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機運:那晚,我們一起作的機器人夢

NAO機器人全身具備25關節自由度,並搭載具備聲納感測器、攝影機、喇叭,可以主動接收場地的資訊,透過軟體處理做出反應。

NAO機器人踢球。

記錄\王昱夫

新世紀福音戰士、鋼彈、勇者系列、瓦力、變形金剛⋯⋯我們曾經擁有過無數個關於機器人的夢(甚至有些現在仍延續著!),看著它們奔跑、飛行、戰鬥,背負著人們的熱血與希望,這裡指的不只是螢幕裡主角的心情,同時更是生活在二維空間以外的大家,持續嚮往的憧憬。在這場「機運」演講中,PanSci找來了ㄧ群機器人夢的實踐家,讓我們一同回想,那夜,難以忘卻的感動!

機器人闖關事件簿

林哲毅\台灣大學電機工程學研究所碩士

“A Robot in every home” — Bill Gates

下一個世代,絕對是機器人的世代!那在未來的生活中,我們對於機器人的想像是什麼呢?他們可以為我們做什麼?機器人與人類的互動是如何?幾年前的一份課堂作業,促使講者開始思考關於機器人的種種,如今,許多夢想不再遙不可及,全新的技術、知識隨著時間被研發出來,激起了心裡那股莫名的衝動,想在這個領域裡追求些什麼。

IRHOCS國際機器人實作競賽

IRHOCS實作競賽主要分成籃球機器人和保齡球機器人兩項,講者參加的是其中籃球的項目。這項競賽並無太多限制,機器人強調一切「從無到有」,全部自己動手DIY,在軟硬體技術上,都有大會贊助單位可以提供協助,在團隊合作完成機器人的過程中,也可以學到許多相關有用的技術喔!從找球、取球、走位、傳球到射籃,這項競賽的憧憬(為避免碰撞產生爭議,目前競技規則中仍禁止機器人進行互相防守),就是有ㄧ天能夠達到「全自動機器人籃球賽」的境界!

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運用飛輪機構投籃的機器人。

熱血機器人投籃

對機器人來說一連串的籃球動作裡,最需要參賽者傷腦筋的,就屬「投籃」這個動作;比起找球、移動(走位)或是取球,射籃動作更需要設計者精密的設計(人有時都沒法好好穩定投球了,何況是機器人),才能在瞄準與控制力道、角度上做出好的反應,完成進球目標。

「由於所有東西都是團隊從無到有打造出來,包括電路板自己焊、硬體自己組,常常在碰到問題時都要埋頭很久才能挖出癥結點,那種壓力,尤其是在比賽前,如果機器不work時教授剛好走過你旁邊,實在是會覺得很⋯⋯」不過正因為可以正面迎戰這些實務操作的困難,獲得的經驗也才更彌足珍貴。

讓籃球飛

單單就射籃這個動作,也就有各種不同的機構可以設計:打擊式、拋投式(彈道固定好控制,但缺乏調整彈性)、氣壓閥,甚至電磁砲的概念都可以融入其中!充分展現各家創意。在評估控制與力道的優勢後,講者團隊選擇了「飛輪式」的新出球設計,這樣的設計主要是利用兩個滾輪藉由馬達驅動後,將籃球夾住再射出(看起來有點像是彈珠超人般的機構XD),不但可以彈性調整仰角,還可以改變滾輪轉速來控制投球遠近,比起傳統的拋投更具變化性!當然,有ㄧ好就沒兩好,具備了調整空間卻也相對地降低了穩定度,在挑選飛輪表面材質上就耗了講者團隊不少的心力呢。

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日本隊伍利用「曲球」的方式來打保齡球。

勝利並非一切,學會享受其中才能擁有比賽的感動

雖然說大家參加比賽都是抱著想獲勝,爭取名次的心態,但是怎麼樣在競賽中學會享受過程,或許才更是參加競賽的樂趣所在。像在實作競賽的保齡球項目中,日本隊伍選擇採用「曲球」的模式來發射出球,便是很令講者佩服的一點,若是單純追求勝負、成績,在保齡球項目上最保險的方法當然是讓機器人打出直球,不但較好瞄準,軌跡的精確度也較高;但是日本隊不但願意嘗試新的創意,更積極投入心力研究,雖然最後在競賽上成績並不理想,卻贏得了大家的重視,他們自己更充分享受在設計製作的過程中!

講者期許未來的參賽者,能夠透過不斷與其他隊伍討論,獲得新的啟發,同時永遠不要忘記,除了爭奪勝負,更要享受競賽的過程,在新創意實體化的瞬間,感受最真實的感動。

 

機器人足球盃的當前與願景

林坤立\國立台灣大學資訊網路與多媒體研究所博士生

機器人足球盃!聽起來就超熱血的啊,讓人不僅想到小時候的卡通「疾風戰士」,看著他們在場上奔馳、射門的模樣,讓人的心情不由自主地激昂了起來!到底現實生活中有沒有辦法做到卡通裡那樣的比賽呢?讓我們一起聽聽,講者從機器人足球盃的歷史談起,分析現狀,更告訴我們對於機器人賽事未來的期盼!

