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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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創新與理想 成就新時代科技突破

《麻省理工學院科技評論雜誌》(MIT Technology Review)為表揚第 13 屆「青年創新獎」得主的成就,特地採用有別於以往的作法,介紹這些推動新世代科技突破的佼佼者的故事。發明家創造嶄新科技,創業家將科技化為切實可行的事業,願景家滿心期待科技提升生活的各種可能,慈善家努力不懈地把握機會助人,先驅者則持續向未知領域邁進,開創未來革新成就的舞台,本篇報導將故事分類,以反映可用以解決重要 問題的各種方法。

有了開放原始碼軟體, 撰寫機器人程式變得幾乎像寫應用程式一樣簡單

2006 年,摩根.奎格利在史丹佛大學就讀研究 所,研習機器學習(Machine Learning),期間他加入 助理教授吳恩達(Andrew Ng)的實驗室,與同學一同合作製作史丹佛人工智慧機器人(Stanford Arti cial Intelligence Robot)。做為吳教授的教學助理,奎格利認為班上同學需要一個能整合個別研究發現,又不會因為程式當機而影響機器人表現的軟體架構,於是設計了第一代迭代算法,這個算法後來演變為「機器人操作系統」(Robot Operating System, ROS)。如今,他寫的開放原始碼,已為機器人的侷限功能重新定義。自從 1.0 版本在 2010 年問世,ROS 已儼然成為機器人軟體的業界標準了。

2012 年共售出 159,000 個工業用機器人

去年夏天,奎格利與友人在美國加州共同創立「開放原始碼機器人學基金會」(Open Source Robotics Foundation)。走進這個基金會,就像跨入機器人的未來世界,在那個時代,機器人的硬體很平價,將現有零件組裝成新機器也非常簡便。奎格利辦公的地方四處都是機械手指,它們是構成機器人手指的模組。

他所做的 4 個手指機械手臂,有別於一般的機器人 技術,並非由中央處理器控制。機械手臂的手指和手掌將運算工作分配於 14 個低價又低功率的處理器,這些處理器可以直接控制每個關節的動作,大幅簡化執行撿起鉛筆等動作所需的內部傳輸和協調程序。這個軟體和電子程序都是開放的,想做機器人的人隨時可以使用奎格利的設計來做,甚至修正他的設計。

在任何時間內,任一數量的獨立模組皆可同時運轉,它們可以連線以進行測試,或解除連線以除錯,或重新初始化,卻不會影響整個網絡的穩定度。因此,ROS 容許機器人受到任一數量的電腦(乘載任一數量的程式)操控,或許是執行導航任務的筆記型電腦、做影像辨識的伺服器和發布高階指令的 Android 電話,機器人行走時,這些動作可以執行無誤。

目前工程師已紛紛使用 ROS 發明機器人,這些機器人從折疊衣服和先進的製造動作的重複動作都可執行。奎格利說:「我們以前難以想像的應用,都將逐一實現。」奎格利手下設計的亮點不在科技面,在社會面,就是設計機器人的團體可以自行製作機器人並向外販售,不須倚靠中央伺服器。奎格利說:「這樣一來,設計團隊的貢獻會得到肯定,設計家可以掌握自己的作品。」

他有個遠大夢想,那就是讓 ROS 成為架設機器人系統的起始點,這樣的系統規模可大可小,價格可高可低,用途可以是學術或商業,也可以是聯網或獨立的系統。他也希望 ROS 可以用於同時使用多個機器人的環境中。當一群機器人協調無誤地運作,倉庫或工廠等環境將因此受惠。未來,在雲端管理機器人艦隊也不再是遙不可及的夢想:機器人使用者可以將 ROS 指令發送到資料中心,指令可從那裡再傳到自動化設備。

「以後ROS還可能與線上資料庫結合,」奎格利說:「要是有人說:『把我桌上的釘書機拿來。』機器人可能會從雲端拿回一台釘書機的 CAD 模型喔。」

麥特.羅傑斯是「奈斯特」(Nest)的共同創辦人,該公司發明了一個了解使用者愛好的恆溫器

你和東尼.法代(Tony Fadell)都曾是iPhone 和iPod發明團隊的一員,你們離開蘋果電腦後,就創辦「奈斯特」,難道負責開發iPod 和iPhone 軟體不是你們夢
寐以求的工作?

在我13 歲那年,過生日時,我和爺爺奶奶從佛羅里達州飛到加州,就為了去「蘋果」總部所在地庫比蒂諾(Cupertino)一遊,那時我就跟我爺爺奶奶說:
「對,我以後一定要去『蘋果』上班。」

那怎麼才26歲,就離開「蘋果」了呢?

基本上,我在「蘋果」非常認真工作,做了4 半後,我就覺得該嘗試新的東西了。從設計智慧型手機轉換到設計智慧型恆溫器,其實不算非常水到渠成。

2009 年10 月有一天,我和東尼吃午餐,我跟他說我想做智能家居的東西,東尼還沒聽我講完,就打斷我,說智能家居的東西是給書呆子用的,這個點子不高明,要我做別的打算。

我開設「奈斯特」前,市面上已有可編程的恆溫控制器,可是很不好用。

相對而言,「奈斯特」很像iPhone,好用多了。

我們的產品基本上就是架設在牆上的智慧型手機。而且上面沒有按鍵,你只要旋轉金屬外殼就好了,跟「蘋果」的產品很像。

「奈斯特」省電的一個方法就是偵測是否無人在家。後續可以延伸的功能太多了,使用者可以依據天氣預報和其他資料訂計畫。

我們可以添加的功能無窮無盡。我們推出這個產品後,就做了21 次軟體更新,其中5到6次的更新改進了節能的演算程序,我們不斷發現其他可以改進的地方。

「奈斯特」可能成為操控許多設備的中樞,不只是管理冷暖氣。

有可能,對。

可是你們說只有書呆子才喜歡智能家居⋯⋯

等一下,等一下,我沒說單純將設備串連起來,就是聯網的目的,你串聯這些家電,一定要有一個很好的理由嘛,你總不想在微波爐裡架設聯網吧,那有什麼意思?

所以什麼樣的聯網才有意義?未來的家居環境可以有什麼變化?

現在,你回家的時候,我們的「奈斯特」感應器會看到你的身影,開始開冷氣,讓你一回家就感覺很舒服。如果你將場景帶到未來,你開車回家,你的電話或你的車子知道你要回家,就會讓「奈斯特」知道,等你快到家時,家中設備開始啟動,可能播放你最愛聽的歌,或開燈等等,或者當我離家,啟動相反的功能。

這樣聽起來很像書呆子的美夢成真耶,重點不在節能,是增加生活的舒適度。

這兩件事其實可以並行。「奈斯特」承諾客戶,我們要給您一個舒適甚至比以前更舒適的居家環境。

班.謬恩(Ben Milne) 30 歲,創業家

在網路時代, 大眾所想像的數位支付系統仍只能依附在現有信用卡網路之下, 但應該有更迅速、經濟的付款辦法

網際網路傳輸資料極為快速,為何轉帳不是如此?班.謬恩提出這個問題,想到了答案,然後創辦了「朵拉」(Dwolla)這個數位支付網路,讓款項流通更快速、方便又安全。

到 2013 年底,「朵拉」將為 25 萬名消費者和企業處理超過 10 億美元的款項,也募得 2,250 萬的創投資金,不但對支付領域的老大哥 PayPal 形成威脅,更讓歷史悠久的信用卡機構如 Visa 備感威脅。雖然謬恩亮著一顆光頭、留著大鬍子,外表很像舊金山的頹廢人士,可是他其實來自愛荷華州,公司開在該州首府迪莫伊(Des Moines)。

2012 年間 美國的信用卡特約商店共付 出 665 億美元的信用卡交易手續費

2001 年,謬恩用銀行存款 1,200 元,開了第一家公司,可是經營成本令他苦惱。他回想:「我們每年花 55,000 元繳納信用卡的手續費,太誇張了吧。」
謬恩很肯定他別無其他出路,只能自己想辦法。之後兩年,他想出來了。

2010 年12 月,「朵拉」在美國成立,到了2011年7 月,每天交換了100 萬美元的款項,但在去年底,「朵拉」處理的金額已將近300 萬。在市場充斥行動支付服務和數位現金方案的今日,謬恩的服務可說是獨樹一格。幾乎PayPal 在內的所有電子支付系統都依附在進行非現金交易4 大金融網路下。

但「朵拉」不必採用時下4 大非現金交易的金融網路,因為它有自己的網路,叫做FiSync,可直接與銀行連線。所以「朵拉」不必向任何單位付款。商家最能因「朵拉」受惠了。要是交易款項超過10 美元,收到「朵拉」處理款項的那一方必須為每筆款項支付25 美分,可是假如交易款項低於10 元,就不用付任何手續費。相較之下,信用卡付款和信用卡網路的中介機構針對每筆交易要抽取2 ∼ 3% 的手續費,另外還要收30 美分。

對消費者而言,「朵拉」這個系統很簡便好用:他們可以寄錢到一個電郵地址、電話、推特代號或臉書朋友,收款的那一方會收到一個訊息,希望他加入「朵拉」,以便收款。此外,銀行也受惠了,因為「朵拉」可以即時付款,這是傳統信用卡網路所欠缺的優勢。

FiSync 的技術要求很簡單。「朵拉」必須與美國的每家銀行簽約,因為每家銀行都有自己嚴密的帳戶資料庫,一旦FiSync 與各家銀行的資料庫直接連線,就可輕易取代「媒體交換自動轉帳系統」(Automated Clearing House, ACH)或其他轉帳網路。

目前謬恩只與16 家金融機構簽約合作,他說他準備把那個數字往上衝。雖然在外跑業務很辛苦,他仍下定決心一家一家銀行去談,一步一腳印地達成目標。

巴拉吉.斯里尼瓦桑(Balaji Srinivasan) 33 歲,創業家

為想當爸媽的夫妻檢測隱性疾病,可能是臨床基因組學前所未見的重大突破

大概沒有一間公司比「康試」(Counsyl)做過更多醫學性質的基因檢測,「康試」由巴拉吉.斯里尼瓦桑與友人共同創立,檢測全美3% 新生兒的父母的DNA。

由於基因分析剛從研究實驗室跨入醫生問診間和其他臨床領域,斯里尼瓦桑認為一間成功的公司應從研究比較直截了當的問題開始,這是「康試」創業初始就只檢測醫界已非常了解的隱性基因疾病的原因。

每年,全美每1,000 個新生兒中,3 個患有隱性疾病例如囊狀纖維化(cystic fibrosis),嬰兒的父母並未患病,他們在不知情的情況下,帶有某個有缺損的基因。假如父母雙方都帶有基因缺陷,孩子得病的機會是25%。

想當爸媽的夫妻只要支付99 美元(保險支付後金額),他們的醫生就可以向「康試」訂購一套檢測產品,這套產品會從父母的口水或血液中抽取DNA,為超過100 個與隱性遺傳疾病有關的基因進行排序。要是夫妻雙方都帶有同樣的基因缺陷,他們可以考慮如何應變:接受風險,自然受孕;不再受孕,或使用試管受精,讓醫生篩選掉帶有兩對缺陷基因的胚胎。

斯里尼瓦桑說:「基因組學將寫下診斷學的新頁,我們是先行者。

朱麗.凱恩斯(Julie Kientz) 33 歲,願景家

如果你要用科技改善自閉症患者和他們家人的生活品質,祕訣就是把科技放在次要的位置

朱麗.凱恩斯是人機互動的專家,但她與許多電腦 科學家不同,她常常不在電腦螢幕前,她努力研究的是 人機互動中屬於人的層面。

每 88 個美國孩童中 就有一個罹患自閉症

凱恩斯是美國華盛頓大學的教授,她對科技的看法 是非常人本的,強調凡事以人優先,因此她發明了一些 新穎方法幫助睡眠障礙患者和自閉兒的家人,其中包括 一個使用推特來追蹤兒童發育重要階段的電腦程式。

