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Google Map 路徑追蹤機器人

馥林文化_96
・2011/12/16 ・2789字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 518 ・六年級

文/曾吉弘、李卿澄(CAVE教育團隊 http://www.cavedu.com)
如何讓機器人走到指定的地點?這可真是個大哉問。首先我們必須了解我們人類與機器人在看待這個世界上,所存在之本質上的差異。

機器人是活在絕對(absolute)的世界裡,事事要求精準。但我們人類卻是以相對(relative)的概念來與周遭環境互動。舉例來說,當要走出房間時,我們不需要知道與房門的實際距離是多少公分或公尺,更不需要知道與房門的方位角是幾度,一切都只要有個概略就可以了。機器人就不行了,由於機器人行進的距離是由輪胎直徑與馬達編碼器來決定,因此機器人需要處在一個相對單純的環境中才能正常運作。如果地表材質改變(例如從柏油路移動到爛泥巴地)使得摩擦係數改變,那機器人的行進效果一定會和原本的設定不一樣。

有的朋友可能會建議「幫機器人裝個攝影機當作眼睛不就好了嗎?」可惜的是,機器視覺領域尚在發展階段,機器人所收到的攝影機影像實際上是一張張的圖片,要讓機器人從二維圖片中發展「深度」與「空間」的概念,非常地不容易。再者,要能從影像中辨識物體是透過計算畫面中特定形狀或顏色的像素集合來達成的。例如追蹤紅球時,如果畫面左側中紅色像素比例較高,代表紅球位於攝影機的左前方,機器人需左轉修正。另一方面如果紅色像素占整體畫面比例提高,代表紅球與機器人的距離縮短了,反之則代表紅球愈來愈遠了,快點前進找球吧!以下為一個讓機器人隨著紅色物體左右搖擺的影片(使用MindSensors公司的NXT-cam攝影機)。

影片:

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圖1 Android裝置上姿態感測器三軸向示意圖

有興趣的讀者可參考筆者另一篇MAKER專文<淺談智慧型手持裝置結合機器人的應用?Android + 樂高NXT>

在開始移動之前,機器人必須先了解「我在那裡(起點)?」接著延伸到「我要去的目標在那裡(終點)?」其中又包含了「目標有多遠(距離)?」、「目標在我的那一個方向(方位角)?」以及「如何移動(路徑規劃)?」測量距離可使用簡易的超音波感測器即可達到一定的效果,或著您可改用高精度的雷射測距儀(Laser range finder)即可取得更精確的距離量測結果。讓機器人了解當下所面對的方向需使用指南針感測器(compass sensor),但現在的智慧型手機都有三軸的姿態感測器(compass sensor),這時候只要將姿態感測器值平放於機器人頂端就可將姿態感測器Z軸軸向變化做為機器人指向參考。

最後也是本專案的關鍵,兩點之間最近距離是直線沒錯,但這條直線路徑事實上不存在。我們必須考慮到現實環境,所以機器人真實的移動路徑必然是曲曲折折(請您試著出門直直走不轉彎,看看多久會撞到牆)。Google Map可說是目前最強大的地圖資訊,有強大的導航與街景功能(現在連亞馬遜河雨林都有「街景」囉…)。透過Google Map 所規劃的路線,機器人就能了解要到達目標點所需經過的折點以及相關距離與轉角資訊。如果能讓機器人跟著Google Map所規劃出來的路線行走的話,那麼機器人應該會更聰明也更能貼近我們的需求才對。

綜合以上的想法,筆者決定寫一個Android程式來整合Google Map與機器人控制,讓機器人可以接收手機所計算完成的距離與方位角並順利沿著Google Map規劃路線移動。我們將這個程式命名為NXT Navigation,圖1為程式主畫面。

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圖2 NXT Navigation程式主畫面

以上就是本專案的初始想法,接著讓我們來看看整體的思考流程:

1.取得Android裝置當下座標設為起點,或在Google Map中自行選定起點。

圖3 選定起點

2.在Google Map中選定終點。

圖4 選定終點

3.將起點與終點座標送出給Google Map進行路徑規劃。收到路徑之後取得各折點座標,並計算各折點之間的距離與方位。

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圖5 路徑規劃完成
圖6 計算各折點之間的距離與方位

4.與機器人連線,同時將距離與方位轉換為樂高機器人馬達轉動圈數。出發!

