是豬流感傳染給人), 或是產生會破壞生態平衡的生物體.

雖然研究人員一直嘗試想要開發出一種方法, 但到目前為止還是無法像是軟體系統一樣, 釋放到野外之後也能 "修補". 也無法 "修補" 會入侵人類 (或是動物還是農作物) 的病原體. 嚴格的生物管制措施會有幫助, 但沒有任何管制措施是可以零風險.

當小型專家團體所收集的知識, 無法進入主流體系提供更大的貢獻, 只能在體系邊緣接觸交集, 常常會發生惡作劇和破壞.

生物學家, 安全機構以及政府專家已經有個好的開始. 但努力經常是生物和數位各自領域往孤立的方向前進, 或是完全在軍方掌控下進行, 只有少數調查員可以交換訊息.

我們需要這兩個學科更多機會的整合. 我們需要分享已經分類或是未分類的訊息和經驗. 我們在數位以及生物團體中已經各自擁有可辨識和減輕生物風險和開發佈署安全軟體系統的工具.

如果沒有財務支援這樣的機會將不會發生. 讓我們尋找那些資源, 公共, 私人, 慈善, 或是各種型態的組合. 讓這些資源使得電腦極客和生物學專家 -- 以及倫理學家和政策制定者 -- 來分享經驗, 顧慮, 以提出這些問題創造性, 建設性的解決方案, 而不僅僅只是修補.

這些是首先要解決的問題; 不要讓孤立的思維或資金成為阻擋兩者溝通的障礙. 以及不要讓任何型態的技術妨礙了公共利益.

2019-09-08

為何機器人很快就可以採摘軟的水果或是沙拉

原文 : https://edition.cnn.com/2019/09/04/business/robot-farmers/index.html

倫敦 (CNN Business) 採摘草莓或沙拉一定要很小心. 雖然像麥子馬鈴薯等作物已經機器採收數十年, 許多水果和蔬菜還是無法使用機器採收. 因為太容易損傷, 或是機器很難對作物定位.

但最近, 機器學習技術發展和進步, 已經成功試驗出更靈敏及更靈巧的機器人, 使用攝影機和人工智慧來定位成熟水果的位置, 並且小心精確的採收.

由劍橋大學工程師所開發, Vegebot 是第一部可以辨識和採收結球萵苣的機器人 -- 即使對人類來說也是最困難的作物也能自動化, 這會給農民帶來希望.

首先, 一個攝影機掃描萵苣, 這個機器學習的演算法已經經過超過一千張萵苣照片的訓練, 然後決定是否成熟可採收. 然後第二個攝影機引導採收籠來到作物的上方而不會壓到作物. 感測器確認到正確位置, 壓縮空氣以極大的力量驅動刀片切過莖, 把作物完美切割下來.

成功率很高, 根據七月所發表的研究顯示, 91% 的作物被精確辨識. 但機器採收速度還是比人慢, 平均要 31 秒才能採收一顆萵苣. 研究人員表示, 只要使用比較輕的材質材料, 速度可以輕易的提升上來.

如果機器要被使用於商業上, 就需要做類似的調整. Simon Birrell 這項研究的共同作者, 他對 CNN Business 表示 "我們的目的是要證明可以做得到, 而我們做到了". 他表示 "現在要看誰要接棒繼續往前跑".


越來越多嘴要被餵食, 但越來越少人力勞工

目前 77 億人的世界人口, 預估到 2050 年會來到 97 億 -- 這意味著每年要多出八千萬人的食物供給 -- 農業面臨著日益增加的食物生產需求.

而且氣候變遷帶來額外的壓力, 像是極端氣候, 農業用地萎縮以及自然資源枯竭, 使得對創新和效率的需求更加迫切.

這些都是農業要發展機器人技術的原因之一. 根據市場情報公司 BIS Research 的報告, 農業用無人機和機器人的全球市場, 預估將從 2018 年的 25 億美元來到 2028 年的 230 億美元.

BIS Research 首席分析師 Rakhi Tanwar 對 CNN Business 表示 "農業用機器人將會比傳統農用機械, 有更高運作速度並且更精確, 這會讓生產速度有明顯的提升,"

除此之外, 種植者也長期面臨著勞力短缺. 根據世界銀行的資料, 全球農業就業人口的比例已經從 1991 年的 43% 下降到 2018 年的 28%.

Tanwar 表示, 部分原因是年輕人對這個行業缺乏興趣. 她表示 "發展在農用機器人, 可以大大紓解種植者因為勞力短缺導致的經濟損失,"

機器人可以日夜工作, 不需要停下來休息, 這在作物成熟季節特別有幫助.

普利茅斯大學 (University of Plymouth) 機器人學講師 Martin Stoelen 表示 "最主要的好處是可以連續工作", 他也是 Fieldwork Robotics 公司創辦人, 這家公司正和英國主要莓果種植者之一的 Hall Hunter 合作開發覆盆子採收機器.

