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矽眼(BE0136)
The Silicon Eye: How a Silicon Valley Company Aims To Make All Current Computers, Cameras, and Cell Phones Obsolete

類別: 人文‧思潮‧趨勢>NEXT
叢書系列:NEXT
作者:喬治‧吉爾德
       George Gilder
譯者:戴綺薇
出版社:時報文化
出版日期:2005年12月12日
定價:320 元
售價:253 元(約79折)
開本:25開/平裝/304頁
ISBN:9571344176

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1 不速之客

米德走上發展佛威昂相機這條道路,另有因緣。事情發生在一九六七年的春天,某日麥克斯.德爾布呂克(Max Delbruck)像旋風似的、砰然一聲,激動地闖進米德位於加州理工學院的辦公室;他帶著厲聲嚴詞,在米德桌上拋出挑戰。這一擊,為米德敲開了物理和生物兩扇大門,從此改變了這位年輕教授的一生。

德爾布呂克身材壯碩,戴著一付厚邊牛角眼鏡框,深具幽默。他在一九三○年代追隨量子理論先驅波恩(Max Born)學習,並獲得物理學博士學位。畢業後,前往哥本哈根,加入老前輩波耳(Niels Bohr)實驗室研究。在那兒,德爾布呂克對生物向光反應(即趨光性)領域,產生了興趣,從此投入生物領域,並於一九六九年(與米德會面後的兩年),以加州理工學院所做的原創性研究,榮獲諾貝爾醫學獎。

終其一生,德爾布呂克不斷挑戰既有的觀念,他所提的疑問很少是正經八百的。在丹麥研究量子理論的那段歲月,德爾布呂克寫過一齣荒誕不經、諷刺量子理論的劇作《浮士德在哥本哈根》(The Copenhagen Faust),於一九三二年表演給波耳研究室的物理學家們觀賞,二十六歲的德爾布呂克還親自擔任節目主持人。在學術生涯上,他有本著作《心由物生?》(Mind from Matter?),研究大腦。六十九歲的德爾布呂克並不認同當代研究神經科學的生物學家們。他認為這些研究精神心性的學者,只是在解釋大腦的物質性。因此,他寫道:就像「閔希豪生男爵」(Baron Munchausen)的胡亂掙扎一樣,拼命拉扯自己頭髮,就想藉此脫身沼澤。

回到一九六七年,德爾布呂克移樽就教,希望就近日大量發表的一些科學論文,聽聽米德的意見,這些論文主要在探討:大腦中透過神經通道(nerve channel)傳導的電離子,和電晶體中的電子行為有何異同。米德時年三十,身材瘦長,下髭修得高雅整齊。他在當時已經是一位無人能出其右的世界電晶體物理專家,也是加州理工學院電機系知名度日漸昇高的年輕教授。

「這些傢伙說,神經膜(nerve membrane)的活動方式就跟電晶體一樣。到底對不對?」德爾布呂克劈頭就問米德。生物的神經通道是藉由人體神經系統的膜來傳遞電子訊號,這和電晶體(一片微細的開關或放大器,由貝爾實驗室在一九四七年所發明,現今應用在數以百萬計的先進微晶片上)的導電路徑作用一樣。兩者電流似乎都隨著電壓以指數方式增強。科學家認為這兩種現象的過程是一致的。

「我不知道,我得看看這些論文再說。」米德簡短地回答。那時,他還不知道眼前這位飛揚跋扈的教授是什麼來頭,望著這堆生物學論文,略微感到不耐。

「好!」德爾布呂克回答:「這裡就有。」他在米德面前拋下厚厚一疊論文報告。

「我會看看。」米德含糊地回答。

接下來的一星期,米德弄清楚了這位不速之客的身分,接下了他的挑戰,開始仔細閱讀這些論文。他先快速地了解主題,隨後逐漸發現這些用來比較電子和生物功能差異所用的計算過於自信,比較方式也有問題。他找了德爾布呂克,提出自己的看法:「這些論文很有意思,不過他們採用的研究模式根本行不通。」

「如果是這種情形」,德爾布呂克回應著,「我們就必須找出真相。」

就這樣,兩人展開了長達數年的合作關係。一九七一年暑假,米德隨德爾布呂克助手洛伽(Peter Lauger)到德國康士坦茲研習神經通道電流;回來以後不久,米德就設計出一種特殊的電子儀器,利用「黑色雙層脂質」(black lipid bilayers)來標繪神經通道的電導係數(conductance)。這種新發明的人造組織,完完全全複製了神經膜的生理機能。利用德爾布呂克所培養的一種可刺激膜產生導電的特殊催化分子,米德指出,通過膜的電流並不會隨著電壓以指數方式增強,但通過膜的連結數目卻會。大腦不僅直接將電壓轉成電流,甚至還將之連成網絡。這個發現遂成了這片領域的主流概念,也進一步加深了米德和德爾布呂克之間的關係,甚至在日後,也為托比(德爾布呂克之子)和米德,建立了在加州理工學院的師生關係。德爾布呂克過世之後,米德像叔叔一般照顧托比,而托比也成了佛威昂公司的共同創辦人。