圖7 輸入NXT機器人主機名稱即可連線

技術限制

1.手持式裝置GPS晶片定位精度並不高,約在30至50m左右(對!您沒有看錯)。換言之,您的Android裝置在十字路口兩端所取得的座標基本上沒有太大的差異。

2.不同經緯度地區中,座標計算方式也不同。本專案機器人只放在台灣台北市的街道中,且機器人行進範圍和其他交通工具相較之下非常小,因此不考慮經緯度差異。本專案中使用了Android中Location類別中的bearingTo()以及distanceTo()等指令來計算機器人應轉動角度以及移動距離。

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3.假設地表材質不改變,摩擦係數變化不大,因此不考慮機器人打滑問題。本專案機器人第一版使用輪胎(直徑5.6公分),但效果不佳所以改為履帶。請看下三圖為機器人機構設計改進過程:

圖8 後輪支撐點容易卡在縫裡

圖9  改用履帶後,抓地力顯著提升

4.之所以使用樂高機器人是因為可透過NXT Direct Command來直接控制機器人動作,樂高機器人支援NXT Direct Command這套特殊的資料傳輸格式,機器人只要接收到正確的格式就能執行對應的動作,例如讀取主機/感測器資訊、控制馬達或強制關閉電源等等。換句話說我們可以不用編寫機器人端程式就能控制機器人!有時候您甚至得為此多學一套程式語言,NXT Direct Command真的為您省下不少功夫。

5.在程式中使用Google Map API需自行申請Key並匯入您的Android專案,詳細申請辦法請參閱本文末相關連結之<如何取得Maps API Key >。

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設備需求

  1. 樂高NXT機器人,請組成基本雙輪車即可,機器人需根據場地實地狀況進行修改。
  2. Android裝置一台,手機或平板電腦皆可。本專案使用HTC Desire,Android 版本為2.2(2.0以上皆可)。
  3. 開發環境:Eclipse 搭配 Android SDK,需具備Java程式設計基礎。
  4. 一顆火熱的心。

相關連結

Android開發者網站,需由此下載Android SDK

http://developer.android.com

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如何取得Maps API Key

http://code.google.com/intl/zh-TW/android/add-ons/google-apis/mapkey.html

如何計算兩個GPS座標點之間距離

http://4rdp.blogspot.com/2008/05/gps.html  (研發養成所)

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http://4rdp.blogspot.com/2011/09/great-circle-sailing.html  (研發養成所)

http://www.movable-type.co.uk/scripts/latlong.html

LEGO® MIDSTORMS 官方網站之NXT Direct Command文件

請下載藍牙開發套件(Bluetooth Developer Kit),解壓縮後的「Appendix 2-LEGO MINDSTORMS NXT Direct commands.pdf」。

http://mindstorms.lego.com/en-us/support/files/default.aspx

影片

索取

如需本專案原始碼,請寫信至service@cavedu.com索取。

本文章刊登於《ROBOCON》國際中文版01。更多出版資訊請上《ROBOCON》國際中文版01

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馥林文化_96
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馥林文化是由泰電電業股份有限公司於2002年成立的出版部門,有鑒於21世紀將是數位、科技、人文融合互動的世代,馥林亦出版科技機械類雜誌及相關書籍。馥林文化出版書籍http://www.fullon.com.tw/

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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在機器與人的交會之處——《再.創世》專題
再・創世 Cybernetic_96
・2021/09/08 ・6672字 ・閱讀時間約 13 分鐘

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  • 作者/施奇廷|東海大學應用物理學系 
「羅梭的萬能機器人」(Rossum’s Universal Robots) 劇中機器人反抗人類的一幕。圖/WIKIPEDIA

起源

從 1920 年「羅梭的萬能機器人」(Rossum’s Universal Robots,通稱R.U.R.)登上舞台以來,「機器人」這個概念,一直是科幻作品中的常客。機器人「具有人的形象,而(在某些方面)具有比人類更強的能力」的設定,一直刺激著人類的想像力:能力強大卻又聽命於人類的忠實僕人;或是領悟到自己其實可以取代人類,成為下一代的地球霸主?樂觀的期待與被反噬的恐懼,向來是欣賞以機器人為主題的科幻作品的兩大樂趣。不過近十年來「人工智慧」(Artificial Intelligence)與「機器人學」(Robotics)的發展速度超乎預期,上述本來只存在於科幻作品中的兩面議題,突然變得不是那麼遙不可及。