 Robocup

要談到機器人足球盃,可以從1950年代開始說起,當時正是人工智慧領域萌芽之際,往後的數十年間,各領域專家研究不斷累積經驗,終於,在1997年5月11號達成了一個重要的里程碑:IBM的深藍電腦(Deep Blue)戰勝了當時的俄羅斯棋王卡斯帕洛夫(Garry Kimovich Kasparov),象徵AI人工智慧邁向了新的階段;接著,同年7月4號,NASA的火星拓荒者號及逗留者號成功登陸火星並展開探勘任務,意味著人類在軟硬體技術上向上突破了過去的障礙。受到這兩大事件的鼓舞,許多機器人專家們覺得:是的,該是時候了,終於可以開始朝著「全機器人競賽」的理想發進!預計在2050年前,能夠達成「由一支全自動化機器人組成的足球隊,在FIFA規則下,戰勝當時人類足球世界盃冠軍隊伍」的夢想!這便是Robocup的起源。

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機器人比賽分級制。

目前機器人足球盃主要分成四部分,包含足球賽、救援、家用以及中小學賽事四大組別,各組別的賽事都需要軟硬體兼具的創意與設計,除了提供大家較勁、激發新技術的目的外,更是具有教育意義,尤其在低年齡層階段,能夠培養學生對於程式、指令方面的概念知識;而在家用及救援上,雖然目前技術的研發測試性質仍高於實際功能性意義,但也能透過比賽一窺未來趨勢。

足球盃分級制

國際機器人足球盃也有像人類比賽一樣的分級制度:人形機器人聯盟、中等尺寸機器人聯盟、小型尺寸機器人聯盟(透過置高攝影機掌握全場動態,主要比的是雙方機器人的團隊策略處理機能)、模擬聯盟(完全跳脫硬體限制,純粹比軟體)、標準平臺聯盟。其中講者參與的標準平臺聯盟,所有的參賽者都使用固定規格的機器人"NAO",主要比較的是各隊軟體的流暢性和策略性!

NAO機器人全身具備25關節自由度,並搭載具備聲納感測器、攝影機、喇叭,可以主動接收場地的資訊,透過軟體處理做出反應。

NAO機器人全身具備25關節自由度,並搭載具備聲納感測器、攝影機、喇叭,可以主動接收場地的資訊,透過軟體處理做出反應。

近代機器人學

機器人要如何在動態環境中即時做出反應呢?在高度不確定的場地下(包含球、其他機器人甚至是場外的觀眾都會造成干擾)要穩定執行自主行為絕對不是件容易的事,而這,便是機器人足球盃參賽者們最直接面臨的挑戰,也是近代機器人學(Modern Robotics=機率+機器人學)關注的議題。

要設計能在場上運動的機器人,主要可以把工作分成三部分:認知定位、行為規劃和運動控制。當機器人透過感測器接收到周遭資訊,他可以「大概」判別自己身處在場上的位置(也可以透過隊友間的資訊共享,來加強定位效果),利用這些資訊,編寫的軟體進一步規劃出他應該採取的動作,傳達指令給控制關節的馬達,進而實際做出動作。

在策略性方面,不同機器人也可以根據場上的情況具備不同身份,像是攻擊員、助攻員、防守員、守門員等等,這些身份並非固定,經由機器人間互通資訊,了解即時情勢,他們也能瞬間彼此轉換身份,適應戰局做出最適當的調度。

2050年的全機器人足球賽?

就目前的發展來看,要達到原本預期的「機器人擊敗人類足球員」的目標仍有很長的ㄧ段距離,但要怎麼樣突破,除了要讓機器人動起來真的像人類一樣流暢,在戰術策略上要怎麼演算改進、球員間的資訊溝通,更是需要長期的研究投入。期望在距目標的30多年間,機器人足球能更上一層樓,有朝一日,一圓疾風風戰士的夢!

 

演講後大合照

演講後大合照


Created with flickr slideshow.

 

延伸閱讀:

【關於 M. I. C.】

M. I. C.(Micro Idea Collider,M. I. C.)微型點子對撞機是 PanSci 定期舉辦的小規模科學聚會,約一個月一場,為便於交流討論,人數設定於三十人上下,活動的主要形式是找兩位來自不同領域的講者,針對同一主題,各自在 14 分鐘內與大家分享相關科學知識或有趣的想法,並讓所有人都能參與討論,加速對撞激盪出好點子。請務必認知:參加者被(推入火坑)邀請成為之後場次講者的機率非常的高! 本場演講由科技部指導,PanSci泛科學與國家民視文化共同舉辦。

關於作者

昱夫

PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。