在現實世界拓展機器學習應用的三種方法
在現實世界拓展機器學習應用的三種方法

稱為NeurIPS(神經資訊處理系統會議)的全球人工智慧領域盛會剛剛結束,出席者人數創下歷史新高,即使採取抽票制也難以容納。9,000張門票在12分鐘內售完,顯示了世界各地對AI興趣的爆炸性增長。

然而,儘管AI創新走出學術界,開始在產業界出現,大多數公司在落實AI解決方案時仍然面臨困難。在NeurIPS向AI世界發出警鐘的同時,機器人產業似乎對機器學習(ML)解決方案落地有更務實的考量。

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我任職的公司提供機器學習軟體,使工廠和倉庫中有更多具自主性和更靈巧的機器人。為了彌補技術和產品落地中間的差距,我們和機器人公司與系統集成商密切合作,將最前端的機器學習研究產品化。

日前我飛到東京,參加全球最大規模的機器人展會「國際機器人展覽會」(IREX);在這裡,領先的機器人公司展示了將AI以及ML應用在機器人領域的各種方法。

從「自動化」到真正「自主化」,AI造就的機器人技術領域,最大成果是從原先的「自動化」(工程師藉由程式設計編寫規則,讓機器人遵守)邁向了真正的「自主學習」。

在先前的文章中,我談到AI如何造就新一代機器人2.0時代。傳統機器人主要用於大規模生產線,工程師事先編寫程式,讓機器以高精度、高速度執行相同的任務,但機器本身無法對變化或意外做出反應,因此彈性有所不足。

然而,隨著消費者對客製化產品需求的增長、和勞動力的不斷萎縮,我們需要更加自主和靈活的機器人。

也因此,有公司開始嘗試將ML應用於機器人領域,使新一代的機器人能夠處理傳統機器人無法完成的供作。在IREX中,我們看到了ML用於改善機器人的視覺、控制、以及提高真實使用案例的擴增性。

【延伸閱讀】Robotics 2.0(1)— AI重新定義機器人

機器視覺:在識別、可擴充性和自主學習方面的突破

即使是最先進的3D結構化光相機也難以識別具有透明封裝、反射或深色表面的物體,因為光線會散射或被吸收。

由於物品相互重疊,雜亂堆放的場景帶來了更多的挑戰。這就是為什麼大多數製造商都使用振動台,或零件進料器來分散物品的原因。

此外,傳統的機器視覺系統不夠靈活:你需要通過事先上傳每樣物品的3D 模型來登錄物件,以便後續進行影像及物件本身的匹配。只要過程中有任何一個小變化,都必須重新登錄物件、或是修改程式設計。

但是現在,隨著在深度學習、語義分割和場景理解等領域的進步,我們逐漸可以用一般相機來識別透明的、或是會反光的包裝。

在FANUC的展位上,「LR Mate 200iD」拾箱機器人利用深度學習演算法、以及3D視覺感應器,來示範拾取隨機放置在一個箱子裡的相同的金屬零件。FANUC表示,由於他們的系統可以即時執行3D圖像及物件比對,所以不需要預先登錄。

在FANUC展台旁邊的川崎重工(KHI),則利用來自Photoneo和Ascent兩家新創公司的ML技術,展示了類似的隨機物件揀選方案;在另外一邊,KHI則與Dexterity公司合作,展示了機器人可以同時處理、搬運各種尺寸盒子的自動處理存貨解決方案。

在另一個展覽大廳,日本機器手臂大廠DensoWave以及舊金山的ML新創公司OSARO首次展示了「物件方向辨識」(Orientation)功能,讓機器人可以從雜亂的箱子裡取出透明瓶子;不僅能夠識別最佳拾取點,而且還能識別物體方向、並將瓶口朝上放上輸送帶。

DensoWave機器人事業部總經理Yosuke Sawada評論:「OSARO新開發的『定向』功能是客戶一直在等待的技術之一。此一令人興奮的新功能,有助於識別對機器人較為困難(例如透明)的物品,並提高操作員和工廠自動系統的揀選率。」

在這項展示中,使用的瓶子是完全透明的,因此很難用傳統的機器視覺感應器識別;而且,過去還沒有其他公司展示過類似的功能。

這項讓技術機器手臂不僅可用於簡單的拾取和放置,還可用於更複雜的零件裝備(kitting)、包裝(packaging)、機器裝載(machine loading)、以及裝配(assembly)等工作。