提出「機器人學」這個名詞,並將理論系統化的,並不是工程領域的學者,而是科幻小說大師艾薩克‧艾西莫夫(Isaac Asimov),這個詞現在已經成為工程界對機器人科學的正式名稱,是一個從科幻對科技「逆輸入」的有趣案例。生於俄羅斯的艾西莫夫的本行是就科學家(專長是生物化學),曾經任教於波士頓大學醫學院,不過後來因為全力投入寫作,不再進行一般學者的教學研究工作,但是波士頓大學仍然保留他的職位。他所接受過的嚴謹科學訓練,也反映在作品中。1940 年,年方 19 歲的艾西莫夫就發表了第一篇機器人短篇小說「小機」(Robbie,收錄於短篇小說集「我‧機器人」),開啟了「機器人系列」的序幕。

法則

「人類製造的機器人結果反過來支配人類」這個命題可說是充滿「為何要搬磚頭砸自己的腳」的矛盾,因為人類絕對可以在一開始設計、製造時就預防這件事發生。不過睽諸人類科技發展的歷史,這種矛盾其實一直存在,也不斷發生,目前我們面臨的「核能科技的發展衍生的核子大戰威脅」、「高度工業化生產導致環境污染」,以及「大量使用石化燃料導致全球氣候變遷」這些問題,都是現在進行式。

不過「人類依照自己的形象打造的仿人類」又有點不同,高功能的機器「外型像人」這件事,足以引起人類的「科學怪人情結」,讓人類會對機器人的發展保持高度的戒心,在此思考下,1942 年時,艾西莫夫在他的作品中,比照「牛頓運動學三定律」的規格,揭示了「機器人三定律」:

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一、機器人不得傷害人類,也不能坐視人類受到傷害

二、在不違反第一法則的前提下,機器人必須保護自己的安全

三、在不違反第一與第二法則的前提下,機器人必須執行人類的命令

這三大法則是在機器人出廠時,就內建於其軟硬體內,絕對不容違反。如果讀者是「理科人」的話,大概會覺得這三大法則邏輯簡單明瞭,簡直無懈可擊,在此控制下,機器人應該可以成為人類最忠實的僕人,無須擔心他們會叛變了。

有趣的是,在艾西莫夫的機器人短篇小說中,幾乎都是在探討「會引起三大法則的缺陷、迷惑、矛盾的可能情境」,所以幾乎每篇小說都會產生一個「精神錯亂」的機器人。這些小說非常有趣,推薦喜歡「燒腦型作品」的讀者一讀。

Will Smith Robot GIF by 20th Century Fox Home Entertainment - Find & Share on GIPHY
電影中違反三大法則的機器人。/Giphy

這個系列作品的內容其實也部分反映了人性:人也是又內建「道德基準」(moral norms),能進行邏輯思考的動物,但是即使最理性冷靜的人,也是會碰到兩難的困境,例如著名的「電車難題」:「一輛失控的列車在軌道上急馳,在軌道上有五個人即將被碾過,你剛好在鐵軌的轉軌器旁邊,只要扳動轉軌器,就可以把列車轉向另一條軌道,但是另一條軌道上有一個人,本來不會有事,因為你將列車轉軌而會被碾斃,在這個狀況下,你到底要不要將列車轉軌呢?」幾十年來這個問題引起了許多哲學以及倫理學、社會學的廣泛討論。事實上,自動駕駛汽車(除了不具有人形之外,其實也算是機器人的一種)的設計就必須把這類情境納入考量。

電車難題。自動駕駛汽車的設計就必須把這類情境納入考量,其中牽涉了哲學、倫理學以及社會學 。 圖/WIKIPEDIA

就筆者的「理科腦」來看,這些矛盾的起因是「機器人定律與人類的道德準則是定性的,而實際情境卻是定量的」。例如兩個人類同時對一個機器人下命令,而這兩個命令互相矛盾,那麼這個機器人到底要聽誰的?這時候機器人必須對下命令的兩個人做出「定量上的評價」,決定執行哪一個命令。這個結果導致「機器人可以(必須)評價人類,將人類分出等級」,之後又會衍生出更多的問題…

