帳號:
密碼:
CTIMES / 文章 /   
協作機器人來了!開放原始碼是關鍵
開啟第三代智慧型機器人年代

【作者: 陳于風】   2012年12月21日 星期五

瀏覽人次:【16308】
  

機器人 Robot 一詞最早是在 1920 年,在捷克作家卡雷爾.恰佩克 (Karel ?apek) 的科幻小說《羅薩姆的萬能機器人 (Rossum's Universal Robots)》中所出現,據說是由他的兄弟約瑟夫.恰佩克從捷克文原意為工作的Robota 及波蘭文原意為工人的Robotnik 這兩個字得到靈感而創造出來的。另外,發明家愛迪生早在 1911 年就曾經表示,他對機器未來有更寬廣的用途從來沒有懷疑過,「機器將參與許多事務,而不是靠人類手工來完成。」


在過去,機器取代人類勞工從事嚴苛和危險工作,例如利用機器手臂進行汽車自動焊接的工作,它不僅比人力更有效率的達到目標,更代表著進步的意義。而後來機器人的發展確如愛迪生所預言一般,參與了許多事務。它不單單僅是成為人類替代的勞動力,更為人類到達無法親臨的外太空或是深海,執行人類所給予的命令。因為人類的需求,機器人的發展必將持續演變和進化。



圖一 :  下一個協作機器人的主要市場將會圍繞家庭成員,特別是老人。只需要協作機器人的少許幫助,老人就能夠在家獨立生活。
圖一 : 下一個協作機器人的主要市場將會圍繞家庭成員,特別是老人。只需要協作機器人的少許幫助,老人就能夠在家獨立生活。

從機器手臂到智慧型機器人

機器人產業的發展過程可依據技術的進展劃分為以下三個時代:第一代機器人主要是工業用機器人,其存在的目的在於解決製造業中各種具有加工重覆性、危險性高之粗重工作,例如焊接、切削、裝配、運輸等,這類機器人一般是以固定順序之控制程序來執行。


第二代機器人屬於「有知覺」的機器人,這主要是拜感測器技術進步所賜。感測器的應用提高了機器人的可操作性,也進一步深化了其應用層面。其中包括恩斯特在1961年採用的觸覺感測器,在1962年時,托莫維奇和博尼則運用了壓力感測器製造出最早的「靈巧手 (Dexterous Hand)」。麥卡錫並在1963年開始在機器人中加入視覺感測系統,並在1965年協助美國麻省理工學院推出了世界上第一個帶有視覺感測器、能識別並定位的機器人系統。


同年,約翰霍普金斯大學的應用物理實驗室透過聲納系統、光電管等裝置的應用,製造出一具名為「野獸 (Beast)」的機器人,它能夠根據所偵測到的環境訊息來修正自己的位置。因此從20世紀的60年代中期開始,全世界興起研究配置有感測器的「有知覺」機器人的熱潮。


隨著個人電腦產業的興起,機器人產業的發展也開始與個人電腦結合,應用產業也從工業開始多元化,邁入醫療、娛樂、居家照護、清潔、檢測、軍事、救援等等,自此開啟第三代智慧型機器人的年代。


封閉型作業系統有礙機器人發展

然而在過去機器人的開發過程中,由於受限於特定用途及客製化特性使然,因此都是採用封閉型的作業系統,其他開發者及使用者無法進行修改,這也就限制了進一步應用的可能性。其實過去的對於機器人的需求多數侷限在工業上,以機器人解決製造業勞動力短缺的問題,因此機器人所要處理及執行的任務相對單一及單純,因此封閉型的作業系統已足夠應付市場上的需求。


然而,隨著機器人應用的多元化,例如,汽車業所使用的機器人與電子業所使用的機器人在功能與應用特性上可說是大相逕庭,而封閉型作業系統因缺乏彈性,不但無法應付日新月異的應用需求,同時也限制住機器人產業本身的發展。


例如,在醫療領域上,透過機器人輔助醫生進行微型儀器的操作,或是進行遠端醫療等,機器人都可以扮演相當稱職的角色。像是 Intuitive Surgical 所開發的機器人da Vinci,這是一台經過美國 FDA 核准使用的機器人,到目前為止,它已經成功在全球各地的醫院完成超過 20 萬次手術。


