蓋茨、谷歌看中的「重口味」科技！馬桶將成物聯網醫療保健新入口

來自專欄 DeepTech深科技8 人贊了文章

在這個什麼東西都想要跟「智能」扯點關係的時代，智能馬桶，四個字聽起來可能會覺得腦洞大開，但比起智能手錶、智能手環來說，一些科學家更相信馬桶其實是最適合做健康管理、疾病偵測的設備。

科技巨擘、衛浴大廠都在研究

馬桶，這個乍聽之下跟科技好像沒什麼太大關係的東西，其實正默默在改變，很多科技巨擘都對其充滿興趣。微軟創始人比爾蓋茨希望為超過 20 億無法獲得潔凈水的人口改造馬桶，他與妻子成立專註公益的比爾和梅林達蓋茨基金會（Bill & Melinda Gates Foundation）研究馬桶就超過 10 年。

（來源：蓋茨基金會官網）

馬桶對你我來說，可能是再尋常不過的東西，但部分第三世界國家、貧困地區卻仍因如廁環境簡陋，缺乏衛生設施而受苦，除了尊嚴、女性安全問題外，傳染性疾病容易隨著排泄物快速散播，造成生命損失，要解決疾病散布最好的方法就從源頭杜絕，因此基金會從 2011 年開始連續舉辦「重建馬桶挑戰」（Reinvent the Toilet Challenge），目標是實現每位用戶每天使用成本低於 0.05 美分，且不需使用水、電、不需連通下水道的馬桶，目前挑戰進入到第三階段，由全球 16 個不同的研究團隊組成，基金會提供經費支持科研人員或團隊運用科技、化學技術來開發，例如用紫外線燃燒廢物的馬桶、納米膜馬桶等。

除了防止疾病擴散，有一些公司則是著眼於保健（healthcare），谷歌在 2016 年公布了一篇專利文件《Noninvasive Determination Of Cardiac Health And Other Functional States and Trends For Human Physiological Systems》（非侵入性測定心臟健康和其他人類生理系統的功能狀態及趨勢） ，描繪一個充滿著未來感的智能浴室，配備多個非侵入式感測器、以及使用反射光、聲波、電磁感應等技術，目標是通過這些設備監測用戶心血管系統的健康，在疾病形成之前就能提出警示。

谷歌的文件描述了使用情境，浴室中裝有 3 個非侵入性健康監測設備，分別在洗手台下方的腳踏墊、馬桶座圈感測器、以及鏡子。墊子測量用戶的電生理活動，提供心電圖（ECG）。馬桶座圈感測器能夠測量血液脈波傳播速率（PWV，Pulse Wave Velocity ），心臟打出血液產生脈搏拍動，並通過血管傳到手與腳的速度就叫做 PWV，血管越硬，脈波的速度越快，所以透過 PWV 測定可以得知血管硬化的情形。鏡子的感測器如攝像頭，可以測量皮膚顏色變化，得到血液的容量變化，提供光體積變化描記圖（PPG，Photoplethysmogram）。另外，還有一個超聲波浴缸，透過生成高頻聲波、感測器接收回聲，分析身體結構。

谷歌認為，最大的好處就在於，用戶不需要改變日常生活步驟，或多增加做任何事情，只要跟往常一樣站在墊子上洗臉，看著鏡子，使用馬桶，比起其他非侵入式裝置，例如還要佩戴在身體、黏貼在肌膚上等，能提供更好的使用體驗，進而提高用戶的接受度。有了這些數據，就可以評估用戶的心臟健康，並且提供飲食和運動建議。

圖｜Google 專利描繪了未來浴室的樣貌。（來源：專利文件《Noninvasive Determination Of Cardiac Health And Other Functional States and Trends For Human Physiological Systems》）

麻省理工科技評論創新青年＋科學家＋世界馬桶先生

而近來在關注馬桶的圈子出現了一個新秀，舊金山初創公司 Clinicai 利用光學檢測儀跟機器學習，正開發能夠偵測大腸癌的智能馬桶裝置，不久前更入選進入全球第一個生物醫學加速器 IndieBio。

（來源：Clinicai 官網）

Clinicai 是由三位科學家跟一名「Mr. Toilet」（馬桶先生）所組成，CEO 黃君豪為癌症生物學家，師承知名癌症基因生物學家 Scott W. Lowe、Charles J. Sherr 以及 CRISPR 技術發明人之一、加州大學伯克利分校的分子與細胞生物學及化學系教授 Jennifer Anne Doudna。他率先使用基因沉默（gene silencing）和基因編輯技術，能夠快速且彈性化建立基因工程小鼠模型，並發現肝癌和炎症性腸病的治療和預防之標靶基因，他也是《麻省理工科技評論》 2018 年東南亞區 35 歲以下十大頂尖創新者之一。

