行動機器人結合 RFID 無線傳輸，在戶外也能物聯網

機器人的發明，為人類帶來了許多便利，甚至能代替人力進行許多工作，像是應用最廣的工業用機器人，可以快速、準確的製造產品，但這類機器人通常是固定底座而無法移動。為了能讓機器人應用於更廣大的層面，可四處行走、甚至飛行的行動機器人誕生了。

無人車或無人機在戶外感測必須突破傳輸距離的限制。（圖片來源：IEEE Spectrum）

機器人仍有距離限制

行動機器人透過自身的遙測系統展現了多種能力，藉由它們身上的攝影機、雷達、超聲波、空載光達（LIDAR）等感測器，行動機器人得以探索或是測量周圍環境。然而有許多的情況仍然需要感測設備「直接」和實體物件接觸，這點其實是非常困難且耗時的。

舉例來說，如果我們想在水資源匱乏的環境種植作物，並且希望請行動機器人偵測土壤中的濕氣程度，好確保不會灑下過度或過少的水量，進行最有效率的種植。但若遇到顛頗地形，行動機器人的適應力可能不如人們的雙腳，於是又必須在土壤中佈放好幾個感測器，先偵測濕氣程度，再佈置無線環境，整套機制跑下來其實成本相當不斐，主因在於，佈置無線環境需要大量電力。

新傳輸技術帶來新轉機

RFID（射頻識別）的出現替這個瓶頸帶來了些轉機，因為 RFID 感測器不但便宜，且不需要電力。arXiv 近日的一篇研究提出把距離的高頻 RFID 接收器和行動機器人結合的解決方案。關鍵在於當訊息從土壤中感測器上的 RFID 標籤、傳輸到行動機器人身上的 RFID 接收器，這其中過程被大幅簡化，再也不必建置昂貴的無線環境與設備。只要機器人到達感測器所在區域，便能接收所在區域的 RFID 標籤，不但省了人力，也省了建置無線環境的成本。

研究人員 Jennifer Wang、Erik Schluntz、Brain Otis 和 Travis Deyle 展示了這些行動機器人的能耐：能夠快速移動且迅速讀取區域內的所有 RFID 標籤。相較人工或傳統機器人感測，透過行動機器人進行 RFID 讀取資訊快得多了。

以下影片為RFID簡介：

成本便宜體積小

RFID 標籤由晶片與天線組成。大多數的 RFID 標籤不需要電力供給，它們會在識別過程中透過 RFID 接收器發出的電磁場獲得能量，把數據從標籤上傳送出去。

在大規模生產的情況下，RFID 標籤一個成本不到 0.1 美元，而且還可以無限期運作。相較於其他以藍芽等無線技術為基礎的方式，RFID 建置成本相對便宜，體積也較小，重要的是能夠長期運作。而一套感測系統大約只需 1 美元而已。

當你手上握有了一大堆的 RFID 感測器，該怎麼讓它們運作？在希望獲取資訊的區域，插入結合 RFID 標籤的感測器，一旦佈置完成，只需將個別感測器的 GPS 座標位置記錄下來就好。若要啟動資料蒐集，只要開啟行動機器人（可能是無人機或是遙控車），並在欲偵測的感測器座標範圍上方盤旋，利用行動機器人身上的 RFID 接收器蒐集資料整個範圍內的資訊就到手了。

除了感測標籤外，行動機器人也能用於佈置 RFID 標籤，如此一來連佈置 RFID 標籤的人力都省了，加上這些標籤也不需要基礎設備支持（電池、Wifi 等），人們可以將這些標籤貼任何需要的地方。

技術有了，但離廣泛使用還有段距離

這項技術雖然突破了其他無線傳輸方式的瓶頸，不過也還有頗多自身困難需要克服。例如 RFID 標籤和接受器的距離無法相距過遠，如此一來， GPS 定位系統就必須更準確。無人車在 GPS 自動導航的情況下，能夠蒐集區域內三分之二的標籤資訊；而無人機的表現則沒有無人車來得優異，也無法在沒有人為操控的情況下自行採集資訊。