但是這樣的機器人因為是封閉型系統,因此使用者或研究者無法針對本身特定的需求進行修改,因而限制其在醫療上所能應用的範圍。此外,因為是封閉型系統,迄今僅有一家公司有此種產品,因此造價非常昂貴,而無法普及至各階層的醫療體系,進而造福病患。


開放原始碼有助機器人普及化

有鑑於此,由美國國家科學基金會 (National Science Foundation) 所領導的新計畫,希望開放由美國華盛頓大學與加州大學共同開發的Raven II 平台的原始碼予各頂尖醫學教學機構,如哈佛大學與約翰霍普金斯大學,希望這些單位裡最出色的人才能在研究後擴展其功能,為現有技術帶來新的突破。


另外,由史丹佛人工智慧實驗室 (Stanford Artificial Intelligence Laboratory) 所推動的 STAIR (Stanford AI Robot) 計畫,在 2007 年開發了一套Robot Operating System (ROS),這是一套供開發機器人軟體使用的平台架構,目前採用BSD(Berkeley Software Distribution license)的授權方式,開放其原始碼免費供商業及學術研究使用。


該平台架構的後續發展是由 Willow Garage公司主導,目前約有20 個以上的研究機構,以聯合研究發展模式持續發展這套平台,且這個 ROS 平台目前已被超過10萬個研究實驗室用於開發機器人。例如,由Willow Garage公司和喬治亞理工大學的保健機器人實驗室共同建立的「人性化機器人」專案,就採用了 第二代ROS 來設計可幫助老年人和殘殘障人士的機器人。


身為 Willow Garage公司開放原始碼發展部門處長 (Director of Open Source Development) 的 Brian Gerkey 博士,他本身也是開放原始碼機器人基金會 (Open Source Robotics Foundation) 的執行長,他表示:「賦予生產線機器人感知周圍是否有人的能力,並且在必要的時候服從人的操作,這是新一代『協作機器人』所引領的方向。他們能夠和人類一同工作,並且在提高生產力的同時,不會對人類造成傷害。」


他還預測說:「協作機器人還會讓醫療等主流市場實現自動化。特別是在工業自動化市場之後,下一個協作機器人的主要市場將會圍繞家庭成員,特別是老人。只需要協作機器人的少許幫助,老人就能夠在家獨立生活。」


一家位在美國波士頓的 Rethink Robotics 公司,在 9 月 17 日剛宣佈推出的新款機器人 Baxter,就是 Gerkey 博士口中的「協作機器人」。過去在生產線上使用機器人,必須注意到機器人是否會傷害到附近周遭一起工作的同事。為了預防發生問題,通常會把機器人隔離在盒子中。


這款 Baxter 採用 ROS 系統,任何人都可以教它該做的任務,而且僅需數小時馬上就可以上線工作,無須等待系統整合的時間。它可以直接與生產線上其他工人「和諧」相處,因為它可以感測到周遭人員的距離,而做出相應的動作。


此外, ABB 公司名為 Frida 的工作安全概念機器人,擁有平衡的四肢,採用小型馬達,可防止傷到位在附近的人。 而 MEKA 公司的機器人,則是將手臂設計成與人類的尺寸類似,因此得以恰當模擬人類手部的動作。Motoman公司的機器人則是擁有兩隻可確保工作安全的手臂,該機器人已在實驗室中證明能與技術人員共同工作。 這些公司所開發的協作機器人,都與 Gerkey 博士的預期不謀而合。


美國也推出了國家機器人計畫 (National Robotics Initiative),藉以推動協作機器人被更廣泛的使用。國家機器人計畫將在2012年以7千萬美元的合同方式推動工業自動化、老人協助和軍事應用中的協同工作、協同生活和協同保護機器人研發。這項計畫的另一個目標是希望透過使用協作機器人提供生產力,進而使製造業得以重新回到美國本土。


此外,美國國防部也大力投入協作機器人的研發工作,計畫讓訓練過的操作人員遠端探測並拆除爆炸軍械,並且協助步兵和軍警進行城市偵察等行動。然而這些協作機器人的推廣,都有賴開放原始碼作業系統平台方能達成。


平台統一化將加速「機械公敵」情節成真

推動機器人產業的發展必須使用開放原始碼作業系統,相關各界已有所共識,但目前的問題在於除了 ROS 平台之外,市場上尚存在許多其他開放原始碼的機器人作業系統,因此這是一個百家爭鳴的時代。