他們的機器人, 預估明年可以投入生產, 農忙期間一周將運作七天, 每天運作超過 20 個小時, Stoelen 認為 "用人力來採收很明顯是做不到".


永續的農業和食物浪費

農用機器人更有辦法實踐永續農業發展. Tanwar 表示, 機器人可以讓種植者使用較少的水, 更少的燃油, 以及農藥, 減少不需要的浪費.

就目前, 農場通常只採收一次, 任何採收時尚未成熟的水果或蔬菜都會放著腐爛. 然而, 機器人可以被訓練只採收成熟的蔬菜, 日夜不停的工作, 在同一個地方來回好幾次, 等到成熟之後再採摘.

Birrell 表示, 這是機器採收最重要的影響. "目前, 大約有四分之一到三分之一的食物在農田上腐爛, 因為人類開始收成時通常有些作物尚未完全成熟".

一個成功的例子, 比利時的新創公司 Octinion 所開發草莓採摘機器人.

這個機器人 - 今年推出已經被運用於英國以及荷蘭的種植者 - 機器人被安裝於自動導引車上, 專門採摘桌面種植生產的草莓.

機器人使用 3D 影像來辨識成熟的莓果, 一對塑膠鉗輕輕夾住, 然後 -- 就像人類 -- 旋轉 90 度讓莓果從莖上脫落, 然後小心放入小簍中.

Octinion 創辦人以及首席執行長 Tom Coen 表示 "機器人在市場上可能會由供應導向轉變成需求導向". 他補充說明, "機器人有助於減少食物浪費和提高價格".


嚴苛的條件 

農業機器人主要面臨的挑戰是如何適應全天候的氣候狀況. 農業用機械通常是沉重, 因此可以承受雨, 雪, 泥巴, 灰塵和高熱.

"建造農用機器人和建造工廠用的有非常大的差別" Birrell 表示. "直到機器人出現在農田上, 你才會察覺機器人需要被設計成很耐用 -- 會被拍打會被撞擊, 需要越過崎嶇的地面, 有雨, 有灰塵, 還有閃電."

加州 Abundant 機器人公司已經製造出可以承受農場各種條件的蘋果採收機器人. 機器人由類似拖拉機平台上安裝著蘋果採收吸管所構成, 自己會在果園裡行走, 使用電腦識別系統來辨識成熟的水果.

Abundant 公司首席執行長 Dan Steere 表示, 這意味著果園作物採收自動化的開始. "這幾世紀以來, 自動化穩定的提高農業的生產力" 他表示 "直到目前 [我們] 還是錯失掉許多好處".

2019-09-01

為何美國會在廣島投下原子彈

原文 : https://edition.cnn.com/2019/08/06/us/hiroshima-anniversary-explainer-trnd/index.html

(CNN) - 74 年前, 美國第一次使用兩顆原子彈, 其中第一顆投在日本城市廣島, 當場造成超過 70,000 人的死亡.

三天之後在長崎投下第二顆原子彈, 造成超過 40,000 個人死亡.

至今美國還是唯一在戰爭中使用過原子彈的國家.

核子武器使得二次大戰結束, 並在世界歷史寫下毀滅的章節. 底下說明這次核爆有那些是我們必須知道的, 以及廣島如何紀念這些死去的亡靈.


廣島在哪裡

該市為廣島縣的首府, 位於本州島的西南地區.


和平紀念公園

廣島和平公園位於被原爆摧毀的最繁忙商業區裡, 紀念碑刻著數萬名在爆炸喪生的往生者.

最近剛翻修過的和平紀念館位和擁有指標性的 "原爆圓頂 A-Bomb Dome" 隔著元安川, 遺址的前身是廣島縣產業獎勵館 (Hiroshima Prefectural Industrial Promotion Hall).

原爆圓頂館在 1996 年被聯合國教科文組織列為世界遺產. 該組織認為這座建築 "人類創造最鮮明最具破壞力量的象徵; 同時表達世界和平以及終極消除所有核武的希望".

2016 年五月,  歐巴馬成為第一位拜訪廣島的美國總統. 他呼籲 "沒有核武的世界".

他在第一次原爆現場演說 "一道閃光一道火焰摧毀了一座城市, 也顯示人類擁有自我毀滅的方法,"


人口

根據日本戶口普查, 一百一十七萬人.


1945 年人口

根據能源部門以及廣島市網站資料, 大約是 300,000 - 420,000 人.


核爆

當時總統哈瑞.杜魯門 (Harry S. Truman) 核准攻擊廣島. 由 B-29 艾諾拉.蓋號 (Enola Gay) 轟炸機執行, 在 1945 年 8 月 6 號投下代號為 "小男孩 (Little Boy)" 的原子彈.


為何美國要如此做 ?