研究團隊指出，透過 RFID 技術的進步，充電與感測範圍的問題都是能夠被解決的。事實上， RFID 標籤技術早已被使用於部分國家的高速公路，作為收費的一種方式（如台灣的eTag），在不超過速限十英里的的情況下，每台車都能被準確地偵測到。

City-link-tulla-toll-gantries — 許多國內外道路皆取消收費站，改用較為快速的etag。source:wiki

既然無人機與無人車兩種行動機器人都已經能以手動遙控的方式，透過高頻 RFID 接受資料，剩下的問題就只是如何讓整套系統能更實用、提升可行性，以及導航準確度的提升。藉由便宜的晶片、標籤、可擴展性、免基礎設施，這些條件將是物聯網成真的開端。

（本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫－智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿）

責任編輯：鄭國威
審校：陳妤寧

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上，DNA 解碼從 1953 年的華生（James Watson）與克里克（Francis Crick）兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構，闡述 DNA 是以 4 個鹼基（A、T、C、G）的配對方式來傳遞遺傳訊息，並逐步發展出許多新的研究工具；1990 年，美國政府推動人類基因體計畫，接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入，到了 2003 年，人體基因體密碼全數解碼完成，不僅是人類探索生命的重大里程碑，也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成，卻因為基因定序技術的突飛猛進，使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展，早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位，但無法排序；直到 1977 年，科學家桑格（Frederick Sanger）發明了第一代的基因定序技術，以生物化學的方式，讓 DNA 形成不同長度的片段，以判讀測量物的基因序列，成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求，出現了次世代定序技術（NGS），將 DNA 打成碎片，並擴增碎片到可偵測的濃度，再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速，且成本更低，讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對，解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤，也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面，儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因，但對於改善個體健康仍有積極的意義，例如：若透過基因檢測，得知將來罹患糖尿病機率比別人高，就可以透過健康諮詢，改變飲食習慣、生活型態等，降低發病機率。又如癌症基因檢測，可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測：前者可偵測是否有單一基因的變異，導致罹癌風險增加；後者則針對是否有藥物易感性的基因變異，做為臨床用藥的參考，也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者，基因檢測後續的生物資訊分析，包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等，對臨床醫療工作都有極大的助益。

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同，而不同族群之間更存在著基因差異，使得歐美國家基因庫的資料，幾乎不能直接應用於亞洲人身上，這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」（Taiwan biobank），希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起，中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」（TPMI），希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫，促進臺灣民眾常見疾病的研究，並開發專屬華人的基因型鑑定晶片，促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人，這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者，超過 99％是來自中國不同省分的漢族移民人口，其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫，其中，漢族的全部遺傳變異中，有 21.2％的人攜帶遺傳疾病的隱性基因；3.1％的人有癌症易感基因，比一般人罹癌風險更高；87.3％的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性，例如：若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型，醫生在開藥時就能使用替代藥物，避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰：個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門，但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上，存在著道德倫理的考量，例如：研究用途的資料是否能放在病歷中？個人資料是否受到法規保護？而且技術上各醫院之間的資料如何串流？這些都需要資通訊科技（ICT）產業的協助，而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言，建議患者做基因檢測是因為出現症狀，希望找到原因，但是如何解釋以及病歷上如何註解，則是另一項重要議題。

從人性觀點來看，在技術更迭演進的同時，對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生？回到了解病因的初衷，在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時，家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等，都是值得深思的議題，也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好，因此，基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統，以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡，將是下一個基因時代的挑戰。

行動機器人結合 RFID 無線傳輸，在戶外也能物聯網

機器人仍有距離限制

新傳輸技術帶來新轉機

成本便宜體積小

技術有了，但離廣泛使用還有段距離

揭開人體的基因密碼！——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

基因定序對人類生命健康的意義

建立屬於臺灣華人的基因庫

基因時代大挑戰：個資保護與遺傳諮詢