這也代表著,目前機器人產業已經體認到唯有開放原始碼,才能讓這個產業往下一階段發展。因為第三代智慧型機器人是一種由跨領域技術所構成的機器人,其技術高度已非第一、二代所能比擬,因此單靠一家公司之力將很難撐起產業的發展。


這就如同當初智慧型手機在發展之初,主要是以微軟與 Palm 的作業系統為主,但是後來因為蘋果 iPhone 的出現,其開放作業系統原始碼提供給全球應用開發商使用,因而創造出所謂的 App 經濟的蓬勃發展,也將 iPhone 推向全球智慧型行動裝置的寶座。Google買下Android之後,也是複製開放原始碼的策略,使得Android陣營最終仍然保有與蘋果的iOS一較高下的機會。


其實在這波機器人作業系統競爭中,微軟公司也吸取了之前發展智慧型手機作業系統失敗的教訓,當它在 2006 年推出 Robotics Studio 時,便採用教育界及學界可免費使用的策略,雖然只是公開其部分原始碼,但由於其採用模組化的架構及圖形化介面,因此亦吸引了部分初步涉獵機器人領域的個人與公司的使用。


其實隨著平台統一化的趨勢越來越明顯,比爾.蓋茨也預言,家用機器人很快將席捲全球,或許在不久的將來,我們很快就會見到如同電影「機械公敵」所描述的情節一般,我們的社會有著一群個人機器人(Personal Robot)為我們服務,但是如果機器人無法遵守當初由科幻小說家艾西莫夫在小說《我,機器人》中所訂立的「機器人三法則」時,人類又該當如何呢?(作者為CTIMES特約主筆)


機器人三法則

第一法則:機器人不得傷害人類,或袖手旁觀坐視人類受到傷害。


第二法則:除非違背第一法則,機器人必須服從人類的命令


第三法則:在不違背第一及第二法則下,機器人必須保護自己。


機器人發展史回顧

回顧機器人的發展歷程,喬治.德沃爾於1954 年製造出世界上第一台可程式編譯的機器人;五年後的 1959 年,喬治與美國發明家約瑟夫.恩伯格步聯手製造出第一台工業機器人。之後,恩伯格還成立了世界上第一家機器人製造工廠 - Unimation公司,同時也因為他對工業用機器人的研發和大力宣傳,後來被尊稱為「工業機器人之父」。日本的機器人產業與技術也是因為在 1967 年從 Unimation 購入第一台機器人並獲得技術移轉之後,開始有了長足的發展。


不過,全世界第一台仿人形機器人(Humanoid Robot)其實是由西屋電氣公司在 1937 年至 1939 年間所創造,並於1939 年在紐約世界博覽會上首次亮相。這個被暱稱為 Elektro 的機器人身高 7 英尺,重達 265 磅,可透過語音控制行走,能夠說出詞彙數量約有700多個,它除了會擺動頭手之外,還會抽煙跟吹氣球,在當時展出時引起很大的迴響。雖然它的動作有限,但還是引起大眾對於擁有家用型機器人的憧憬。


隨後發生的第二次世界大戰導致機器人的相關研發工作受到影響。然而,隨著機械、電子、感測器、驅動與控制等多個與機器人開發有關領域的大幅進展,使得機器人的應用範圍也越來越廣泛。(陳于風)


相關文章
非對稱式Security Boot/Security Update的實作
醫療保健業:資料準備程度指數 3級
丟掉鑰匙並快速構建智慧鎖
全面保障硬體安全
導入智慧化系統 工安全面升級
comments powered by Disqus
相關討論
  相關新聞
» 見證IC產業前世今生 「IC積體電路特展」多元化呈現
» IEK: 台灣智慧製造生態系規模底定 加速半導體等產業應用擴散
» SEMICON Taiwan 2018國際半導體展暨IC60大師論壇即將登場
» 中國大陸SUV車型持續熱銷 三四線城市需求大
» Mouser即日起供應Molex ValuSeal IP65線對線連接器
  相關產品
» 雅特生ERM電源轉換器模組系列添加72個全新型號
» 威世科技新型IHLP電感具有耐高溫性能
» Maxim發佈最新Himalaya DC-DC降壓轉換器
» Vicor推出全新20 Amp 48V Cool-Power ZVS降壓穩壓器系列首款產品
» Diodes公司帶高壓電晶體之切換式穩壓器提高線式充電器效率

AD


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2019 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29號11樓 / 電話 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw