大英雄天團在泛科學

如果家中有個機器人，能提供醫療照護、療癒心靈、還能像鋼鐵人般的勇猛，那該有多好！

獲得2015年奧斯卡金像獎最佳動畫獎、也是2014年最賣座的動畫電影《大英雄天團》（Big Hero 6）成功地塑造出劇中主人翁天才科技少年濱田廣最佳貼身玩伴──杯麵（Baymax）這樣的角色，在可愛、惹人憐愛的外型之外，「他」同時具有醫療功能，能適時地給你一個愛的抱抱，必要時也能像鋼鐵人般飛天遁地，毫無意外、順理成章地繼哆啦A 夢之後，成為讓人最想擁有的居家型機器人。當然，我們就得好好來審視一下動畫裡的杯麵，真的有可能成為我們現今家居生活中的一份子嗎？

杯麵，可行嗎？

在杯麵所擁有的十八般武藝中，其中的醫療照護可不是幻想，的確是目前學界研發居家照護機器人所關注的重點，當然電影中僅僅憑藉著簡單的掃描就能偵測出全身裡裡外外的內外傷，顯然是不切實際，如果真能如此，那醫院裡的醫師和種種貴重儀器就都可以全擺在一邊了。目前居家照護機器人的進展包括，能偵測出家中成員是否跌倒或失去反應、並送出求救訊號，提醒用藥時間、並給予適當藥品，也可以充當助行器，提供扶持、協助行走等。在台灣邁向老年化社會之際，這些功能都具有相當實質的功效，一方面可減輕醫療資源的負擔，另一方面也可讓需要照護的長輩保有獨立自主的能力與尊嚴。

來一個愛的抱抱，療癒系機器人

除了醫療照護功能外，杯麵長得白白胖胖，走起路來就像個會動的棉花糖，光看起來就很療癒，但機器人終究不具有感情，它真的有可能深入我們的心靈，讓我們得到貼心的撫慰嗎？懷疑歸懷疑，事實上寵物造型的機器人早已經悄悄地執行它們的療癒任務一段時間了！話說在2012年在台北舉辦的國際自動化工業大展中，就曾經出現過一隻號稱具有療癒功能的擁抱機器人「咖咖熊」，在展場中出盡鋒頭。

顧名思義，咖咖熊是以熊為造型，外型相當可愛、親切，廠商開發它是有感於現代人無處抒發的苦悶，想藉由擁抱的方式給大家加油打氣。筆者當然不會錯過實地體驗「療效」的機會，根據工作人員指示，面對它時，你先要呼喊「咖咖熊」來引起它的注意，然後大聲說出「我要抱抱」，咖咖熊就會搖晃過來與你擁抱，在此同時也會一併測量你的心跳與呼吸，算是連帶的健康檢查。

在大庭廣眾下大喊「我要抱抱」，真是有點尷尬，以達到啟動系統的目的來看，其實喊甚麼應該都沒有關係，廠商的用意就是好玩嘛！話說此「熊抱」稱得上厚實，心中油然升起溫暖的心情，略為觀察其他人被擁抱過的反應，大部分人流露出類似靦腆、滿足之感，好像真的有被療癒到，這也讓人不禁思考起機器人的擁抱到底傳達出甚麼樣的訊息？它足以取代真人的感覺嗎？真的有可能誘發出人類的情感嗎？

世界第一的療癒系機器寵物—Paro

談到療癒系機器人，就一定不能錯過號稱世界第一名的機器寵物Paro，它是由位於日本筑波的產業技術綜合研究所柴田崇德博士（Takanori Shibata）於2001 年所推出，海豹造型、全身毛茸茸的Paro，具有細緻的觸感、慵懶的眼神，以及惹人愛憐的叫聲，一觸摸到它就會蜷曲自己的身體，並用它無辜的大眼睛看著你，真的是超級卡哇伊。可別以為它只是個可愛的大玩偶，Paro 已經獲得醫學認證，對於躁鬱、失智等症狀具有醫療效果，是個貨真價實的療癒系機器人，它也曾在日本311 海嘯過後，前往災區撫慰失去親人的倖存者。在日本，它已經被納入醫療系統，並已成功地推廣到全世界多個國家。由於Paro 確有療效， 台灣的工業技術研院也加以採購、並進行相關研究，期待能開發出更具療癒功能的寵物機器人。

