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多元化的機器人發展

  還記得電影「全民公敵I, Robot」中,機器人成為人們生活中不可或缺的角色嗎?機器人與人類共同生活在一起,化身為看護、幫佣、管理員、 服務生等等生活中的幫手,便利人們的生活。在可預期的未來,這些將不僅僅只是科幻電影中所能看到的畫面。因為機器人的產業,早已由科技尖端的科學家持續研究發展當中。雖然在現今社會中,機器人的普及化礙於技術及成本的門檻而有待加強,但各式各樣的實驗及研究卻從未間斷。  

為了跳脫原有的窠臼,擺脫機器人以往僅能照本宣科的按照原設定的行動模式,科學家不斷的思考如何製造出更先進的機器人,其中一個主要因素,就是大腦。  
   

人類的大腦具有獨立思考、自主反應、感覺、學習、記憶等的功能,主宰著人們的身體以及生活。如果機器人也有大腦,能夠思考、感覺,更是朝向擬人化發展的一大躍進。許多的科學家長久以來不斷專研於此,而美國加州聖地亞哥神經系統科學研究所的科學家Gerald Edelman更已投入20年從事研發模擬人類大腦運作的機器人裝置。如同人類一樣,大腦不能單獨存在,必須具備身體與週遭環境互動並學習,因此Edelman研發出具有機械大腦、視訊攝影機、麥克風及機械手臂的機器人Darwin VII。其大腦雖不若人類大腦複雜,但此機器人可分辨不同鋼鐵塊的導電性,如同人類的味覺,並透過辨別鐵塊的「味道」好壞獲得獎賞,進而學習並記憶。至於新版的Darwin X更複製了常見的老鼠實驗,在每次成功通過藏在牛奶糊的平台時,其紅外線感測器會發出獎勵訊號。經此訓練,Darwin X往後即能於牛奶糊中的任意位置找找出平台。透過此實驗,科學家得以研究大腦如何進行學習功能。

 

而德國也不落人後,日前研發出一種能適應不同地形的步行機器人(RunBot),經由一連串的試驗,已能探測行進路面上的斜坡,並漸漸調整步伐,克服坡度。如同幼兒學習一般,在學會爬坡之前總是不免跌倒,但經過4~5次的反覆摸索,便能學習到在直立行走時要將身體稍為前傾,而爬坡時則縮短步伐,就如同人類一樣。而RunBot之所以能走路,主要關鍵就是它的大腦,其具備的紅外線眼與控制電路相連,於必要時改變步伐。人類之所以能行走,除了透過自主運作的肌肉與脊髓神經之間交互作用,大腦也控制著某些運動,因此某些下半身癱瘓的病人使用輔具後即可在跑步機上使用雙腳。RunBot不僅止於模仿人類行走,更重要的研究核心是解開人類行走的奧秘,並針對脊髓神經和其它部位損傷找出更有效的治療方法,重新恢復運動能力。

無獨有偶,RunBot不是惟一一個會走路爬坡的機器人。美國喬治亞理工學院於2007年主辦了一場媲美其他職業運動競賽的機器人競賽-「RoboCup 2007」。邀集了來自全球33個國家的1,700位機器人研究員以及300支機器人隊伍,共同參加足球競賽及搜救任務。雖然機器人的移動速度及外觀仍有待加強,但隨著擬人化機器人軟體的進展下,Robocup終於可以擴大機器人足球賽的規模,由過去的4對4形式擴展到11對11。但主辦單位並不因此自滿,計畫在2050年舉辦人類與機器人的足球賽。而RoboCup也有一個特別的搜救機器人競賽項目,參賽的機器人到一個整幢公寓大小的模擬災難現場,限時尋找罹難者、判別生還者並將現場位置圖提供給人類搜救人員。

除了運動之外,三位澳洲Adelaide大學電機工程系學生也將研究觸角涉入音樂。他們所設計開發的「嵌入式小提琴手機器人RoboFiddler」不但在2007年6月於歐洲贏得首屆「Artemis Orchestra」競賽第二名,更於2007年11月初於雪梨青年管弦樂團的音樂講習會上首次登台亮相。此競賽是透過各種嵌入式技術以製出可演奏實際樂器的裝置,而RoboFiddler是透過一台普通的筆記型電腦連接至一個微控制器,驅動機器人持弓的手與六根金屬手指,將28個音符自四根小提琴絃上流瀉而出。雖然機器人的演奏表現尚無法與管弦樂團相比擬,但其精準的角度計算及速度仍是令人印象深刻。

而位於荷蘭阿姆斯特丹的史基浦機場也預計於2011年設置6個機器人搭配行李管理系統負責60%的裝卸工作,以便控制並追蹤旅客行李。此舉不但將可減少旅客於轉機過程中遺失行李的情況,更可降低機場的營運成本,並加速旅客的轉機速度。史基浦機場預期於2018年可達到每年處理7,000萬件行李的轉運量。

 
 
科學家在思考製造機器人時,也常常朝向大自然尋求靈感。藉由模擬動物及昆蟲的行為及活動,設計不同的機器人,並希望經此途徑設計出擬人化的機器人。  
 

例如比利時Libre de Bruxelles大學的Jose Halloy所領導的歐洲研究團隊,創造出一種蟑螂尺寸大小的機器人,雖然長的不像蟑螂,但機身上佈滿的化學材料能使此機器人聞起來像蟑螂,進而與蟑螂互動,甚至影響蟑螂的行為,選擇棲身於明亮的地方而非原有的陰暗角落。而這並非只是一般制式的機器人須由人類遠端操控,這種機器人具有自主性,能混入真正的動物中,發揮其社交能力及影響力。此實驗不但能進一步協助了解生態,更重要的是,科學家能藉此製造出對環境變化具有靈活反應的機器人。

以玩具市場的發展來看,機器人當禮物的市場也不容小覷。不論是早期的Furby玩具累積銷售高達4千多萬台,Sony的AIBO、樂高(LEGO)、WowWee公司推出的教育娛樂機器人等皆於市場上引發廣大的迴響。最近最受矚目的則是由Ugobe公司推出的機器恐龍Pleo,其內建的記憶卡、馬達與近40個各式感測器,不但可下載或自行編寫寵物的個性,也引起市場的熱烈討論。隨著社會結構的改變,玩具的消費年齡層自原本的嬰幼兒、青少年,擴展到成人、甚至是銀髮族。結合科技與娛樂的智慧型電子玩具的消費市場不但大幅成長,無限的商機更吸引了日本、韓國等許多業者積極投入,日韓政府也將智慧型機器人產業列為國家重點開發產業之一。其中日本更開發出"治癒系玩具",不但能撫慰人心,並創造出更多元化的玩具市場商機。

 
   

而美國知名機器人領導品牌iRobot所推出的家用機器人Roomba也獨領風騷。iRobot原以製造各型軍用機器人起家,從波灣戰爭到伊拉克戰爭,美軍運用其大量的機器人,以極少的人員傷亡獲得最後的軍事勝利;也曾參與美國911世貿中心災難搜救和挖掘埃及古夫金字塔等任務。繼軍事上的成功,iRobot決定讓機器人走入家庭,方便人們的生活。於是自2002年起推出家用吸塵器機器人Roomba,結合了高科技的應用與輕巧的造型,不但風靡全球,並曾獲美國商業週刊、時代雜誌、科學人雜誌評選為年度風雲產品。Roomba僅高9公分,不但可輕鬆進入大型傢俱底部進行清潔,電力不足時會自動返回基地台充電,不會停留在傢俱底部取不出來。Roomba不但能夠偵測階梯及障礙物,避免跌跤,也可沿著牆壁或傢俱邊移動,每個區域都能確實清掃。即使某些區域特別髒,也能自動偵測垃圾,加強重點清潔地區,並能判斷不同的材質來調整吸塵程度,也不會損害到地板。除了Roomba, iRobot更研發了洗地機器人Scooba,以及游泳池清洗機器人Verro等家用機器人,有效的協助人們打掃居家環境,讓生活過的更便利。

 
 
有鑑於機器人產業的長期發展機會,台灣也躍躍欲試,行政院不但已選定智慧型機器人產業為台灣未來九年的新興產業之一,工業局並於2007年3月正式成立台灣機器人產業發展協會。  
 
工研院目前已研發出靜音吸塵機器人及接待/導覽機器人,與新光保全合作開發的保全機器人「SeQ-1」也將正式加入國內保全系統。透過工研院首創的環境保全系統,SeQ-1可即時與保全監控系統互動,透過360度全景影像監控,於發現入侵者、火災或煙霧時,也能主動追蹤並放大監控特定目標,同時發出警示音,不但可嚇阻入侵者,也可馬上通知保全人員,將現場影像傳回監控中心。預計將先運用於大賣場、辦公大樓的保全巡邏工作。由於SeQ-1也具備避障導航功能,可建立環境的電子地圖、自行規劃巡邏路線,並防止行進間的不當碰撞,預計未來加入動態多媒體互動功能後,也可擔任接待與導覽等工作。未來工研院不僅會再提升保全機器人的功能,也將著重於醫療服務相關及生活伴侶機器人等產品。
 
   

相較於早期機器人的市場主要為工業及軍事用途,現今的應用領域更擴展至醫學、科學、太空、音樂、娛樂、教育、公共場所、家庭、辦公室、服務等範疇,應用類型超過三萬種,預估到了2010年,市場需求將高達800億美元至2500億美元。其中,教育娛樂及家用服務機器人可望成為大眾消費市場的先鋒,商機無限。因此,不少業者紛紛看中機器人市場的發展潛力,Google、Intel與Microsoft更於日前宣佈共同投資機器人研究發展計畫,將金援美國Carnegie Mellon大學研究人員,藉由遠端機器人開發套件計畫(TeRK)製造出一系列可連接網路,並可使人們簡易的利用現成的零件組裝機器人。此計劃是由該校的機器人學院與美國德州奧斯汀的Charmed 實驗室共同合作發表的合作成果,不但已針對機器人組裝設計出"製作手冊",其研發的Qwerk的機器人控制器已具備電子大腦的功能,可連結網路、運動、收發照片、視訊以及網路搜尋引擎等功能。Qwerk利用了低成本、高性能的零組件組成,不但性能優異,也成功的降低了成本。此研究團隊並不拘泥於機器人的形式,因此不但希望將機器人應用於生活中,例如人們外出時可透過機器人監看住宅及寵物,或是製造出可控制的填充泰迪熊,未來也期望設計出測量噪音和空氣污染的環境感測器。

除此之外,人們也可以使用美國iRobot的家用機器人平台iRobot Create實現製造機器人的夢想。此平台可使用廣用的作業系統如Windows Vista、XP、Linux和Mac OS操作並編程。iRobot Create以暢銷全球的Roomba吸塵器機器人為基礎,移除吸塵器的配備後,加上32個感測器、敞開貨架和25接腳的擴充槽。用戶可自行增加或混和配對夾子、感測器、數位相機、無線連結器、電腦或其他電子設備。此平台不但可以成為學生學習編程的教學工具,也可訓練創造力。iRobot表示,自此平台推出以來,已產生了不少令人驚艷、快速、便宜的設計方法的創意作品,包括會打開冰箱幫主人拿東西的機器人、會提行李的機器人等。

隨著國家人口結構的轉變及需求,專業使用者與研發者合作開發機器人將是未來趨勢。為了強化機器人的普及化,科學家及研究者一再重申機器人急需廉價的感測器、相機和其它組件。機器人不僅需要增加功能,也必須同步降低成本。如此一來,廣泛的應用機器人、便利你我的生活將不再遙不可及!
 
 
以上資料參考自電子工程專輯網站。
 
 
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