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1985 年時,在機器人系列故事四十餘年的發展之下,艾西莫夫被自己的筆下的故事逼得追加了一個「第零定律」,位階在原來的三定律之上:「機器人不得傷害『整體人類』,或坐視『整體人類』受到傷害。」,這下子定律的規格從「牛頓三定律」變成了「熱力學的零+三定律」了,不愧是正統派科學家出身!這個第零定律跟之前一樣,從邏輯上看起來也很合理,但是這又造成機器人必須評價「整體人類」的福祉是什麼,由於第零定律凌駕於第一定律之上,因此視情況機器人是可以為了避免整體人類受到傷害,而去傷害甚至殺死個人的,最後可能會演變成「機器人為了整體人類好而接管、控制人類社會」的反烏托邦結果。

不過或許是因為「機器人叛變」這個展開實在太過顯而易見,而且因為可以塞進許多動作場面而成為影視作品愛用的題材,艾西莫夫的機器人作品中對這方面反倒是著墨不多,而是將關心的焦點放在「機器人是否能在三定律的規範下,活出自己的人格?」這個主題的代表作,就是獲得 1976 年「雨果獎」與「星雲獎」雙料大獎的中篇小說「雙百人」,後來在 1992 年由令一位作家羅伯特‧席維伯格(Robert Silverberg)擴充成長篇小說「正子人」;這個故事也在 1999 年改編為電影「變人」,由已故的喜劇泰斗羅賓‧威廉斯(Robin Williams)主演。

說實在的,想要瞭解「機器 → 人形機器 → 機器人 → 人」的演進與思辯,而又沒有很多時間與耐性的讀者,看這一本就夠了。

1999 年的科幻電影《變人》,由作家羅伯特‧席維伯格的長篇小說「正子人」改編而成。

分流

前面花了相當的篇幅講了艾西莫夫的機器人觀,除了這個「大師典範之外」,其實幾十年的科幻與娛樂文化演變下來,機器人也了更多的樣貌。

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好萊塢電影與日本動漫畫,是目前全球影視娛樂的兩大主流,當然兩者還是有一段差距,好萊塢挾其資金、人才、技術的實力,最為強勢;不過「小本經營」的日本御宅文化,在全世界的影響力也逐年提升,對好萊塢電影也產生了不小的影響。它們對於機器人這個主題的處理,有很大的不同。以下分成不同的機器人類型討論,不過要先說明的是,以下的分類有些是好萊塢電影擅長的題材,有些則是日本動漫畫的偏好,但是其實並沒有這麼涇渭分明,大部分在兩邊都有出現,只是多寡有別。

一、近未來,覺醒的機器人,成為人類之敵——好萊塢電影的機器人,跟艾西莫夫的機器人類似,是外型、尺寸都比照人類,並且具有不同程度的人工智慧。不過如前所述,好萊塢電影中的機器人有許多都是扮演「人類之敵」的大反派,完全不受艾西莫夫「機器人三定律」的節制,最經典的例子就是「魔鬼終結者」系列,劇中的機器人存在的目的就是用來追殺人類——可說是把「機器人三定律」完全反過來看就行了。這些機器人的背後是由一個名為「天網」的人工智慧,也可以說是個不具人形的機器人,本來是美國研發的國防電腦系統,後來這個系統產生自我意識,並且判斷人類才是「世界最大的威脅」,於是就發動核戰毀滅人類,並且持續掃蕩殘存的人類反抗軍,並且派遣機器人穿越時間回到過去殺害反抗軍領袖的母親以斬草除根。

相對於艾西莫夫小說中以「機器人三定律」來節制機器人的能力,以消除人們的「科學怪人情結」,努力讓人類社會接受機器人;「魔鬼終結者」系列是反過來喚起觀眾的「科學怪人情結」,再加上「末日電影」的背景設定,來營造危機感與戲劇性,然後在人類與機器人的對立下順理成章的大打出手,「拳腳與槍砲齊飛,鮮血共煙硝一色」,讓本來是「低成本 B 級動作片」的「魔鬼終結者」成為娛樂性與思想性兼具的成功作品。就這個視角而言,「駭客任務」中的架構與設定,以及成功的要素也頗有共同之處。