Paro 剛問世時，曾經被送到筑波的醫院陪伴一位近乎失智的老太太，老太太已經有一段時間不跟外界溝通，包括醫生和護士，神奇的是她竟然開口和Paro 說話，震驚了所有人， 也讓Paro 開始得到外界的注意，許多人都想問，它究竟是怎麼辦到的？有個說法是因為Paro 是機器寵物，可以被我們所控制，所以容易產生安全感，也有人說，可愛的外型加上身體的觸感，以及類似有智慧的互動所產生的親切感使然。為甚麼人會對機器寵物產生眷念呢？這其中的緣由可真是個謎。就有待認知、心理等領域的專家進一步的探討與分析吧！

我們以工程眼光來仔細檢視一下Paro，它並沒有雙腳，並不會行走，在訪談人稱「Paro 之父」的柴田博士過程中，他說Paro 就是設計來讓人們「抱」，所以不賦予它行動能力， 但卻讓它擁有相當多的感應器，對聲音、光線、溫度與身體接觸都有感覺，能與人進行簡單的互動，會撒嬌、展現萌樣，也有所謂的情緒需求，會渴望你來摸摸、抱抱它，它也會回應你滿足的笑容。以技術層面來看，Paro 的組成並不是非常複雜，這樣就足以打動人心了嗎？

仔細想想，Paro 身為機器寵物，不會有自我意識，可以想見它並不知道自己在做甚麼， 當然也無從主動投入情感，所以我們感受的溫暖是來自本身的移情作用，願意沉浸於想像中自在、安全的氛圍裡，而機器寵物所能提供的實體感與多重感知上的回饋，比起一般的玩具寵物，更能營造出擬真互動的情境。

Paro 的成功可不僅於此，它身上的馬達、感應器等，全部手工製造，極其精巧、細緻， 讓擁抱它的人感覺相當自然、舒適，但卻不見得全然地模仿真的海豹，正如柴田博士所說， 當初選擇海豹造型，而非貓或狗，乃是基於人類對於海豹的印象是相當可愛，但並不熟悉， 想想誰家隔壁會住一隻海豹啊？也因此不至於對Paro 的外型與叫聲與真實海豹到底像不像有所成見。而他們團隊也持續不斷地根據使用者的回饋，調整出一代又一代更貼近使用者需求的產品，也由於這份貼心，讓原本該是冷冰冰、不具情感的機器寵物，卻溫暖了人心。

ROBOT學堂考：

1. 《大英雄天團》裡的杯麵所擁有的功能中，哪些恰好是目前學界的研發重點呢？
2. 目前居家照護機器人已有那些進展？
3. 日本所開發的Paro，真的具有醫療效果嗎？
4. 人類為甚麼能從機器寵物身上感受到溫暖呢？

本文摘自《羅伯特玩假的？破解機器人電影的科學真相》，由國立交通大學出版社出版。

雷葆的概念自行車設計超級酷！它的設計原理是什麼呢？為什麼現在只有磁浮列車？卻沒有磁浮車、磁浮機車、磁浮自行車呢？

這個問題的答案很簡單。首先我們得先區分，「磁浮」和「磁動（勢）」這兩個概念。「磁浮」是形容磁體浮在超導體上面的狀態，此時的磁鐵與超導體體所受總力為零，也就是說向下的重力與向上的磁浮力達到平衡。而所謂的「磁動（勢）」現象，則是描述電流流過導體所產生磁通量的勢力（force），是用來是用來度量磁場或是電磁場的一種「量」。

