工業技術研究院

觀念探索 Trend

10大突破性科技（下）

譯／梁豫婷

本期我們將接續自上期的內容，續刊6大突破技術，這些技術的進展不一而足，有些已或多或少達可應用階段，有些則主要為未來的創新奠基，實際可供應用的時間有待估算。

Project Loon 氣球計畫

Google 即將在無手機訊號地區施放的氦氣球，能讓幾十億民眾首次有機會上網。

撰文／西門奈 （Tom Simonite）
攝影／李維拉（RC Rivera）

爬過170階塵封的木梯，登上位於加州山景城附近的莫菲特聯邦航空站（Moffett Federal Airfield）2 號機庫（Hangar Two）棚頂，修建於1942年的這座飛艇機棚，陰暗寛敞，經歷過讓美國躍升為科技超級強國的一仗。Google正在這裡打造的奇妙玩意（再次展現美國科技優勢地位）， 從木椽上俯瞰，一覽無遺。

遠觀下方的地面樓層，身影渺小的Google員工正在張羅兩個直徑15公尺，酷似巨型白南瓜的氣球，這樣的氦氣球Google已施放升空數百顆，此時此刻，南半球海拔20,000公尺的平流層中，正飄著2顆，這個高度是民航飛行範圍的2倍高。懸吊在每顆氣球下方的方盒裡都裝滿太陽能供電的電子產品，透過無線電與地面電信網路連線，提供智慧型手機及其他行動裝置高速網路訊號。因為這項計畫用到氣球（ballon）又很瘋狂 （crazy as loon），所以命名為「Project Loon 計畫」。

Google表示，這些氣球可望提供6成全球目前未上網人口網路連結，進而帶來廣泛的社經效益。這43億人多數住在偏鄉，電信公司認為設基地臺等基礎設施不划算的地區。經過3年總飛行里程逾300萬公里的測試，Google表示，Loon計畫差不多準備好登場了。

由大型上市企業建設造福全球赤貧人口的基礎設施，很不尋常，除了自稱希望對世界有所貢獻外，網路業務可從廣告獲得的利益是Google心胸遠大的另一原因。在美國這種市場，網際網路已經很難拓展客源，新增幾十億上網人口，等於為廣告帶來更多目光和更多個人資料供分析鎖定。這也是 Loon 計畫不乏競爭對手的原因之一：臉書為展開自己的空中網路計劃，已在2014年收購一家太陽能動力無人飛機製造商。

不過，遙遙領先的Google全球性社會工程計劃，早已與大型行動通訊商攜手，在巴西和紐澳的偏鄉提供高速網路測試服務。Loon計畫負責人卡西迪（Mike Cassidy）表示，對 Google而言，這項技術的價格及穩定度都已達可開始策劃大規模推行的標準。到 2015 年年底前，他希望南半球空中有足夠數目的氣球，能著手測試接近連續的服務，下一步則是業務推展：Google 預期行動通訊業者會租用氣球的網路服務進行拓展，屆時世界上無法上網的人數應該會開始急遽減少。

氣球革命

「HARMLESS SCIENCE EXPERIMENT.（無害科學實驗。）」2012 年，神祕的 Google X 實驗室在加州中央谷地施放氣球時，升空的盒子上標示這些字外，還附上一支電話號碼，並承諾氣球安全返航會提供獎賞。當時盒子裡裝著一個改良過的辦公室無線網路路由器，氣球用的材料則是從五金用品店買來後，由兩位時尚業聘請來的裁縫師製作。

時至今日，Loon已不只是科學計畫。2013年，Google開始與氣球製造商雷文（Raven Aerostar）合作，雷文並因此擴充舊廠並另增新廠以生產Loon氣球用的充氣球皮。同年6月，Google公開這項計畫，並就 Loon 在紐西蘭荒野的首次小規模網路服務實測提出說明。2014年，Loon 計畫著重將功能性為主的笨重原型，轉變為隨時可用來擴大全球通訊網路的技術。

Loon 計畫領導人打算購買專屬無線電頻段，讓氣球可以在現行無線網路外獨立運作，但這想法被 Google 總裁否決，佩吉（Larry Page）表示這些氣球應該租給行動電信業者，讓他們繼續用現有分配到的波段，自行蓋基地臺將氣球訊號接上各自的電信網。如此一來，Google 不但省下頻段使用執照的數十億美元，而且能化敵為友。卡西迪說：「幾乎每一家我們談過的電信業者都躍躍欲試。」