終結者 GIF
魔鬼終結者喚起觀眾的「科學怪人情結」,成為娛樂性與思想性兼具的成功作品。 圖/Giphy

二、遙遠的未來,機器人已經融入人類社會,共同面對更廣闊的星際世界——上述這種「人類與機器人的衝突與生死戰」的背景通常發生於「近未來」,故事舞台跟現代有相當程度的重疊,機器人進入生活的正面與負面效應,都比較能引起觀眾的代入感。如果是以「遙遠的未來」為背景,機器人與人類之間的「磨合陣痛期」已經過去,像是兩大名門「星際大戰」與「星際爭霸戰」,人類的足跡已經遍佈銀河系,見識過各種稀奇古怪的外星生命體,機器人也早就已經成為人類好伙伴,甚至被視為跟人類同等的存在了。

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三、機器人是人類肉體的延伸,力量的放大器——另一方面,日本動漫畫作品中的機器人,除了早期的「原子小金剛」是走「真人的大小與外貌,且具有人工智慧」的路線以外,主流是象徵「人類力量的延伸」的「巨大機器人」類型。這種機器人不具有人工智慧,而是搭載操作界面與作業系統,由人類駕駛員來操作,相當於扮演其大腦的角色。以早期的名作「無敵鐵金剛」而言,所標舉的主題是「如果人類透過機器取得了巨大的力量,將會成為神?還是成為惡魔?」,這類作品有別於西方「機器如何變成人」,而是「人類與機器合為一體」的概念。

機器人是吸引目標觀眾目光的賣點,也是贊助或出資廠商販賣模型玩具的獲利神器,導致許多巨大機器人動畫作品一味強調機器人造型帥氣而不注重劇情內涵,被譏為「為了販賣玩具所製作的 30 分鐘廣告片」,不過由於出資者只要求「機器人玩具賣得好」,對於內容不太有興趣干涉,反而讓創作者有揮灑的空間,出現了「長濱忠夫三部曲」、「機動戰士鋼彈」等名作。1995 年的「新世紀福音戰士」,把前述「人類與機器合為一體」的概念推到極致,駕駛員是透過神經系統直接與機器人(稱為 Evangelion,簡稱 EVA )「同調」連結,以精神力取代操縱桿與按鈕,直接操控 EVA——不過其實 EVA 與其說是機器人,「生化」味更重一些,劇中還曾出現駕駛員與 EVA 機體「完全融合」的情節。

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EVA 與其說是機器人,「生化」味更重一些,劇中還曾出現駕駛員與 EVA 機體「完全融合」的情節。圖/Giphy

四、機械化的人類——人與機器的關係,除了「機器→人形機器→機器人→人」這條路線外,也有反方向的路徑:由於疾病或受傷而失去部分身體功能的人,利用科技的力量改造身體,恢復正常的功能,甚至更為強大,這種被部分改造的人類稱為「改造人 Cyborg」(cybernetic organism),結合了「模控學」與「有機體」兩個字,也有人翻譯為「生化電子人」、「半機械人」,後來乾脆直接音譯為「賽伯格」。其實許多現實世界的人類已經多多少少變成改造人了:義肢、人工水晶體、心律調節器、人工關節等等,人們已經普遍可以接受為了維持身體機能以侵入性的方式改造部分器官,未來可以預見改造的範圍與精密程度必定會逐漸提升。

在這個「人體改造」的延長線上,我們可以看到像「機器戰警」中,殉職的員警被改造並且復活來執行正義,「鋼鐵人」受傷後在自己的胸腔裝了一個反應爐,成為裝甲動力服的能量來源;日系作品方面,有「無敵金剛 009」(後來改名為「人造人 009」,少了一股中二的氣勢)、「假面騎士系列」(真人演出的特攝片),這些作品中,並非前述因為疾病或受傷而修補人體,而是為了培養「征服世界用的超級士兵」,而將人體改造成具有超越一般人能力的戰鬥道具。

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與「機器人覺醒為人類、或自覺為超越人類的存在」的方向相反,在「改造人」這條線上會出現的問題則是「當人類持續被改造,被機械取代的部位越來越多,會不會因此變成『不是人類』?這個轉變的界線何在?」也是非常值得探討的問題,也讓「改造人」這類的作品更具有思想上的深度。