所以，回到問題本身，為什麼除了列車之外，我們還必須讓汽車、機車、腳踏車懸浮呢？

我們平時所接觸的交通工具，從自行車、汽車直到火車，大都是依靠摩擦材料之間的機械摩擦力，讓它們從奔馳的狀態中停下來，它們主要利用機械連杆、液壓油或者壓縮空氣……等等不同的方式達到煞車目的。而《大英雄天團》中雷葆的磁浮自行車，則是利用電磁感應的方式產生制動力，讓材料之間不需要有實際的摩擦，但可以達到煞車的目的。因此，自行車可以進行無摩擦自由轉動和制動，能量的運轉更有效率、速度也可以更快。

目前在現實世界，相關實際運用的技術是渦流制動技術（eddy current brake），中國大陸甚至據此技術在２０００年的時候，設計規劃上海磁浮列車，在２０１３年３月７日，由中國全國政協委員、中國鐵道科學研究院主任李和平在接受采訪時公開透露，中國已經掌握了最高時速５００公里的高速列車渦電流制動試驗技術。但是，在電影中，雷葆的磁動齒輪自行車，除了使用渦電流制動技術之外，它非常特別的地方是，車輪非常的輕薄可以輕易的自車體拆卸下來──甚至可以當成飛盤使用！

這麼優質的技術與概念，為何目前只有被應用在列車上呢？最主要的原因就是，運輸工具利用磁浮與磁動技術的同時，也得依賴軌道的設計，才能利用電與磁的作用，改變運輸工具的前進方向。（註一：磁浮列車的前進原理是利用線性馬達將線圈排成直線狀，車輛本身是被地面產生的磁力拖拉或推進而獲得動力。功能線圈是使用交流電，N 極與 S 極會互換，依照車輛量與超導性磁鐵位置，磁鐵的 N 極和 S 極能適時互換即可達到加速，由於車體與軌道間沒有摩力，能量不會因此而消耗。）然而，也因為磁鐵的同極互相排斥，令列車升高，當與路軌接觸時，會有不容易固定列車的狀況喔。

更多好文請看：《高溫超導體形成的秘密－電子袋》

雷葆的自行車還有許多需要克服的難題，比方說，若要因應不同體重的人們騎乘，就必須產生不同程度大小的磁托力；另外，車子移動的方向若不停的改變，又沒有像磁浮列車有輔助的軌道，電磁力的控制與計算就變的非常的重要，也是目前技術實施上最大的困難。

使用磁浮概念的新科技使用日新月異，2014年十二月德國重工業巨擘ThyssenKrupp就研發出沒有線纜的磁浮電梯，突破了傳統設計，製造出可以橫向移動的電梯，不僅速度快，也可讓多台電梯行走在單一通道中，充分的利用摩天大樓的空間。

德國大眾汽車（Volkswagen）在２０１２年北京車展的時候，提出了一個非常有趣的懸浮概念車的構想，它主張利用土壤中飽含的磁鐵礦，產生能量，進而促使汽車懸浮與前進。這款磁浮概念車，可以自動駕駛，透過聲控系統可以辨別人聲，並且開啟ＧＰＳ定位且自動導航。最特別的是它的安全感應器系統，它能根據當時行駛的速度和周圍汽車的距離，自動計算出最安全的行駛距離，當可能發生危險時，懸浮概念車就會自動下沉。

附上影片：《Volkswagen’s The People’s Car Project: Hover Car PART 1》

期待未來的磁浮世界，能讓我們的生活空間的樣貌會更為豐富、更有彈性、也更有樂趣！

參考資料：

• ThyssenKrupp unveils new directions for lifts – to the left and right

《大英雄天團》中古靈精怪的男主角阿廣，偷偷請記者在文章開始前，要先考考聰明的大家一個問題啦！機器人（Robot）的語源，最早到底來自什麼時候呢？是近代的科幻電影嗎？還是某一個酷炫的器械發明呢？都不是喔！正確答案是，捷克科幻作家恰配克在西元1920年所撰寫的舞台劇《羅索姆的萬能機器人》。當年的原文是「Robota」，後來才成為現今通行的「Robot」！

