從電影鋼鐵英雄看科技｜戰爭前線救護與追蹤的智慧感測
由真實故事改編的電影『鋼鐵英雄 (Hacksaw Ridge)』，描述二戰中美國軍醫 Desmond Doss 所面臨的生離死別，相信大家對於主角在戰場前線救人無數的事蹟印象非常深刻，以當時二戰時空背景來說，能做到如此真的只能用奇蹟來形容，放下槍，放下既定戰爭必須拚殺的印象，他憑藉自己的信念，選擇用雙手，去拯救每個鞠躬盡瘁的同袍。本篇文章當中，將以此二戰背景電影為引子，思考當前生醫領域正火熱進行的混合實境、人工智慧、穿戴式裝置等科技要如何應用在現在與未來的前線作戰當中，襯托出大時代下主角的英勇與現代科技的新穎。
微軟 HoloLens 如何拓展軍醫的視野
Doss 是名軍醫，從電影不難看出，部隊所配給的軍醫數非常少，要在煙硝瀰漫的狀況爭取時間搶救非常困難，Doss 只能利用眼睛與耳朵來判斷附近的受傷狀況，再接近傷患實施急救，短時間內灌進 Doss 耳中的，除了槍砲與轟炸聲，就是士兵們的哀號，那究竟他要如何在最短時間判斷誰最需要急救？這對軍醫來說是很大的考驗，電影當中有個例子，有兩名傷患都急需血清的注射，那他要如何決定將有限的血清給最需要的人？這關係到軍醫的「視野」，理論上他要當下判斷誰活下來的機率高，最理想狀況是他們要能有掌握所有友軍位置及受傷狀況的儀器輔助。
美國陸軍外科研究中心領導人 Jerome Buller 說道：「若軍醫能具有掃視整個戰場的能力，而不是只能看著眼前的瓦礫堆，將友軍視覺化成綠點或紅點顯示，那他們就可以更快知道是否該將將資源投入在那裡。」這樣的說法，事實上已經具現化了，美國軍隊正與微軟合作，以微軟混合實境眼鏡HoloLens 為基礎，「客製化」成為二代整合視覺強化系統 (Integrated visual augmentation system, IVAS) 投入訓練測試，並期望能利用此系統投入位於阿富汗的戰場，這輕量的眼鏡除了個人作戰能力提升外，更能夠讓軍醫看到作戰地圖與友軍位置，並且能在不用紙筆的狀況下識別出不同傷患的臉並留下筆記，而目前正試著與穿戴式儀器整合，將數據資料傳輸到中央。
以往軍醫只能針對單一狀況對仿真病患 (Mannquins) 進行模擬演練，限制很大，而現在結合 IT 及其他科技，能對無線人偶遠端新增多種實際狀況，讓訓練者能因應不同情況做出適合的應對，此外，從塑膠及乳膠的外殼到互動式設計的人偶，甚至可以因應施救方式的改變做出病患可能的反應；以前有可能剛踏到戰場上就見識到戰爭的殘忍，精神崩潰導致無法繼續，現在有可能就能突破這樣的方式，讓訓練更貼近現實面。
緊急狀態下的傷患感測評估
電影當中我們可以看到受到砲火摧殘的士兵大多都是失血過多死亡，這代表也有許多人是受傷過後在等待，短則幾分鐘，長則數天，這在戰場上是到處可見的，急救的速度更受到敵軍炮火和己方資源的限制，無論是電影當中師級大部隊對易守難攻的鋼鋸嶺爭奪戰，或是小部隊如特種兵對於特殊任務的執行，「個人」的健康狀況及位置如果有更好的追蹤，軍醫的救治效率及中央的人力配置就能有更佳的掌控，在此我們分成兩個面向，一是緊急狀態下對於傷患或環境的評估，二是長時間中央對於士兵身心理的狀況追蹤。
市面的檢測工具主要用途為疾病檢測、動作識別與康復，但這樣的用途並不適用於軍事前線，電影中 Doss 若要更精準判斷哪個人活得久，除了靠脈搏外只能靠受傷狀況來評估，現在，美軍已廣泛使用能即時分析脈搏及血氧濃度的儀器如 (Onyx® II 9550, NONIN) ，並用閃燈提示，只要將指尖插入儀器便可測量。另一方面，美軍在穿戴式儀器的理解上，除了士兵本身，也希望能透過這些儀器了解戰場情況及數據，BlackBox Biometrics 公司的 Blast Gauge® System，利用佩戴在身體的感測器得到爆炸威力數據，從訓練到真實戰場，可透過追蹤的方式讓士兵免於長時間累積效應的傷害當中，傳統都是以口傳方式來了解戰場所造成的傷亡，而這樣的應用便可以從數據得知爆炸威力，推估部隊受傷害程度，另外它也將爆炸分成三個程度的提示，讓每個佩戴者了解自己受到的潛在傷害可能有多少。
智慧感測器長期追蹤士兵身心狀態
第二個面向是要將時間軸拉長，來探討軍人的身心狀態監控，許多士兵在經歷生死交關的戰爭後會產生壓力後創傷症候群 (PTSD)，這有可能會影響到在接下來戰場上做出決定的正確性，電影當中 Doss 的父親就是一個例子，雖然平安從一戰當中全身而退，但陰影永遠留在他的心中，倘若今天是其他仍在服役或執行任務的士兵，完全沒有徵兆的發生突發狀況，就有可能就會造成極大危險。近年許多學者漸漸提出整合多層級融合架構 (Multi-level fusion framework) 結合穿戴式儀器數據的理論模型。