納粹德國在 1945 年 5 月投降之後, 在曼哈頓計畫工作的科學家於當年 7 月成功測試了一顆原子彈.

杜魯門組成了一個顧問委員會, 由戰爭部長亨利.劉易斯.史汀生 (Henry Stimson) 擔任主席, 評估是否要在日本使用原子彈.

密蘇里州獨立城 哈里.杜魯門圖書館監督檔案員 Sam Rushay 對 CNN 表示 "當時在委員會委員之間的共識傾向於不使用核武. 史汀生則堅決要使用".

哈佛大學歷史系教授, 查爾斯.邁爾 (Charles Maier) 表示, 當時杜魯門雖然可能採用另一項決定, "但很難向大眾說明為何已經擁有這種武器, 卻是選擇延長戰爭時間".

他對 CNN 表示 "這種武器似乎提供了神奇的解決方案, 可以避免很多痛苦,"

教授二次大戰歷史的邁爾表示, 當時日本還沒有準備無條件投降, 而且擔心僅是展現武器威力並不會達成效果. 根據 Rushay 的說法, 武器威力展示可以選擇一個無人居住但可以觀察的區域, 來迫使日本投降, 這個提案頗受科學家團體以及戰爭助理部長約翰.麥克洛伊 (John McCloy) 的認同.

他補充說明, 杜魯門和他的軍事顧問擔心對日本的 "登陸代價非常高".

"儘管日本空軍和海軍受到很大的損傷, 但最近在硫磺島以及沖繩島的戰鬥經驗, 美國以及日本雙方都受到極大的傷亡" Rushay 表示 "美國軍事計畫人員普遍相信, 日本會戰到最後一兵一卒."

邁爾表示, "自殺式攻擊現在很普遍聽到, [但] 在當時, 日本使用神風特攻隊攻擊, 讓美國決策階層造成極大心理衝擊, 他們預估日本會動員整個國家來保衛他們的本土島嶼."

他補充說明, "美國軍方不願意說, 如果沒有原子彈的幫忙, 他們也能贏得戰爭,"

邁爾表示, 一些歷史學家推測蘇聯對日宣戰, 也可能促成使用核武來快速結束戰爭.

Rushay 表示, 廣島是四個潛在目標城市之一, 杜魯門讓軍方自己決定要攻擊哪個城市. 廣島是因為軍事上的重要性被選進來. 幾天之後長崎也受到攻擊.

至今美國仍是唯一使用過核子武器的國家.


結果 ?

最少有 70,000 人在爆炸時當場死亡, 大約有超過 70,000 人死於輻射照射. 根據能源部的曼哈頓計畫歷史 "因為癌症以及其它長期影響效果, 5 年內的總死亡人數或許超過 200,000 人,"

1945 年 8 月 9 日, 美國在長崎投下另外一顆原子彈, 造成超過 80,000 人死亡. 日本在 8 月 14 日同意接受無條件投降.


批評 ?

核爆造成絕對的破壞, 使得許多人批評這項決定.

前美國總統德懷特.艾森豪 (Dwight D. Eisenhower) 在他 1963 年的回憶錄 "變革的使命" 中批評使用原子彈, 他表示不需逼迫日本投降.

邁爾表示, 轟炸廣島和長崎 "確實讓日本天皇介入處於分裂的軍方以及提議投降". 但他補充表示, 日本可能願意以保持天皇制作為結束戰爭的條件.

1958 年, 廣島市議會通過一項決議, 譴責杜魯門拒絕對於使用原子彈表達悔意, 並且持續主張在緊急狀況下使用. 這項決議表示, 該市居民 "考量他們崇高職責為世界和平的基石, 世界上沒有一個國家可以被允許重覆使用核子武器的錯誤."

該決議認為前總統的聲明是 "對於廣島人民以及受害者嚴重的汙辱".


核武辯論

杜魯門經由寫信給市議會主席來回應議會決議, 他表示 "你們城市居民的感覺很容易被了解, 我並不會因為這個決議而感到被冒犯."

然而, 杜魯門強調這個決策必須考量到美國在珍珠港如何被日本 "在背後襲擊", 以及這項使用兩顆原子彈的決策, 避免了盟軍登陸日本本土, 因而挽救了 250,000 盟軍軍隊和 250,000 位日本人的生命.

杜魯門總結, "作為決定以及執行投下炸彈的決策者, 我認為廣島和長崎的犧牲, 對於日本和盟軍雙方的利益是緊急和必要的."


美國人和日本人感覺如何 ?

2015 年尤皮研究中心調查發現, 只有 14% 的日本人認為使用核武是合理的, 有 79% 持反對意見. 1945 年原爆之後蓋洛普立即進行民調發現, 有 85% 的美國人贊成杜魯門的決定. 但去年尤皮研究中心調查發現, 同意對日本使用核武的美國人已經下降到 56%.