無論是什麼時代的人們，對於能夠以機械仿做出代替人類勞役負重的機器，都懷有高度的熱情與無限的想像力。隨著時代的演進，除了隨著工業改革因而率先出現的工業機器人（例如，操作機、控制器、自動控制……等等），許多不同種類的機器人，從仿生機器人到戰鬥機器人也相應誕生。

阿廣曾經非常熱衷於機器人格鬥競賽，究竟電影中的刺激的地下機器人擂台競賽，在現實生活當中又會是什麼樣子呢？從近期精彩的知名電影《變形金剛》、《鋼鐵擂台》……等等科幻大片，我們可以略窺一二，人們對於格鬥機器人想像的無窮無盡。而因應而帶起的旋風，熱血而又刺激的格鬥機器人擂台，正如火如荼的在世界各地進行著！除了從1997年就持續舉行的Robocup，日本也有零星小型的機器人格鬥賽，近年亦舉辦大型的Robo-One格鬥賽，台灣更在2012年由台灣發展研究院，舉辦第一屆Robot Boxing League（RBL）並延續至今。

關於競技機器人的相關報導請見：〈機運 — 那晚，我們一起作的機器人夢〉、〈機運2 — 機器人與我們，當互動開始有了溫度〉

目前的格鬥機器人的競賽規則，參考現實世界的拳擊賽設計，但各地都不大相同，也無標準賽制。以台灣舉辦的RBL來說，格鬥賽每回合限時三分鐘，以單次回合down少者晉級。機器人有規格限制，不能裝發射液體、粉末或噴火、放電等暗器，機械手臂也不能超過一定的比例。

和電影《大英雄天團》當中，充滿了各式各樣、新奇有趣的格鬥機器人的地下競技場不同，現在的機器人格鬥賽相較之下顯得單調無聊。為了因應競賽規則，不僅有重量限制，還有規格限制、功能限制，讓格鬥機器人的創意樣態受到重重的限制與綑綁。許多人不禁開始擔心，是否試圖維持競賽公平正義的規則，會反過頭來，扼殺了格鬥機器人的多元發展可能呢？

另外，人類與格鬥機器人的互動又可以到什麼樣的程度呢？除了在場邊操縱控制器之外，格鬥機器人和人類還能夠有更為緊密的結合嗎？電影中，阿廣所發明的微型機器人（Micro-Robots），甚至透過電磁感應與腦神經技術的結合，讓人機介面的技術（Brain-Machine Interface）突破限制。

近幾年微型機器人的發展讓許多科學家趨之若鶩，這種透過讓體型微小的機器人共同行動的現象，稱為「群體行為」：swarm behavior。這個概念的發想來自於自然界的昆蟲，例如螞蟻或是蜜蜂，研究人員利用成千上萬、成群結隊的微型機器人，以「整體行為」的組合為表現行動。和一般以個體為主的機器人最大的不同點，是一個大的機器人假如失效了，任務也終結了；然而，一整群體的微型機器人，假若有零散的幾個機器人失敗，任務仍然可以繼續。

在２０１４年的春天，Michael Rubenstein、Alejandro Cornejo和 Radhika Nagpal等人，在《Science》期刊上發表了一篇關於微型機器人相關應用的論文：〈Programmable self-assembly in a thousand-robot swarm〉，引起了熱烈的討論。因為他們突破了以往微型機器組合的規模（約莫１００個左右是極限），讓１０００個微型機器人可以自行組裝成複雜的樣態，且不須透過人腦或是任何的人為控制！但是目前的限制在於，它們只能排列平面的複雜圖案，例如字母Ｋ、明星的臉、板手等等2D圖案。

附上由研究室所提供的影片：

至於人機介面的技術發展，目前亦多用於醫療領域，利用人腦中的神經元來操控假義肢，幫助不良於行的人們。更加人性化的實驗也持續進行中。例如，美國的史丹佛大學，有專門的實驗室正在進行相關的臨床試驗。另外，自2011年美國食品藥物管理局（the U.S. Food and Drug Administration）放鬆測試先進技術的規定（例如：Brain-Machine Interface）以來，約有三分之一的患者接受手術喔。

期待有一天，機器人格鬥競賽能夠成為未來生活娛樂的一部份，用腦神經控制面板的技術也可以更為卓越，一想到能夠有這樣的機器人格鬥賽，不禁讓人熱血沸騰啊！

參考資料：

• Robocup
• Robo-One
• Robot Boxing League(RBL)
• Brain-machine Interfaces : Web focus : Nature
• Yim, M. Dept. of Mech. Eng. & Appl. Mech., Pennsylvania Univ., Philadelphia, PA Wei-Min Shen ; Salemi, B. ; Rus, D. ; Moll, M. ＂Lipson, H. ; Klavins, E. ; Chirikjian, G.S.”Modular self-reconfigurable robot systems”, IEEE Trans. Robotics,vol.14, no.1, pp.43-52 2007
• Michael Rubenstein, Alejandro Cornejo, and Radhika Nagpal, “Programmable self-assembly in a thousand-robot swarm”, Science 15 August 2014: 795-799. [DOI:10.1126/science.1254295]
• Intracortical Neural Prosthetics Clinical Trial Recruitment, Stanford University
• tanford joins BrainGate team developing brain-computer interface to aid people with paralysis
• A Brain-Controlled Robotic Arm | MIT Technology Review

文/張鳳茹 蕭汎如

去年十月底至今有去舊京山旅遊的朋友，可能會聽到當地居民討論一起關於卡拉漢博士的案子，甚至推薦你去存放時空傳送門殘骸的景點拍照留念。這起案件中還有幾位重要人物，但他們相當低調，民眾往往只注意到經常跟在他們身旁、長得像大型會走路棉花糖的醫療用機器人。

這次泛科學團隊非常榮幸邀請到這幾位低調的宅宅－阿廣、阿費、哈妮蕾夢、芥末、雷葆（下圖由左下順時鐘），也就是大家時有所聞的「大英雄天團」，來分享他們各自在科學上的想法。

另外阿廣還帶來了從哥哥阿正的電腦中翻到的錄音檔，讓我們有機會聽聽阿正怎麼說，也節錄一段在本文最末。

古靈精怪阿廣

Q：請問Hiro，除了高額獎金的誘惑之外，格鬥機器人到底有什麼魅力啊?
A：和哥哥設計的杯麵(大型會走路的棉花糖！)不同，格鬥機器人講求的是：裝甲、力量還有速度！但是，這也是最基本的條件，而且一般來說，難以同時存在，像是「曾經」稱霸舊金山地下世界機器人格鬥賽的阿山老大，他的大塊頭機器人就是很好的例子。我設計的格鬥機器人可不一樣！我認為，格鬥擂台的獲勝的技巧，在於出奇不意的戰術攻擊！欸嘿！這就需要非常快速移動的能力了。然而，若想要格鬥機器人擁有敏捷的身手，就得拋棄笨重的裝甲，最終勢必得會面臨力量不足的窘境。總之，就看你要點滿哪個技能啦，如果要我來選的話，當然是大腦遠勝於一切，比起安穩的強壯金剛機器人，我更愛能夠完成我的戰術指令的機器人。這就是格鬥機器人的魅力，滿足設計者的每一個小小夢想！對了！聽說Robot Boxing League(RBL)競賽在台灣和香港也逐漸盛行呢！實在超級酷！

更多細節請看：《大英雄天團──站上機器人格鬥擂台》

色彩魔法師哈妮蕾夢

Q：很多粉絲形容你是把科學當藝術來念，很好奇你是否曾想過從事設計，又你對色彩的熱情是否對科學研究有影響？
A：與其問我的色彩品味對研究工作的影響，不如來說說繽紛的科學世界如何開拓我的視野，我實在對化學材料的多變深深著迷，比方說改變溫度就可以重複塑形的記憶塑膠、改變張力導電性就會不一樣的碳原子，或是可以自我修復的水膠，就像關注流行穿搭一樣！你永遠不知道類似的配件排列組合之後，又會蹦出什麼最新潮流！像我現在做關於非晶質金屬的事情，也可以說是鎵合金和電壓混搭出來的新潮流呀！

更多細節請看：《大英雄天團－液態金屬》

變裝阿費

Q：你本身沒有從事科學研發工作，但對於科學的瘋狂及親身試驗的精神，與大英雄天團的其他成員相較卻有過之而無不及，想請問是什麼原因讓你常保這樣義無反顧的動力呢？
A：其實也沒什麼特別的啦，就小時候太無聊了，只有管家陪我玩，就開始胡思亂想自己有超能力，可以變身長出外骨骼什麼的，在世界各地冒險。後來遇到這群宅宅，當時他們正在做「動力服」，超酷的阿，就是那個時候一天到晚跟他們窩在實驗室，才會被說內褲反穿啦！只不過後來發現不是要拿來冒險，是要拿來幫助別人走路的……

更多細節請看：《大英雄天團－穿戴式的超能力》Walk Again Project

一絲不苟芥末

Q：聽說你連半夜過馬路遇到紅燈都不會闖，是一個非常有原則的人，那如果有狀況和你心中所秉持的原則衝突的話，你會怎麼辦?
A：你問到重點了，其實到現在我也還不知道該怎麼辦。我是愛好和平的人，但我最自豪的是能夠發展出手持式雷射武器……雷射很好用，用在顯微鏡上可以看到很小的東西，用在3D光嫁接上有很高的精確度，用在印刷品除墨可以節省很多紙張，反正我不可能放棄研發更多雷射的應用。對了，你不覺得結合雷射雕刻與3D列印的工藝品很美嗎？

更多細節請看：《大英雄天團－雷射武器》

神形蛋葆

Q：你發明的無阻力單車，騎乘的時候是否安全呢?為什麼想要發明無阻力單車?
A：就老實跟你說吧，我實在受夠了鍊條的折磨。速度卡卡的不順暢就算了，有時候還會「落鏈」，修它還要弄髒手（其實我不會修QQ）！因為我超喜歡騎腳踏車，除了非常環保之外，我很享受自己身體持續運轉的那種刺激感，會讓我整個人都充滿活力。所以，我就開始思考，有沒有辦法能夠克服鍊條的阻礙，發明出磁浮單車呢？目前也都還在改良的階段啦。你不要問我安不安全，你知道的，「科技始終來自於人性」，當然，一個東西是否危險，最重要的就是看使用它的人技術好不好囉！

更多細節請看：《大英雄天團──未來世界的磁浮自行車》

阿正

Q：請問阿正如果還有機會的話，會希望替杯麵增加什麼功能，或是改良什麼地方呢？
A：杯麵啊…….我希望它可以更為直覺的偵測到受傷的人的需求，除了單純的讓傷者自行評估傷痛等級一分到十分，也可以更具有人性化的自動分級的功能。還有最讓我頭痛的一點就是，杯麵有點太胖啦，在圓圓的療癒系外型和功能敏捷的救護機器人的天平上，其實我也非常苦惱呢。理想中的長照機器人，究竟該具有什麼不可或缺的特質呢？又有哪些可以增加的特殊功能呢？我想我是有點江郎才盡啦！希望阿廣可以幫我，讓杯麵能夠幫助更多的人，讓醫療救護更為普及、迅速而且照護到每一個人。

更多細節請看：《大英雄天團──Baymax V.2理想中的長照機器人》