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Smart Dust成為生醫檢測利器

量子計算以解決生醫影像海量資訊



發布日期: 2020-02-11-2021-02-11

第50屆世界經濟論壇(World Economic Forum,WEF)於1月農曆過年期間在瑞士達沃斯(Davos)舉辦。每年來自各國產官學界的精英們會在這個阿爾卑斯山小鎮聚集,針對世界緊迫的問題交換意見。今年的主題是氣候變遷與環保,但世界經濟論壇也觸及其他如健康、能源、商業金融等廣泛議題。而其中值得關注的是世界經濟論壇也注意到AI、量子科技將會改變世界。我們就順著此論述,報導量子電腦在健康照護方面可以有何運用,以及新創公司所發想的解決方案。

生醫感測的利器Smart Dust

IoT運用在健康照護上,具關鍵的是感測器對於生理訊號的蒐集,而這個感測器最好是越小越好,於是智慧灰塵(Smart Dust)概念在十幾年前即被提出來。Smart Dust即是利用微機光電(Micro Electro-Optical-Mechanical System,MEOMS)技術將感測器、攝影機、通訊模組等整合在0.3 x 0.3mm平方的晶片裡。他們可以收集加速度、應力、壓力、濕度、聲音等訊號,並將數據無線傳輸到雲端或基地台。其可應用在環境監測、智慧農業、物流管理、健康照護等。例如加州大學柏克萊分校就發表了一篇論文,探討了這個技術植入大腦,提供大腦神經回饋的訊號。加拿大一家EPIC Semiconductors也戮力在Smart Dust的開發及應用。

該公司的創新之處是號稱不採用電池,改採一種能收集能量的奈米級能量收集器,和前端量子疊加處理器(Pre-Quantum Superposition Processor),可與雲端進行雙向無線通訊。其可以感測項目包括溫度、壓力、電壓、濃度、氧化反應等,可應用在各種人類行為的監測、化學反應、生物檢測,例如細胞成長、血液分析等。該公司將此產品提供給HCL Technologies,以應用在解決藥物誤用或濫用的問題上。藥物誤用或濫用的問題造成數百萬美元的損失,還可能導致死亡。HCL號稱其革命性的量子計算和奈米科技可以藉由注射器和其他裝有Smart Dust的設備,實現藥物誤用的先期檢測和預防。該公司2019年營收97億美元,並在今年的世界經濟論壇頒發了Wave Maker Awards給最佳商譽者。

高階醫療影像、個人照護等資料過於龐大 有賴量子電腦

在舊金山所舉辦的美西光電展上,諾貝爾獎得主Betzig就有提到,未來的醫學影像將因為解析度大幅度提高而導致資料量過於龐大,例如一個高解析度的顯微影像數據就達到10 Terabytes,使得傳統的電腦難以處理。而在健康感測器、可穿戴設備和微型醫療設備普及之後,每年送到雲端的數據量將從2013年的4.4 Zettabytes成長十倍以上,到44 Zettabytes。這些海量資訊將使得傳統電腦有如老牛拖車;AI結合量子電腦將能够理解與處理這些海量的數據。此外藉由這些生醫感測器與監測通訊系統,病人可以分散變成照護點(Point of Care),以降低對於實體醫院的依賴。如此龐大的系統也需要量子電腦來確保系統的順利運作。光電協進會將繼續探索量子科技在健康照護的應用與潛力商機。