Google也在平流層飛行器製造上取得大幅改善，最長足的進步是研發出不靠任何推進器，仍能精確操控飛行數千公里的技術。雖然平流層位於雲層、不穩定氣流及民航飛行高度上方，通常只供氣象氣球和偵察機使用，因而相對安全，但仍偶有時速超過300公里的強風，要維持穩定可靠的無線網路，必須確保方圓40公里內隨時有氣球提供服務。

Google 用解計算機習題的方式解決了這個飛航上的難題。平流層中，不同高度的風向和風速不同，Loon 氣球利用這點，靠改變高度化解：將主氣球中的副氣囊充放氣，在不同高度間尋找能將他們送往Google指定位置的風。Google根據美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）的風向風速預報，在數據中心以軟體模擬平流層氣流，控制氣球升降。參與 Loon 導航系統的軟體工程師馬特（Johan Mathe）說明：「我們的構想是在氣流迷宮中摸索前進。」以這樣的方式指揮氣球艦隊，能確保任何特定地區上空隨時有氣球。

這套系統最早的版本每天傳送一次指令給Loon氣球，例如：程式會設計路線，讓氣球施放到紐西蘭上空後，先在陸地上方徘徊，等待盛行西風起，再順風橫越太平洋。這麼一來，氣球可以乘著這股地表最高速強風，東飄到9,000公里外的智利，不過當時只能把氣球送到預訂地點的幾百公里範圍內。在紐西蘭或其他地方進行網路服務測試時，為確保上方有Loon氣球，Google必須做弊，就近施放。2014年年底，Google的氣球導航系統升級，指令更新頻率最高可達每15分鐘一次，現在即使洲際飄移，準確度也很高，2015年初，氣球可在1萬公里航行後，抵達目標基地臺的500公尺範圍內。

Google 還得想辦法讓氣球更耐用，在平流層待更久，氣球在上面撐愈久，網路運作的成本愈低。然而，出於重量考量，球皮必須輕巧，但摸起來像厚垃圾袋的聚乙烯塑膠材質，指甲一劃就破，氣球可能升空不到兩週，就會因為出廠前被砂礫勾出的針孔般小洞，被迫返回。

Loon計畫裡有專門小組，負責仔細追查任何可能造成洩氣的原因，嚴加防範。小組成員研究從平流層收回的氣球，又反覆觀看在地面將氣球充到爆裂的影像，並開發藉檢測氦氣找出微小裂縫的「洩氣偵測儀」。根據小組的報告，氣球球皮經過重新設計，工廠工人必須換穿更柔軟的襪子才能踩上球衣，而且更換機器將部分製程自動化。負責Loon計畫硬體製造，曾在蘋果生產部門任職的克里許納斯米（Mahesh Krishnaswamy）表示，種種努力下，Google 為氣球業帶來幾十年來最重大的變革，而且這些調整已見成效。他說，2013 年夏天，Loon氣球施放後短短8天就必須收回地面，目前氣球平均可維持100天，其中大部分飛行天數更長；甚至有少數可空飄長達130天。

Google 也多方改進 Loon 氣球的負載能力和電子裝備規畫，不過仍有其他問題待克服，例如，Google 需要以無線電或雷射確保氣球間連結，才能在遠離任何地面基地臺時，空中彼此傳遞訊號。

但卡西迪說，Loon 計畫技術已達到可進行全球平流層網際網路服務測試的階段，2015年，他預計在繞南半球一周的狹窄環狀地帶，展開「幾乎不中斷」服務評估，這一地帶主要涵蓋範圍為海洋，繞地球一周總計需要100顆 Loon 氣球的陣容。卡西迪說：「大約9成的時間中，那個地帶的居民頭頂上至少會有1顆氣球可用。」

訊號良好

巴西東北部一所偏鄉學校的校長佩雷拉（Silvana Pereira） 說：「雖然只有短短幾分鐘，但太美妙了。」她回憶起去年夏天，一節特別的地理課，利諾佳蓋又索白堡學校（Linoca Gayoso Castelo Branco School） 的學生利用頭上雲深不知處飄過的Loon氣球上網，當地沒有網路，但那天教到葡萄牙地理，卻能用維基百科跟網路地圖補充。佩雷拉說：「學生反應熱烈，45 分鐘的課時間太短，無法滿足他們的求知慾。」

