機器人專家在開發新產品時,總得費盡心思想出好點子,那他們會從哪裡找尋靈感呢?比方說,牛頓是在蘋果樹下觀察到地心引力的存在,阿基米德在洗澡的同時,赫然發現原來水是有浮力的,據說熱愛搖滾樂的賈伯斯,在聽完音樂之後,就能Stay hungry,Stay foolish!那去看一場電影的效果如何呢?這就得請教大同大學的何明果校長,讓他來為我們說說電影與創意之間的一個小故事。
何校長當年在美國明尼蘇達大學機械系攻讀博士學位,有一天他的指導教授卡沙羅尼博士(Homayoon Kazerooni)趁著閒暇跑去看「異形」第二集,電影中由雪歌妮·薇佛(Sigourney Weaver)所飾演的太空探險隊成員雷普莉在執行任務時突然遭遇到外星異形,這傢伙長得既強壯、又噁心,實非一般武器所能對付,該如何是好呢?咱們這位有著「史上最強太空英雌」名號的雷普莉可不是叫假的,二話不說,將自己套進機器人外裝內,人與機器人一合體,瞬間變身為無敵鐵金剛,打得異形落花流水,直叫不敢!
卡沙羅尼教授看完電影、一回到實驗室就很興奮地向大家宣佈,讓我們來開發像電影中那種穿在身上的機器人吧!這對包括何校長在內的研究生來說,簡直是晴天霹靂!電影中所呈現的科技一向是天馬行空,真有可能實現嗎?我們還要不要畢業呀?但指導教授的話就像聖旨一樣,大伙也只能硬著頭皮做下去。
『異形』第二集是在1986年上映,輾轉三十個年頭過去了,何明果教授也從當年的研究生成為名重四方的大學校長,而我們這位充滿創意、獨樹一格的卡沙羅尼教授在轉至加州大學柏克萊分校任教之後,大放異彩,現在已是機器人領域赫赫有名的大教授。正如同電影中的主人翁一樣,當年的他們無所畏懼地面對挑戰,然而,這個打造出穿戴式機器人的夢想成真了嗎?
機器人穿在身上當然不會像穿衣服一樣單純
將機器人穿在身上當然不會像穿衣服一樣單純,研發過程也絕非康莊大道,首先要考量的就是它的重量,必須要夠輕讓身體能夠負荷,所以卡沙羅尼教授心目中理想的版本其實不是像『異形』第二集中那種將整個人放進機器人裡的型式、或是『鋼鐵人』中小勞勃道尼(Robert Downey Jr.)所穿的全身覆蓋型機器人裝,而是類似『極樂世界』中鑲在麥特.戴蒙(Matt Damon)身上的機械外骨骼裝置,由於它僅僅由支架組成,省下了整片的金屬,重量自然大幅減輕,也因此所開發的穿戴式機器人也被稱為外骨骼機器人(Exoskeleton Robot)。
外骨骼的結構確實能讓機器人變輕,但為了讓它能夠協助身體動作,必須裝上馬達來提供動力,這又帶來另一項考驗,因為如果想讓身體能夠行動自如,最好是在人體關節的每個轉動自由度上都加裝馬達,如此一來,馬達的數目肯定不會少,而且還是得輕量化,但它們同時也需要強壯到足以帶動肢體,換句話說,我們期待馬達既要輕巧、又要有力,這不就像是要求它成為馬達界的葉問嗎?
除了重量上的考量,如何讓穿戴式機器人能夠了解使用者的想法,配合他們的動作來產生合宜的輔助也十分關鍵,目前所採取的手段包括量測人類的腦波、肌電波訊號,或是透過人體運動時的力道、位置等來推估使用者的運動意圖。此外,既然身上掛著林林總總的支架、馬達等等元件,如何能維持行進間的平衡也至關重要,要是控制上出點差錯,那可是要仆街的!
穿戴式機器人追求的是人與機器人合而為一、全然和諧無間的境界,這難不難呢?
卡沙羅尼教授開發穿戴式機器人當然不是為了滿足自己的科幻想像,他善用穿戴式機器人可增強人類力量的特性,具體提出多項的實際應用,其中相當受矚目的就是被稱為「超級士兵」的國防計畫,就像古代的武士穿上盔甲,如果在當今的戰場上猛然出現軍容壯盛、身著外骨骼機器人的軍團,那場面想必十分震撼!
外骨骼機器人在行動輔助與復健上的研發
台灣近幾年來也致力於外骨骼機器人在行動輔助與復健上的研發,之前工研院機械所就曾為有「鋼鐵人醫生」之稱的許超彥醫師開發出穿戴式行動輔助機器人,讓因為意外導致下半身癱瘓的許醫師能夠重新站起來。為了協助更多行動不便的朋友,工研院在2017年新創成立福寶科技公司,正式推出行動輔助機器人商用產品,從2011年就帶領團隊全心投入開發的巫震華董事長期許公司能在2019年前成為全球下半身癱瘓專用行動輔助機器人的龍頭品牌,將台灣的研發成果推向國際,他特別提到,當看到這些朋友重新站起來時那一刻的喜悅,是他們團隊堅持走下去的最大動力。
從科幻電影走進真實世界,穿戴式機器人展現出絕佳的示範,它同時也是人與機器人合作最緊密的一種方式,對人類來說,今天的它仍然像是身外之物,但在這些優秀團隊的努力下,也許在不久的將來,將機器人穿在身上真的就像穿衣服一樣輕鬆,甚至能與我們心意相通,成為身體的自然延伸呢!
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