近年來日本動漫畫與好萊塢合流的作品逐漸增加,「攻殼機動隊」與「戰鬥天使艾莉塔」是其中翹楚,都是以「改造人與人類的分界線」,以日本原創的動漫畫作品為主題,結合好萊塢的資金與技術的大製作電影,都獲得了相當程度的成功。

交會

本文以包含小說、電影、動漫畫等科幻作品的角度來看「機器人與人」之間的關係。雖然不是從真實世界的科學與技術來進行嚴謹的探討,不過在「機器人與人」這個主題上,科技與科幻的發展路徑其實亦步亦趨、互為因果:如同艾西莫夫的「機器人學」與「機器人三定律」對真實世界的機器人科技有極大的影響一般,科幻的想像有可能成為引導科技發展的路標;相對的,科技的發展當然也會墊高科幻作品的根基。

前文我們看過了幾種「機器人與人」的類型作品:從機器人變成人、機器人與人共存、機器人與人合體、從人變成機器人。這幾種模式,各自以不同的視角來刺激我們思考「人到底是什麼」這個問題。從數十年來這個主題的科幻作品的發展看來,不論是從哪個角度切入,最後都指向一個共同的交會點:人類的大腦。

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數十年來這個主題的科幻作品的發展看來,不論是從哪個角度切入,最後都指向一個共同的交會點:人類的大腦。 圖/Pixabay

「正子人」中的機器人主角「安德魯‧馬丁」要爭取在法律上被認可為「人」,其起點是他的「正子腦」產生了類似人腦的感情、創造力、以及自我意識的自覺,在其兩百年的生涯中,他的「鉑銥合金正子腦」的運作模式與人腦越來越接近,應該可以通過任何像「圖靈測試」這種「能分辨人腦與電腦差別」的考驗。而他克服爭取成為「人」的最後阻礙的方式是:改造他那相對於人腦幾乎算是不朽的正子腦,讓它像人腦般會逐漸老化與死亡,終於取得了「人」的資格。

另一方面,「從人變成機器人」的這條路上,也是以「大腦是不是原裝貨」來作為人類與機械的分界點。身上的器官怎麼更換都沒關係,但是這個人的「自我」(identity)只存在於大腦的神經元之間的連結以及在內部儲存以及傳送的資訊中,如果大腦被換掉、或是內部的資訊消失了,這個人也將不再存在。更激進的說法是,連大腦的「硬體」都不重要,只有內含的資訊才是「人的本體」,所以只要能夠把腦內的資訊保留、複製下來,人將可以成為不朽的存在,就像「攻殼機動隊」的主角草薙素子,拋棄了已經多次改造的肉身,以及還是「原裝」的大腦,將腦內資訊轉進網路中,只要這個網路仍在運作,這組來自草薙素子大腦的資訊仍存在於這個網路中,她就相當於取得了永生。

回到現實世界,「人工智慧」與「腦科學」正好也是目前最熱門、進展也最快的科技領域,前者致力於「讓機器除了強大的計算與記憶能力之外,還能像人腦一樣能進行複雜的思考」,後者則是要「瞭解大腦如何學習、記憶、創造,以及人類的自我意識從何而來」,這兩個領域發展的進程與細節跟科幻作品當然不會一模一樣,但是在大方向上,「科學」與「科幻」實在有驚人的相似之處,最後兩個領域也有可能交會在同一點上。

看看社群網站的自動審查機制,以及電子商務網站的推薦系統,極權國家用來監控人民的社會科技體系,「不具人形的機器人」正逐漸接管我們的生活。也許在我們的有生之年,就可以看到這些科幻名作中的情節在現實世界中發生,至於人與機器人之間的關係,是對抗、共生、還是融合?人類社會未來的流向,仍然掌握在人類手上嗎?再不嚴肅思考這個問題,或許很快就會來不及了。

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再・創世 Cybernetic_96
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由策展人沈伯丞籌畫之藝術計畫《再・創世 Cybernetic》,嘗試從演化控制學的理論基礎上,探討仿生學、人工智慧、嵌合體與賽伯格以及環境控制學等新知識技術所構成的未來生命圖像。

