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展望智慧型機器人的未來──專訪成功大學先進智慧型機器人與系統實驗室

採訪、攝影/顏妤安、謝瑩霖
圖片提供/成大機器人實驗室

無論是在國外舉辦的RoboCup機器人足球盃競賽、FIRA RoboWorld Cup世界盃機器人大賽,或是國內舉辦的機械手實作競賽、智慧型保全機器人競賽,李祖聖老師所率領的國立成功大學先進智慧型機器人與系統實驗室「aiRobots」團隊都是大家耳熟能詳的常勝軍。

到底是什麼樣的實作經驗以及教學方式,讓該團隊總是能在每一年競賽中擊敗其他參賽隊伍,獲得亮眼的成績呢?而aiRobots團隊所開發出的機器人,又能為臺灣的智慧型機器人帶出什麼樣的未來呢?

實驗室歷年開發項目

三十年前,比爾‧蓋茲曾預言個人電腦將全面進入家庭;而三十年後,比爾‧蓋茲再次預言:機器人也將重覆個人電腦崛起的道路,徹底改變這個時代的生活方式。成大先進智慧型機器人與系統實驗室正是秉持著為人類謀福利的精神,由成大電機系特聘教授,同時也是臺灣機器人學會理事長的李祖聖老師領軍,致力於機電整合研究與智慧型機器人的開發,企盼能讓機器人在2020年時進入家庭。該實驗室歷年來曾開發過的重要項目包括了車型機器人、小人形機器人、保全機器人等,現今則以開發大人形機器人與服務型機器人為主。

車型機器人

直到近幾年智慧風潮興起,各大廠紛紛投入智慧車的開發之前,大家對於智慧車的印象應該都還是停留在影集《霹靂遊俠》裡的「夥計」身上。但早在智慧車尚未普遍受到矚目的十幾年前,成大aiRobots智慧機器人團隊就已經開始著手開發「Smart-Car」車型智慧機器人。這是該實驗室於2000年至2005年間的主要研究課題之一,利用IC設計的概念以及紅外線感測的技術(研究後期改為超音波感測)來製作,使機器人可以自主完成轉彎、路邊停車,甚至是倒車入庫等動作,還能夠偵測路旁的停車格是否有障礙物再決定是否停車,如同有真人駕駛一般,可說是國內智慧車研究的先驅。

小人形機器人

在競賽中歸類為「Kid-size」的小人形機器人是從2005年開始進行開發,一開始的第一代的機器人尚無法像人類將腳抬起步行,只能以「走太極」的方式在地上拖行雙腳前進;而到了2006年時,機器人已經能夠進行上樓梯的動作,其重心的移動主要仰賴位於膝關節的馬達。

第三代的小人形機器人,已進化到能夠透過辨識貼在飲料罐上的紅色貼紙,精準地擊倒保齡球瓶。若無法一次全倒,還能判斷要如何解球,將剩餘的罐子擊倒,一系列的動作都是全自主(Autonomous)完成,無需仰賴旁人或另外的電腦控制。2008年,再度改良過的第四代小人形機器人身上多增加了一個關節,能夠順利完成舉重的動作,並在舉起40~60片光碟的重量的同時保持平衡步行,也能夠完成籃球、慢跑等項目,更加接近「十項全能」的境界。而後,實驗室陸續對機器人做出修正,包括更改了平行四邊形連桿的結構,以及替機器人穿上鞋子,使步態更穩定。2010年,成大智慧機器人團隊帶著小人形機器人參加了舉辦於新加坡的RoboCup世界賽,並拿下了技術挑戰賽的亞軍。

保全機器人

相較於前述的車型機器人與小人形機器人都是以單獨動作為主, 保全機器人在開發上則加入了團體合作(Team-work)的概念。保全機器人是由中型足球機器人改良而來,為上半身人形、下半身為輪型的機器人。由三∼ 四臺機器人構成一個小組, 具備了避障、身分辨識、自動充電等功能,可做為博物館的巡邏及導航機器人之用。在團隊合作的方式上,好比說如果有其中一臺機器人偵測到火警,便會發送信號通知另一臺機器人前來,第三臺機器人則能扮演引導民眾疏散的角色,充分發揮各司其職的功能。在導航方面,由於當時尚未具有建立地圖的概念,因此是透過事先在各區域布置好RFID 標籤的方式,讓機器人在接收來自麥克風的訊息後,能將使用者引領至正確的位置。

大人形機器人「David II」

正所謂機器「人」這一個名詞,顧名思義就是要像人一樣能雙腳站立與行走,而許多比賽如RoboCup和FIRA都有針對人形機器人所設計的競賽項目。來自成功大學電機系的先進智慧型機器人與系統實驗室,從2011年開始開發大人形機器人,實驗室內前後兩代的「David」都是由學生自己設計打造而來,從機構設計到軟體程式的撰寫全都不假他人之手,此種做法雖然需要耗費較多的精力,但假如機器人發生問題,負責的成員也能迅速找出錯誤,並在短時間內修改完畢。

服務型機器人「May」

服務型機器人——「May」,它的構造相當簡單,纖細的身體搭配靈活移動的底盤,既能透過頭上的眼睛來觀察環境,甚至還可以利用麥克風跟它對話。其上身長度的設計是為了因應家中環境,由於許多家具的高度通常都在70公分左右。所以開發團隊特地將身高設計成140公分,是為了降低在家中環境執行任務時,被家具影響到的可能性。在此種高度下,頭上的攝影機也可以完整地拍到人體全部的骨架,因此進行互動時,使用者不需將將腰桿彎得很低。

機器人教育與實踐

在機器人的教育與指導上,李祖聖老師表示:先進智慧型機器人與系統實驗室的學生都十分積極主動,老師不需要擔太多的心,只要給個大致的方向,大家就會自行分組討論,並在每周一次的Meeting上以四人為單位進行發表。不過他也強調:研究生與大學生最不同的之處,在於必須找出「Something New」或是「Something Different」,而不是像大學生一樣以現有的方法或過去學過的東西來製作專題。「新穎性」、「進步性」、「實用性」三者皆不可或缺,製作出來的機器人或研究出的理論才真正具有價值,也才能受到智慧財產權的保障。

即使目前機器人領域還有許多未知的情況需要探索,但也代表了還有無限的可能性等待我們去發掘。相信秉持著這樣的信念投入機器人產業的研究菁英們,在將來都會是注入臺灣機器人產業的一股活水,也能夠開發出更多兼顧理論面與實用面的智慧機器人,讓我們的生活如同比爾‧蓋茲所預言,全面進入一個嶄新的時代。

 

文章節錄自《ROBOCON》國際中文版2014/1月號

關於作者

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