她就讀喬治亞理工學院研究所時,就開始有了這 些新穎的構想。她的博士班指導教授喬格利.阿堡德 (Gregory Abowd)的兩個愛子都是自閉兒,他對孩子的愛啟發了凱恩斯,於是她開始研究可以增進自閉兒照顧的科技,但她並非從科技著手,她先當自閉兒的治療師。進行療程時,治療師會要求患兒指向某個物品或聽其他指令做動作,然後用紙筆記下患兒的發展狀況。她發現這種紙筆記錄的方法有一些問題。有個問題是,可能好幾個治療師都需要檢視某個小孩的病歷,但檔案只有一份,此外,若資料只寫在紙上,就很難將長遠的病情發展趨勢圖像化或檢視患兒正常發展過程中少數的負面狀況。於是她提出一個改進方法,那就是讓治療師使用數位記錄筆和一種可將筆記數位化的特別紙張,筆記和圖表可以自動輸入資料庫,而且與每次療程的錄影畫面同步串聯。

凱恩斯治療自閉兒期間,得知美國疾病控制與預防中心(Centers for Disease Control and Prevention)的聯邦政府衛生官員也在尋找早期發現兒童自閉症和發展遲緩徵狀的方法。她深入了解後,發現很多自閉兒家庭早已在記錄政府尋找的資料,可是資料的形式如快照、錄影影片、寶寶成長紀念冊卻很難與衛生官員收集的正規追蹤資料做整合。於是她開始建構一個名為「嬰兒學步」(Baby Steps)的電腦程式,這個程式結合傳統寶寶成長紀念冊的功能和記錄特定發展里程碑的方法。好幾個家庭已經在試用「嬰兒學步」,凱恩斯也獲得美國國科學基金會(National Science Foundation)提供一筆50萬美元的研究獎助經費。

舉例來說,患兒的家庭會接到一個攸關孩子發展里程碑的問題和一個代碼,他們回答問題後,孩子的資料就會輸入資料庫。如下:
@BabySteps_Nov2012:如果周遭出現極大的噪音,您的寶貝會把頭轉向那個噪音來源的方向嗎?(問題)
#baby68(代碼)

家長回覆道:
@juliekientz: #會#瑪雅會把頭轉向噪音的來源(答案)
#baby68(代碼)

此外,以往有失眠障礙的人若想了解病況,必須前往實驗室,整晚身上貼滿電極貼片,之後再坐到特殊儀器前,測試自己的行為反應時間是否受到睡眠不足影響。為了幫助這些人了解自己的問題,凱恩斯和華盛頓大學的一些同事合力做了一個叫做「搖籃曲」(Lullaby)的原型,它是一個盒子,上面裝有突出的光線、溫度和行動感應器的,與電腦和觸碰式面板連線,病人可以穿戴一個不顯眼的商業小儀器例如Fitbit,它會追蹤患者日間的活動和夜間的睡眠模式。

因此患者不再需要填寫向來很不準確的睡眠日誌,為了取代衡量患者反應時間的實驗室測驗,凱恩斯的研究團隊還設計了一個智慧型手機的應用程式,讓患者可以做自主檢驗。

安立奎.勞尼茲(Enrique Lomnitz) 30歲,慈善家

一個誕生於墨西哥市的設計系學生在美國完成大學學業後,返鄉幫助當地克服用水危機

我在美國羅德島設計學院就讀時,和朋友一起做了一個有關墨西哥市低收入行業的永續住宅相關作業,過程中,我們發現民眾愈來愈難取得用水,可是其他的公共建設例如電話、人行道、安全卻不斷進步,我們相信這個城市需要另一種取得用水的管道。

墨西哥市多達1,000萬人無法取得潔淨用水

墨西哥市70%的用水來自蓄水層,地下水位每年下降大約1公尺,造成極大的水位壓力。因為墨西哥市抽取地下水,在20世紀,該市的土地下陷了超過10公尺。利用雨水可以大幅扭轉這個情況,即使只使用小水箱,一年到頭,市民單靠雨水,就可以生存6個月,而且雨水在雨季非常豐沛。

起初,我們的挑戰是製作一個相對廉價的系統,這個系統採用一個簡單的過濾系統,以維持用水的品質,你可以進一步加強你在家自用的系統。我們的雨水系統會與屋頂上的水箱、幫浦和集水箱連接,由於有地心引力,住宅就可收集到雨水。

4年來,我們已經安裝了將近1,300套系統,也一而再地重複這個工作過程,我們開始賣系統,開始能夠提供慈善微型貸款,取得政府資金,也陸續收到許多企業界的捐款,因為如此,我們有了好多可以大展身手的園地。

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