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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

298期2016年08月號

出版日期:2016/08/15

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智慧機電整合 創造機器人新時代

口述/荷蘭恩荷芬理工大學 Maarten Steinbuch教授 資料整理/陳玉鳳 圖片來源/工研院、Fotolia

人類社會面臨許多挑戰,其中有許多難題需寄望科技的進展,才能露出解決的曙光,機電整合就是一帖解方。此次「藍海系列演講」特別邀請荷蘭恩荷芬理工大學特聘教授Maarten Steinbuch前來分享未來機電整合應用在汽車、機器人和人類生活中的最新進展,這些科技趨勢的演進勢必將更快速地改變產業面貌及你我的生活。

機電整合加上大數據分析、人工智慧的進展,預期將進一步打造出更先進的網宇實體系統(Cyber-Physical System;CPS)。CPS是指結合電腦運算、感測器及致動器裝置的整合控制系統,強調各個實體裝置和電腦運算網路的連結,甚至是人、機、物的融合計算,例如機器人網路和無線感測網路。

時代雜誌曾有一期的封面故事以「2045年─人類獲得永生」為報導主題,文章中提到,美國作家科茲威爾(Raymond Kurzweil )表示,2045年,人類將會透過與機器結合而獲得永生,電腦的智慧將取代人腦,永久改變人類的命運。屆時,人類和電腦智慧將無法區分。

科茲威爾除了是作家外,它同時也是一位發明家,比爾蓋茲(Bill Gates)曾稱讚他是 「人工智慧未來的最佳預測家」;他早在其2005年著作「奇點迫近:當人類超越生物學限度」(The Singularity Is Near:When Humans Transcend Biology)中就做出2045年人類獲得永生的預測。

不要以為這很遙遠,在我看來,我們為了掌握寵物的行蹤,而將半導體晶片注射進寵物體內,就是將生物體與機器結合,而這樣的技術當然也是可以應用在人體上。我認為人體與機器的結合已在發生中。

當然,透過與機器結合獲得「永生」,這樣的預測仍然有點難以想像,但是一個可以預見的事實是,隨著醫學的進步,從現在開始的30年內,一切疾病都會被消滅似乎是有可能的,如此一來,我們就必須思考,「我們該如何處理龐大的老年人口所衍生出的各種問題?」畢竟,在人類歷史上從來沒有出現這樣的現象,所以也沒有之前的經驗可以借鏡。

網宇實體系統導入 生物結合機器成為可能

我們必須從多個角度去思考,機器人對於我們的未來生活的必要性,以及它們將扮演何種角色?我知道關於機器人利弊得失的討論還存在許多分歧及爭論,但是我們自問未來生活中的許多問題,例如上述提到的全球高齡化趨勢下的老年照護需求,是否有足夠的人力能夠滿足?如果無法滿足,就勢必得利用機器人勞動力。機器人技術的進展,開啟許多運用上的可能性。

機器人大突破 應用可能性大增

Google在今年二月間釋出旗下研究單位所研發的新一代Atlas機器人影片,相信看過的人一定印象深刻。這款機器人專為戶外和室內作業而設計,摔倒也不怕,能夠自己再站起來,體型也更接近人類,高約175公分,重約82公斤。我們從影片中可以看到,研究人員對Atlas機器人進行了一系列的測試,例如,從機器人身邊移開物品、推倒機器人等,但是新型Atlas還是可以重新偵測物品所在位置,且再度舉起,跌倒了也可以自己爬起來。

Atlas採用電力和液壓驅動,使用在身體和腿上的感測器來取得平衡感,而裝在頭上的光線偵測和距離修正(Light Detection And Ranging;LIDAR)感測器,以及立體視覺感測器則用來閃避障礙物、偵測地形,有助於導航和操作物品。觀看影片中的機器人,其動作已相當類似於人類動作模式。機器人要進展到這個階段,其實是經歷了相當漫長的歷程,由此,我也常常讚嘆人類構造及動作模式的完美。

在機器人的研發方面,我所任職的荷蘭恩荷芬理工大學高科技系統中心(High Tech Systems Center;HTSC),也已取得長足的進展。例如,我們的足球機器人在日前於德國萊比錫舉行的第20屆「Robocup機器人世界盃」中再度奪冠。RoboCup機器人世界盃是全球最大的機器人設計與操作比賽,這個比賽不僅是各種機器人間的競爭比賽,也是技術研發人員、電子電機自動化科學科系的學生們互相學習的平台,並能進一步將技術轉移到工業應用與生產領域。

我們的機器人之所以能奪下冠軍,這樣的成果是來自於智慧感測、數據分析、評估、預測、優化、協同等技術的進展,進一步融合運算、通信、控制等,才能做到即時判斷、反應及動作。

醫療機器人 協助降低手術錯誤

機器人其實離你我的生活並不遠,已運用在許多方面,例如醫療領域。目前最知名的醫療型機器人非「達文西機器手臂」莫屬。這款機器人能協助外科醫師克服體力與腦力的極限,並大幅提升手術品質,目前已廣泛使用於婦科、泌尿、腸胃、心臟、耳鼻喉等各種不同手術。現在,隨著技術的進步,機器人可以做到更精細的動作,例如,我們就已開發出高精密度的智慧型眼睛外科手術機器人。

我們知道類似視網膜修復或者視網膜脫落治療這樣的手術,對於精準度的要求極高,大多數情況下只有資深醫師才能做這種手術。但資深醫師的年齡一般較大,手容易顫抖,這樣一來又給手術增加了難度,而我們開發的機器人可以用於保持穩定,協助醫師更輕鬆、更精確完成視網膜和玻璃體手術。

在這樣的運作模式中,醫師仍然是操刀負責人,藉由兩支操作桿控制機器人的手臂,機器人可以確保醫師每次都能精確地將針插入同一個點中,減低顫抖帶來的眼睛損壞。機器人操控的精確度可以達到0.00001米,此外,該機器人還可以快速交換工具,確保整個手術順利進行。

汽車及建築工程 革命性改變進行中

不只醫療領域,智慧機電整合在汽車中的應用更是如火如荼地展開,無人駕駛車就是目標之一。我認為無人駕駛車是必然的趨勢,因為這能解決老年人口的交通問題,而這個領域在接下來五年的進展,將超過之前50年的總和,這都是拜人工智慧及機電整合技術進步所賜。再者,電動車的技術也持續發展,朝著一次充電可行駛400公里、15分鐘快速充電的目標進展,而太陽能電池的進展更可能為電動車的能源問題帶來革命性的發展,這些都是我們目前在致力研發的方向。

智慧機電整合在營建工程的應用也非常受到矚目,例如結合先進的施工機械和機器人,導入人工智慧和數據分析,能應用於營建工程的資訊規劃,設計、施工及營運各個階段。事實上,荷蘭恩荷芬理工大學已在測試利用混凝土來進行3D列印,並在水泥中安裝地震感測器和跨區纜線,如此一來,只要發生地震,感測器就能迅速提出警訊,並通知相關建築系統自動進行結構調整,且可以用來確認地震後的牆壁是否安全。這樣的技術將來可應用於房屋、高架橋、隧道等混凝土結構工程,建築避震結構將產生革命性的改變。

科技爆炸性發展 「第四代大學」加速創新

看了上述這些例子,可以知道機器人的進展已非同日而語。過去許多人看待機器人的角度可能是,”That's the funny robot which can do monkey things!(那有趣的機器人能做猴子做的事!)”,就只是覺得有趣,然而就事實來看,隨著人工智慧在接下來的10年會呈現等比級數的成長,更甚者,到了2030年,電腦智慧將趕上人類,到2045年時,科技發展將由電腦接管,每一代的人工智慧都會越來越快,科技將呈爆炸性發展,之後的科技發展已無法精確預測。

於是,機器人在未來會成為「愛因斯坦」,而人類對機器人而言就是「愚蠢的人類」。也就是說,隨著人工智慧進展,最後機器人可能從思考速度緩慢的人類手中接管自己的發展,這不只是科幻情節,而是已在發生中,這提醒我們在利用機器人的同時,也必需要謹慎思考可能衍生的問題並及早因應。

面對人工智慧及工業4.0新時代的來臨,我們致力於培養新世界所需要的機電整合創新人才。從學界出發,我們非常積極與業界接觸,也希望能與全球各地機構合作。我們也時時刻刻自問,面對科技的快速發展,以及人類生活將受到的重大衝擊,大學機構該如何加速研發,該如何確保能跟上創新速度?

我們的答案是要重新定義大學,也就是要轉型為所謂的「第四代大學」。我們必須成為一所開放式大學,向產業、企業及個人敞開我們的大門。在這樣的開放式環境中,創新並非獨力進行,而是透過合作、客戶參與的方式實現。唯有如此,才能在大學環境中快速引爆足以改變世界的破壞式創新,做好迎接新時代來臨的準備。

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