德爾布呂克教授建議米德研究轉換生理學(transducer physiology):探討發生在物理性輸入和有效輸出之間所有知覺感官的處理,研究感官和記號之間的關係,以及從眼睛大量湧入的電磁波,到形成具體影像的轉換過程。德爾布呂克表示,我們所意識到的(影像世界)和我們所接收到的(視網膜上的大量磁波)完全是兩回事。正如麻省理工學院教授賀伯(Anya Hurlburt)和波吉歐(Tomaso Poggio)所說:「視覺不是一種感覺,而是一種訊息理解力。」

生物學家對這些轉換過程所知有限,只約略知道視網膜到腦皮質區塊之間的聯繫概況,大腦似乎將大部分資源都分給了視覺。米德深信,他已經找到模擬某些知覺功能的方法。他認為:一般而言,大腦有著不可思議的功能,大部分以類比方式運作,兼又混合電流、化學和時機,不停地應付中間錯綜複雜有如迷宮般的網路連結,「大量的扇入(fan-in)和扇出(fan-out)」—由四面八方匯入又擴散出去,來來往往絡繹不絕。

從前的矽晶技術有限,所生產的類比元件遠不及大腦組織的密度。然而到了一九八○年代初期,米德已經進展到用類比超大型積體電路(analog VLSI)發明出類似「玩具」視網膜和耳蝸的類神經網路系統。這些使用上千個電晶體的晶片,不是一個只會咀嚼數字的機器,而是能夠感應和蒐集真實世界傳來的訊息。米德和他的研究小組發展出對助聽器極有效用的電子耳蝸,也設計出一系列的視網膜晶片。

雖然比起真正大腦,這些模具顯然簡化多了,這過程卻開啟了另一個全新的視野。一旦你親手建造某樣東西,你就能發掘到光憑思索或測量所無法觸及的層面。一旦了解真意,並抓住其中的物理基本原則,就能發展出更好的實物。就是這樣的過程,最終發展出專為數位相機所使用的數位成像儀(digital imager)。

數位相機之崛起,是自個人電腦問世以來,最具突破性,改變產業結構最大的發明。在一系列新型數位儲存裝置問市之後,例如光碟(CD)和數位影碟(DVD),再加上全球激增的無線和有線網路,數位相機為眼睛開啟了電子世界無遠弗屆的威力。時至今日,凡網路所及之處,皆成了人類視線和警覺心、藝術和觀察力可能駐足的角落。數位相機毋寧是這新紀元最具優勢的電子產品。

數位相機的數位原理確實是異軍突起的奇葩,代表了創意和世代交替。它畢竟原是無中生有的。然而,數位相機也有著矛盾,因為它所挑戰的是類比問題:在機器內部建立一個有著外界顏色、形狀和紋理的類比樣本。

一般所謂的數位相機,是將由光感測器進入的類比影像,轉換成三位一組的細小單位,稱畫素(pixel)。大部分數位相機的設計,是將紅、綠、藍三原色的色調以數值方式儲存在畫素中。傳統數位相機的成像儀會將三分之二的光線屏除在外,各畫素只保留一個主色,篩掉其他兩個主色。數位相機自每一畫素和其相鄰的畫素取得色值,再計算出實際顏色。卡佛戲謔道,數位相機是在「猜算」顏色。

米德這種務實且深入的觀察力,促成他日後創立佛威昂公司。他的想法是,放棄數位計算方式,改採矽晶(silicon),那是微晶片中的一種元素,作成類似視網膜般的永久底片。米德一開始便打算盡量保留訊息。佛威昂科技長里昂解釋,他們不打算「用猜的」。各畫素應如何「量測每種色彩」的難題,早在初期便解決了。佛威昂相機的特色是,每一個畫素都將影像的真實特徵記錄下來,揚棄數位模擬的方式。

米德和他的研究團隊受到德爾布呂克的啟發,遠在佛威昂這構想浮現之前,便嘗試在加州理工學院研究開發矽晶「底片」。他們希望能打造出一個用矽做的「眼睛」—如假包換的視網膜,並非只是一個比眼睛更好的電眼。米德於是開始這項長達二十年的研究,深入探索類比潛力。佛威昂相機計畫打從一開始,並不試圖超越或駕馭類比式處理,而是深入研究人類眼睛生物學,及數位相機的極限。

電腦可執行瞬間計算,模擬短期氣象,並在磁碟機資料庫中搜尋國會圖書館的所有內容,然而它卻沒有「看」的能力。即使在今天,縱然聚集了全世界的超級電腦,也比不上一雙眼睛的影像處理能力,它能在一眨眼間辨認出機場大廳內的一張面孔。因此,要發展出一個完全成功的相機,必須先研究人類的視網膜、大腦,而這項在腦部科學領域居功厥偉的研究似乎才剛起步呢!

佛威昂X3(Foveon X3)是史無前例的第一個根據人類視網膜和神經系統研究結果所發展出來的相機影像成像儀。它的問世,結合了神經工程科學的努力和可歌可泣的商業史。從德爾布呂克、費曼,到米德和他許多的學生兼同事,如里昂和梅爾,這個故事將矽谷史上許多重要的菁英,和加州理工學院的研究圈一起搬上舞台,上演一齣心靈和智力的故事,以及他們之間,外人仍難以了解的因果互動,有衝突和創造,勝利和自我毀滅。