以往透過身體感測網路 (Body Sensor network, BSN) 得到士兵數據的方式有很多，但缺乏有系統的彙整，而新的理論就需要有人工智慧或機器學習的輔助來達成，而士兵用的感測器網路 (Soldier-BSN) 又被特殊細分出來討論，將數據分為 A, B, C 三級的多層整合架構，A 級別為最前端的各參數取得，例如心跳、體溫、EEG，甚至是周遭環境輻射等；B 級為將 A 的各參數分類，並且歸納成不同系統做運算，例如疲勞程度、環境偵測、行為追蹤、心理狀態、情緒等等，在這可以發現，B 級別已經是不同小單位的資料集合；最後以 C 為緊急級別，將收到的資料整合，判斷該士兵是否失血過多或死亡等，以上的資料就需要人工智慧與大數據來讓系統知道該如何組織，層級間該如何歸納到最後輸出，而未來待突破的是，用最小且最少數量的感測器做最多的事。
延續對於士兵健康狀況的追蹤，除了心理狀態，集體生活的軍營最怕流行病的傳染，美軍資助一家生物感測器公司 Profusa 的開發，目前雖尚未受到 FDA 的許可，一但通過，在流行病或感染症狀產生前便可及早發現及治療。Profusa 從2011年開始就得到美國國防高等研究計劃署 (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA) 的資助，產品 Lumee 感測器由兩部分組成，一為貼在皮膚上的感測元件，二為埋在手指皮下的特殊水凝膠段。將特殊的水凝膠注入皮下組織，5 mm 長的水凝膠能附著於體內不同分子，感測元件會打出雷射激發凝膠放出螢光，由感測元件接收，最後經軟體演算後便可得知體內氧氣、血糖、乳酸等 Biomarker 量。凝膠的特殊材質並不會使士兵的位置被暴露，目前大多都還在軍隊中試用。
美軍投入在科技應用領域的資源非常先進，近期也傾注大量資源在武漢肺炎疫苗的開發，此外許多科技都是從軍隊的廣泛應用後才普及到百姓，例如 DARPA 發展出的網際網路 (Internet) 使用就是最好的例子，而文中提到的 HoloLens 眼鏡也漸漸將科幻電影中看到的合成動畫實現在作戰訓練當中，也許在不久的將來，虛擬實境的眼罩就不只是在觀看影片或是遊戲，而會有更多的生活應用，從國防到民生，時間的流動也正伴隨著科技的進步。
Reference
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- IoT-based Healthcare Monitoring System for War Soldiers using Machine Learning (ScienceDirect)
- Systematic Analysis of a MilitaryWearable Device Based on a Multi-Level Fusion Framework: Research Directions (MDPI)
- AI Will Tell Future Medics Who Lives and Dies on the Battlefield (Defense One)
- A Military-Funded Biosensor Could Be the Future of Pandemic Detection (Defense One)
- Army Goggles Will Feature Facial Recognition Tech ‘Very Soon’ (Defense One)
- The Army’s futuristic heads-up display is coming sooner than you think (Task & Purpose)
- U.S. Military Employs AI, AR to Boost Medical Modeling, Simulation (HitInfrastructure)
- New body armor sensors detect if US soldiers have been exposed to a harmful blast and are at risk of brain damage (Mail Online)
撰文：廖柏喻
核稿：卓筱涵