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巨大機器人 x 沒爹沒娘的悲慘童年——懷舊動畫為何都是這種套路? ft. 工頭堅【科科聊聊 EP. 54】
PanSci_96
・2021/09/07 ・1583字 ・閱讀時間約 3 分鐘

泛泛泛科學Podcast這裡聽:

在台灣剛有電視的五六零年代,當時引進的動畫,在為數不多的節目中掀起全民追番風潮!無敵鐵金剛、科學小飛俠、阿爾卑斯山的少女、小甜甜……那時動畫的兩大特色:巨大機器人與沒父沒母的悲催童年,不僅塑造了五六年級生的回憶,也影響了下一代的作品如《鋼彈》以及宮崎駿等作者,影響力巨大,直到現在還深深影響著我們與當代創作者。

本集泛泛泛科學就邀請 y 編的忘年之交兼日文 KTV 夥伴:工頭堅,聊聊上世紀動畫,還有那些創造童年的偉大作者們吧!

【前言】

  • 01:09 現今許多動畫都是受過去影響
  • 02:07 台灣電視發展史

延伸閱讀:《時代的風:四段人生與半個世界》by 工頭堅

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【巨大機器人】

  • 03:08 y編與工頭看的鋼彈是哪一代?
  • 04:46 五年級生的共同回憶《無敵鐵金剛》
  • 07:43 鋼彈是比較寫實的巨大機器人
  • 10:25 永井豪《無敵鐵金剛》《蓋特機器人》
  • 11:27《六神合體》原來改編自橫山光輝的漫畫《MARS》
  • 14:15《科學小飛俠》成人向的角色設定
  • 17:23 戰隊的始祖《假面騎士》 
  • 19:41 機器人動畫的成熟之作《鋼彈》
  • 20:25 五六年級生的成長經歷《星際大戰》
  • 21:58 太空歌劇《宇宙戰艦大和號》《超時空要塞》《銀河鐵道999》《宇宙海賊哈洛克》
  • 23:27 如果一生只能讀一本書,工頭推薦《千面英雄》
初代鋼彈(圖/維基百科

延伸閱讀:超巨大機器人科學嗎?那我們來說說《重甲機神》到底有多重|重甲科不科?04 | PanSci 泛科學

延伸閱讀:【水木一郎 Music video】《劇場版 無敵鐵金剛/INFINITY》3/30 指揮艇組合

【沒爸沒媽的悲催童年】

  • 24:25 沒爸沒媽的主角們
  • 25:41 世界名著改編的動畫才是工頭小時候的主流
  • 27:19《小英的故事》
  • 27:29《小天使(阿爾卑斯山的少女)》影響了宮崎駿
  • 28:35《小甜甜》
  • 29:47 當時的動畫配樂就很講究了
  • 30:35 不同時代的收視習慣
  • 32:06 解嚴之後開放日本歌就不再改編主題曲了
  • 33:28 沒爸沒媽的主角源自於千面英雄的神話結構
  • 35:04《千面英雄》的影響力
小天使(阿爾卑斯山的少女)(圖/維基百科

【創造童年的動畫作者】

  • 36:17 手塚治虫《怪醫黑傑克》《原子小金剛》
  • 38:48 後來改編自原子小金剛的作品《PLUTO ~冥王~》
  • 39:48 藤子不二雄《哆啦A夢》
  • 40:30 逼迫你長大 v.s. 停留在童年
  • 40:53 宮崎駿版《魯邦三世》
  • 42:11 吉卜力工作室《風之谷》《巨神兵》《螢火蟲之墓》《紅豬》
  • 46:39 工頭最喜歡的吉卜力作品《龍貓》
  • 48:25 動畫音樂讓人想起自己原本是一個什麼樣的人
  • 49:20 y編喜歡的吉卜力作品《心之谷》《魔法公主》
  • 50:53 y編與工頭喜歡的男女角色:心之谷天澤聖司、魯邦三世峰不二子、 鋼彈女軍官、福音戰士葛城美里
  • 53:48 舊作品翻新《宇宙戰艦大和號2199》《銀河英雄傳說》
  • 58:02 舊的永遠比新的好嗎?《閃光的哈薩威》《星際大戰》《銀河英雄傳說》《中華一番》《獵人》《宇宙戰艦大和號2199》《攻核機動隊》
  • 1:01:55 三十年前的神作《阿基拉》
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PanSci_96
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