Clinicai 聯合創始人 Medina Baitemirova 則是一位生物信息（Bioinformatician）學家，在分子生物領域跟美國不少重量級的醫療機構合作，包括貝勒醫學院（Baylor College of Medicine）、德州兒童醫院、諾華生物醫學研究院（Novartis Institutes for BioMedical Research） 等，她也曾在打造智能鏡子的初創公司 Memomi Labs 擔任主管，協助零售、美妝業者導入智能鏡子提供新的用戶體驗。

另一位創始成員是來自哥倫比亞的 Juan Carlos Guaqueta，《麻省理工科技評論》 2015 年拉美區「35歲以下科技創新35人」的得獎人之一，在哥倫比亞有 85％的污水未經過處理就被排放到河流或地下水源，為了解決這個問題，他成立了一家專攻污水回收處理的公司 AcuaCare，利用有機多孔材料和蟲類，過濾污染流體，留下的清潔水用於灌溉田地，還能利用蟲類和微生物製作成肥料。

還有一位值得一提的成員沈銳華（Jack Sim），為新加坡知名連續創業家，有趣的是，他在國際上有一個「Mr. Toilet」的封號，他在 40 歲時就做過過 16 個創業項目，財富自由後的他，跟比爾蓋茲一樣投入馬桶公益，把馬桶推進偏遠或貧窮地區，聯合國在 2013 年正式宣布將 11 月 19 日定為「世界廁所日」（World Toilet Day）就是因他而來。

圖｜Clinicai 創始成員：黃君豪（左一）、Juan Carlos Guaqueta（左二）、沈銳華（右二）、Medina Baitemirova（右一）（：Clinicai）

早期疾病檢測至關重要

他們的「馬桶」創業，可以說是從一所大學開始，黃君豪在 2016 年獲選進入由 Google、NASA、Boeing 共同創辦的奇點大學（Singularity University），每年從全世界挑選 80 位學生，目標是利用足以帶動指數性增長躍進的技術（exponential technologies）來解決人類面臨的重大挑戰。就在就讀奇點大學的期間，黃君豪結識了上述夥伴一同創業。

黃君豪回憶，在奇點大學創始人之一、也是谷歌工程總監 Ray Kurzweil 的一場演講上，Ray Kurzweil 預言，隨著計算機運算能力及人工智慧技術的提升，過去許多沒辦法分析的信息可以開始逐漸被了解，比如複雜生物體，從現在開始到未來 10 年內，生物科技將進入一個起飛階段。當我們已經足夠了解生物體信息之後，下一個 10 年又會發生什麼事？他認為，納米科技（nano technology）將迎來新的發展期，例如微小的納米機器人進入人體，接著修復人體。

這番話聽在學生技的黃君豪耳中感觸良多，「在學術界做一項研究可能就花了5、6年，新葯開發或是尋找疾病的標誌（marker）時間更久，這還只是初期研究，到真的能夠到應用在人類生活又是另一個數年過去了，什麼方法可以加速整個過程？」另一個問題是說，生物科技理應與人最息息相關，儘管計算機、智能手機已普及於生活，但是仍缺乏一個與生物科技真的相關、好用的電子產品，可以真正幫助健康。

而 AI 給了大家一個機會，可以用 IT 的方式教導機器了解生物體內及體外，特別是人類帶有 2 萬個基因，它們到底怎麼相互作用，形成身體的運作及變化，先前他在美國紐約紀念斯隆—凱特琳癌症中心（Memorial Sloan Kettering Cancer Center）和伯克利的實驗室時，就使用 AI 來尋找最有效抑制基因開關的方法，基因是一長串序列，從前端抑制跟從中端、後端做的效果是否不同？他們就使用了大量的數據集，訓練出一個演算法來預測 2 萬個基因，一旦要開關特定的基因時，可從知道從哪一個地方去抑制效果最好。

上述是生物體內，那麼，生物體外呢？有什麼辦法去了解我們每天的健康資訊。「很多人都在專研怎麼治療特定疾病，但是大部分疾病是只要能夠很早被偵測到，後面治療就可以變得很簡單，所以早期疾病檢測這一塊相當重要。」

為什麼是馬桶？

想要早期檢測身體是否異常，通常大家會想到去醫院健檢，一是成本昂貴，特別是在美國，健檢費用並不是多數人可以負擔得起，只能久久才去一次，甚至從來沒有做過。要不就是覺得麻煩，有些人則會覺得「沒事不要去醫院」，心態上就排斥去醫院。

「要解決大家不去醫院的問題，那就是在家中，想要有一個空間可以裝這些健康管理的裝置，浴室是一個不錯的地方，」他說，首先，大家每天會去浴室，而且那個環境是有隱私性的、讓人感到放鬆、舒適的，同時，浴室本來就有許多設備，只要加入科技就可以達到收集信息的功能，「浴室數十年來沒有變化，It』s time to disrupt（是時候該被顛覆了） 。」

為什麼 Clinicai 會選擇馬桶？在於他們是鎖定疾病。人每天吃的東西都會排泄出來，可以做營養分析，從排泄物分析需要多補充什麼樣的食物，達到營養均衡之外，更重要的還是大腸癌的早期偵測。

大腸癌為全球第三高發的癌症，早期無明顯癥狀，往往等到患者排便習慣改變，或出現血便才就醫，傳統的檢測方式是用戶自行收集糞便，然後送到檢驗部門，並會進行侵入性的大腸鏡檢測，用戶得先服用瀉藥、清腸，再進行半身麻醉，風險較高，整個過程是很痛苦的，而且成本昂貴，在美國收費大約 4000～5000 美元。

（來源：麻省理工科技評論）

不過，黃君豪指出，美國一種最新的方法為「Cologuard」（大腸衛士），在 2014 年獲得美國藥檢局（FDA）批准第一個非侵入性的大腸癌篩檢試劑，從糞便里檢測大腸癌的 DNA。但由於糞便中的 DNA 量少，所以 Cologuard 的做法放一個架子跟桶子在馬桶上，收集很大量的糞便。「我們就在想能不能開發一種作法，讓大家不必動手收集糞便，但又能取得某些程度的信息，感測器就是一種方法。」

Clinicai 研發的智能馬桶裝置有兩個技術核心，分別是光學感測器與機器學習。他們在奇點大學時，就測試了一系列的光學式、機械式感測器，發現了一個新的光學感測器技術，是航太領域用來監測地表岩層、分析污染物，能搜集可見光與非可見光區域的信息，他們就用此技術開發出了第一代的產品。

不過，此光學感測器類似攝像頭，「後來發現浴室有攝像頭，感覺還是不太好，有隱私性的疑慮」，儘管第一代產品的實驗效果相當不錯，但他們還是決定改作法，只取信號，而不取圖像，現正在開發第二代設備。

此外，通過感測器還會根據用戶的坐姿、重量等，偵測是誰在使用馬桶，不會把家庭成員的數據搞混。

在機器學習部分，黃君豪指出，傳統疾病偵測的想法是要找出某一個特定的標誌（marker），再去分析有病或沒病，但 Clinicai 想要突破這種方式，一是這種做法多年下來仍未見好結果，二是很多疾病非常複雜，有時某一項指標呈現陽性（positive），並不代表真的得病，所以他們嘗試先不管特定marker，而是讓機器認一個型態（pattern）。

而 marker 跟 pattern 的差別是什麼？他進一步解釋，以較簡單的血液檢測為例，如果血液中某個因子過多，那就可能罹患癌症，這是目前的做法。Clinicai 的做法是取得糞便的全部光譜訊號，再取得 100 個大腸癌病人糞便的光譜訊號，跟 100 個健康的人糞便的光譜訊號，用這些數據去訓練機器，找出大腸癌病人有什麼共同的特徵。不過，他也強調，數據集越大越好，所以還有賴收集更多信息量，包括糞便的顏色、型態、糞便中的微生物（microbiome）等，目前團隊已經完成大腸癌小鼠的測試，並開始已與美國及亞洲的醫院合作。

能免去侵入性檢測的辛苦，又不必改變生活習慣，每天如廁同時還可以檢測身體，這樣的智能馬桶裝置倒是相當吸引人，只是有一個關鍵因素：價格。對此，黃君豪說，之前做市場調查，消費者的預算差不多 300～500 美元，就像買一個消費性電子產品，評估量產時應該可以達到這個價格。

圖｜高檔的美國衛浴品牌 KOHLER 也申請智能馬桶相關專利（來源：專利文章《Smart toilet systems and methods》（智能廁所的系統和方法））

第一次讓馬桶講話

當時 DT 君在採訪黃君豪時問的第一個問題：「你們是要做一個馬桶？」，隨即被他用「不是」二字否決了，「是做健康、疾病檢測，馬桶只是一個平台」。除了馬桶之外，鏡子也在發展藍圖中，不同於現在多數人是做體型量測、分析胖瘦，進而跟購物結合，Clinicai 依舊是聚焦在疾病上，從早期的細微變化、斑點偵測皮膚相關疾病。只是初創公司資源有限，仍會先聚焦在馬桶產品。

（來源：麻省理工科技評論）

就像他所說的，Clinicai 的定位並不是真的要推出一個馬桶品牌產品，而是希望透過與衛浴品牌合作，已經有衛浴品牌意識到這件事，像是日本的 TOTO、美國的 KOHLER 研究智能馬桶也有數年之久，今年 CES 上 KOHLER 還把亞馬遜語音助理 Alexa 帶入浴室，可以聲控免治馬桶、智能浴鏡。對 Clinicai 團隊來說，更像是做件「讓馬桶第一次可以講話」的大事，如同 1984 年 iMac 發表之前，已故蘋果創始人喬布斯要求工程師 Andy Hertzfeld 一定要讓計算機說出「Hello」，Clinicai 希望馬桶不再被視為是不清潔的工具，只能默默感受用戶，而是會紀錄並訴說用戶的身體信息，作為用戶的健康守護者。

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