這所學校離最近的百萬人口大城只有100公里左右，但學區人口又窮又少，巴西無線網路業者不願在此投資網路基礎設施。Google Loon計畫的目標是為改寫網路服務經濟學，卡西迪表示，一顆 Loon 氣球每天營運成本只要數百美元，而且每一顆應該隨時能提供幾千個連結點，但Google 不願透露這項計畫的投入金額，連團隊成員人數都保密。

同時，卡西迪有信心，這些氣球能與用來提供網路服務的無人機（Google 和臉書都在研發中）或衛星（SpaceX 總裁馬斯克（Elon Musk）的概念） 相抗衡，其他計畫不但遠遠落後 Loon，而且無人機建置及動力成本高，衛星發射也很貴。卡西迪表示：「氣球能維持很長一段時間的成本優勢。」（可能為了分散風險，Google 除開發無人機外，另與富達合資挹注 SpaceX 10 億美元。）

然而，43 億人無法上網不只是因為技術問題。位於印度班加羅爾的智庫「網路與社會中心」，執行總監亞伯拉罕 （Sunil Abraham） 表示，例如印度在政策上要求電信公司，不論區域的貧富都必須提供訊號，但政府從未執法。考慮到 Google 和其他西方網路服務商在發展中國家的操作模式，他對 Loon 計畫也持保留態度，Google為了讓自己的網站可以開放使用，而與印度和其他國家的電信公司達成交易，置當地競爭者於不利地位。他說：「任何人帶著滿滿的荷包跟新科技要來，我都歡迎。」但他也說，政府應該先處理不周全的監管制度，確保大家都能（而不是只有 Google 和他們合作夥伴）獲益。

Loon計畫成員自信這項計畫對大眾有利，他們似乎不只因 Loon技術超群而鬥志高昂，也想要改善大家的生活。回想起佩雷拉校長的學生上地理課時，獲得網路輔助學習的歡欣，卡西迪感動得語帶顫抖，說：「這可以改變世界。」

大規模海水淡化

全世界最大最便宜的逆滲透海水淡化廠即將在以色列投入運轉。

撰文／塔博特 （David Talbot）

以色列臺拉維夫南方16公里的地中海岸邊，一座巨大的新工業設施日夜不停嗡嗡響。這座提供全國20 % 家戶用水的世界最大現代海水淡化廠，是以色列海水淡化公司（Israel Desalination Enterprises; IDE Technologies），以約5億美元成本為以色列政府打造，使用稱為傳統逆滲透（reverse osmosis; RO）海水淡化技術。然而，由於工程及材料的種種進步，卻能以前所未見的低價與規模將海水轉化為乾淨用水。

目前全球約 7 億人無足夠淨水可用，10年後更預計爆增至 18 億，許多地方，可能唯有從海洋擠出淡水才有辦法增加供水量。

2013年底完工的這座新廠索列克（Sorek），日前才剛達產能滿載，每日出水627,000立方公尺，可見大型海水淡化設施具實用性，事實上，淡化海水占目前以色列供水大宗。2004年時，以色列還完全仰賴地下水和雨水，現在已有4座海水淡化廠運轉供水，其中索列克為最大廠，這4座水廠供水量占全國40%。更多廠房陸續加入運轉後，淡化海水預料將在2016年供應全國約50 % 用水。

以往對逆滲透技術的非難在於淡化成本過高，以毛孔微小到只容水分子通過的聚合物薄膜加壓過濾離子的過程，須耗大量能源。不過，索列克以每立方公尺 （換算為1,000公升，即以色列每人每週用水量）58美分的價錢，將水賣給以色列水務局，售價不僅低於傳統淡化廠且仍有利潤，而且，索列克耗能量極低，在全世界大型海水淡化廠中名列前茅。

索列克經許多技術改良，比傳統逆滲透設備效能更高，該廠為率先採用16吋的大型海水淡化廠，因而只需8吋管的4分之1管線及其他設備，大幅降低成本，並設有高效泵浦和能量回收裝置。海法以色列理工學院 （Israel Institute of Technology）化工及海水淡化專家瑟米拉教授（Raphael Semiat）說：「這肯定是全世界最便宜的淡化海水，我們再也不必為了水，你爭我奪。」

澳洲、新加坡，幾個波斯灣國家都已大量仰賴淡化海水，加州也逐漸開始採用，節能經濟的小型逆滲透設備可廣泛用於嚴重缺水地區，甚至在遠離海洋的內陸用來淡化含鹽地下水。

薄如原子的碳紙濾膜仍在開發初期，未來可望進一步降低海水淡化廠的耗能。

蘋果行動支付Apple Pay

巧妙結合各種科技，手機搖一搖，消費付款更快更安全。

撰文／霍夫 （Robert D. Hof）

Apple Pay去年9月公布時，貝迪耶（Osama Bedier）還不覺得有什麼了不起。目前經營支付新創公司Poynt的貝迪耶，以往長期擔任 PayPal 高階主管，並曾領導 Google 電子錢包服務２年多，供手機結帳使用的Google 電子錢包，與Apple Pay的技術相同，卻未能普及。因此，儘管Apple Pay宣稱按一下 iPhone 即可安全付款很誘人，仍不免讓人懷疑是否真能成功。

然而，Apple Pay推出不過短短數週，貝迪耶便已完全改觀，可供零售商接受Apple Pay的Poynt新型收銀裝置為公司帶來大量訂單。在Poynt的帕拉阿圖市 （Palo Alto）總公司大廳裡，放著一臺百年前的國際牌收銀機，見證支付史的演進，貝迪耶說：「現在客人上門會問店家：『我為何不能用 Apple Pay 付款？』」貝迪耶原本預估2015年會售出2萬臺Poynt支付終端設備，但在Apple Pay推出後，他必須臨時再找一家臺灣廠商合作，才能應付遽增的需求。他說：「Apple Pay 將引爆行動支付熱潮。」

Apple Pay 去年秋天出現前，行動支付即開始累積能量，根據美國聯邦儲備委員會調查，17%的智慧型手機用戶曾於 2013 年用手機在實體店面付款，比 2012 年成長 6%。佛瑞斯特市調公司 （Forrester） 報告指出，2014年，全美臨店行動交易金額達 37 億美元，成長率超過100%。同時，隨著 Uber等服務及星巴克等商店接收行動應用程式付款，以往掏錢包付帳的消費方式，正逐漸被更快並應該更安全的手機取代，消費者可延用原本的信用卡帳戶，卻不用拿出卡片。萬事達卡新支付科技經理麥克勞克林（Ed McLaughlin）說：「據我們了解，消費者一旦試過用手機結帳兩三次，就回不去了。」

即使行動支付不是蘋果所發明，也是靠蘋果增強，正如蘋果讓玩電腦、聽音樂、行動通訊更輕鬆，Apple Pay 也讓線上購物及實體店面消費支出更容易。從貨幣到信用卡，每項金融革新都讓交易更順暢，買賣更快速，Apple Pay 也一樣：從此揮別簽名付帳，出示身份證明文件，以及其他付款方式的種種麻煩，並且比之前推出的行動服務更順暢，只要將手機靠近支付終端設備，Apple Pay 就會自動連線，不必像 Google電子錢包或 PayPal 一樣先開啟程式，用拇指按手機，不需輸入密碼，交易更快速，不管在Airbnb訂房或在Subway 買潛艇堡都行。Apple Pay有別於其他支付系統，首度成功融合虛擬和實體世界的交易。

但這並不表示大多人在 2015就會拋開錢包，到任何店面都搖手機結帳。美國去年 37 億美元的臨店行動支付總額，只佔 4 兆美元年度零售消費總額的極小部分，這還不包含 12兆美元的服務消費總額。除面臨 Google、PayPal、零售商、無線通訊業者的電子錢包競爭，Apple Pay本身也面臨許多挑戰，目前只有新的 iPhone 6才能在店面用Apple Pay，而且僅限美國境內可用，但全美卻有98%的店家都未配置適用的收銀終端設備。最後，Apple Pay仍無法取代實際錢包的許多好處，尤其是受歡迎的優惠卡，星巴克的App既可搜尋店家位置，又能集點和付款，仍占所有零售店面行動支付的大宗。

即使如此，蘋果已做對很多事，Apple Pay將豎立重要里程碑。這項蘋果的初步成就，可望帶動行動支付的整體潮流，儘管沒用到任何新技術，蘋果卻善用 iPhone 的軟硬體，超越Google 將 Android 手機與電子錢包搭配的程度，將他們結合成前所未見的簡便服務。

各項業界支付標準因此正由蘋果制定中，舉例而言，對於終端設備從手機接收資訊時，該用條碼或無線近場通訊技術 （NFC），店家一向爭論不休，但在蘋果選擇於 iPhone 內建近場通訊科技後，為了迎合數百萬 iPhone用戶，許多店家勢必面臨添購支援近場通訊收銀設備的壓力。

此外，Apple Pay 也在支付安全上占領導地位，比信用卡提供更多道防護，不但卡號不存進手機，商家看不見，更不會儲放在常遭駭客入侵的資料庫，每筆交易會透過 Touch ID 指紋辨識系統判讀用戶指紋後進行加密，產生一組只限單次使用的特定代碼。摩根大通新一代支付產品部門主管亞魯姆甘 （Avin Arumugam） 表示，如此嚴密的防護，正是總計占美國消費支出9成的各家銀行支持 Apple Pay 的原因之一。

最重要的是，蘋果推出的時機無懈可擊，信用卡系統將讀卡機升級到可刷嵌入式安全晶片卡的期限，訂在2015年10月，仍未完成的商家，之後必須自負盜刷損失，更新後的收銀終端設備，大多內建近場通訊技術。曾擔任PayPal、Square主管，並投資許多支付新創公司的拉波斯 （Keith Rabois） 指出，雖然多數商家全面升級將需時幾年，但Apple Pay可以讓週期加速完成。他說：「Apple Pay 為行動支付弭平了大半的阻礙。」

Apple Pay目前已超越 Google電子錢包及任何其它最新行動支付系統。全食超市（Whole Foods Market）資訊長布夏（Jason Buechel）說：「蘋果的時機成熟了。」截至1月中，2%的全食超市店面銷售額透過 Apple Pay支付。麥當勞表示，店內手機付款有一半用Apple Pay。沃爾格林藥局（Walgreens's） 的行動支付在Apple Pay推出後，躍升為原來的2倍。根據證券經紀商投資科技集團（Investment Technology Group） 研究，約60%的Apple Pay 用戶在去年11月使用天數超過1天，為PayPal新用戶同期使用頻率的3倍。

Apple Pay 若能持續看漲，蘋果勢將大發利市，重點不是向發卡銀行收取每筆交易金額0.15% 的手續費，投資人伊坎（Carl Icahn）推估，就算意外攀升到全美國信用卡和簽帳卡支出總額的 30%，截至2017年，手續費收入也不過區區25億美元，與蘋果2014 會計年度年收入1,830 億美元相比，微不足道。更主要的影響在於維持iPhone的吸引力，一旦你每天都用Apple Pay，及iCloud、iTunes等其他蘋果服務，要換到Android前恐怕會慎重考慮再三。

零售店對 Apple Pay 高度關注，未來幾年最大的商機是無數應用程式和服務的付費可能更順暢，搭乘 Uber 幾乎看不到付車資的過程，輕鬆簡單。拉波斯認為，Apple Pay 可為千千萬萬的交通運輸、餐飲外送等訂單服務，提供同樣容易的付款方式，一旦養成觸控式行動支付的習慣，大家就會開始預期隨處都能使用。

更嚴密的安全防護

在櫃檯刷卡或線上購物用信用卡結帳時，我們會提供卡號給商家，讓他們向發卡機構請求授權，這些商家往往把卡號儲存在自己的伺服器中，因而常遭歹徒輕易侵入盜取卡號。

Apple Pay消除了這種會讓卡號暴露的風險，申請註冊時，會要求用戶以手機拍下卡片影像，經蘋果向發卡銀行核對無誤，隨即刪除卡片影像的電子檔，手機和蘋果也不儲存卡號。Apple Pay 會設定一組做為裝置帳號的加密數據，取代信用卡，存進手機的安全元件晶片，除 Apple Pay 外，手機上任何其他程式都無法存取這組裝置帳號。購物時，安全元件晶片會釋出裝置帳號，結合交易資料，產生一組僅限該筆交易有效的代碼，Visa 和 MasterCard之類的刷卡機能判讀裝置帳號和交易代碼，進而批准或拒絕交易，實際卡號絕不會被商家看見。

這項技術並非蘋果發明，其他使用無線近場通訊標準的支付服務也透過安全元件晶片，但 Apple Pay 卻進一步結合 iPhone 原本用在手機解鎖的 Touch ID 指紋辨識技術。如此一來，不但不必費心輸入密碼確認交易，手機被偷也不怕盜刷。

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