機器控制:智慧放置和品項處理

作為人類,我們從出生起就不斷練習撿拾和放置各種物品,因此可以不假思索就本能地完成這些工作。但是機器沒有這種經驗,必須重新學習這些任務。

尤其是在對產品包裝特別要求的日本市場,各項商品都需要被精心包裝,確保物件和外包裝的完整性,沒有任何缺損。

利用ML,機器現在可以更準確地判斷深度。ML模型還可以通過訓練學習,自動判定物體的方向和形狀,例如杯子是朝上或向下,或處於其他狀態。

物件建模或體素化可用於預測和重建 3D 物件。它們使機器能夠更準確地預測實際物品的大小和形狀,從而將物料放置在所需位置。

這些技術使機器能更準確預測實際物品的大小和形狀,從而將物料放置在所需位置;因此,也讓以產品品項(SKU)為基礎的處理方式得以實現:機器人可以根據物品的脆弱或易碎程度,選擇將物品輕輕放下、或是快速放置。

因此,我們可以藉由自動改變處理方式,讓系統處理量最佳化,而又不會損壞任何物品。

在展會中,也有些公司也開始在運動規劃中,嘗試使用強化學習或機器學習技術。例如日本新創Acsent展示了一段利用「強化學習」來組合兩個部件的影片;而機器手臂大廠「安川」(Yaskawa)也談到了在路徑規劃中使用機器學習的潛在好處。

但是,如果上述的機器學習改進,需要大量資料和長時間的訓練,就會造成在實際執行上的困難。在機器人和自動駕駛汽車等實際應用中,獲取訓練資料既有難度、成本也相當昂貴;這就是為什麼我對於IREX中提及的資料效率(data efficiency)問題特別關注。

適用於現實世界的可擴充性:資料效率

Yaskawa去年為開發工業機器人AI解決方案而成立的新公司「AI Cube Inc.」(AI3),在IREX的發表會中推出了為企業將機器學習模型數位化的工具「Alliom」。
根據AI Cube的說法,Alliom 提供了一個模擬環境(simulation),用於進行資料擴充(data augmentation)、並生成類似真實物件的合成資料(synthetic data)。

Yaskawa利用Alliom加快了ML模型隨機揀料的訓練過程,並希望在不久的將來,能將該解決方案擴展到各種其他應用之中。

這也表示,機器人產業已經超越了僅能引人注目的ML演算法,而開始考慮實際應用支援ML的機器人。ML解決方案不僅需要能夠成功運作,還必須能有效跨越各種使用場景、擴展用途,否則客戶很難有足夠誘因來引進這類系統。

結語

在上一篇文章中,我提到機器人公司正面臨「創新困境」:他們意識到創新的迫切需要,但仍然需要照顧他們的核心客層,也就是需要高速度、高精度工作能力的汽車業和製造業公司;然而,相對於其他市場對靈活性要求較高、也需要機器人能自主學習識別和處理各種元件,這一點是互相矛盾的。

在IREX,我們看到機器人巨頭與KHI與Photoneo、Dexterity、Ascent、DensoWave與OSARO、FANUC、以及Preferred Networks等新創公司聯合展出,顯示機器人公司正在改變並擁抱AI創新。但是,這樣的改變速度夠快嗎?

在汽車業,我們看到汽車OEM製造商在邁向自動駕駛的過渡中,與特斯拉和Waymo等新進者展開競爭;然而到目前為止,我們還沒有看到科技巨頭進入機器人產業。

但Google、DeepMind、Facebook都已經在機器人相關的ML方面,投入了可觀的研究團隊,真正進入機器人產業可能也只是時間上的問題。

未來幾年之中,觀察AI將如何顛覆機器人行業、重新洗牌,將會是很有趣的事情。科技巨頭、機器人製造商、電子汽車製造商、AI新創公司,誰將勝出?

最後,誰又能鞏固在AI定義機器人時代的領導地位?

(本文由Bastiane Huang授權轉載自其Medium)

責任編輯:陳建鈞

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不只給場域、更助攻海外!桃園如何助思納捷做大智慧能源管理版圖?
不只給場域、更助攻海外!桃園如何助思納捷做大智慧能源管理版圖?

隨著全球淨零轉型浪潮持續推進,企業不僅要許下減碳承諾,更得拿出可以被量測、驗證的實際成果,這也驅使企業加速導入智慧能源管理系統。早在 2017 年便投入此領域的思納捷,從桃園出發,透過工業園區與公共建築等在地場域的部署經驗,持續打磨技術與解決方案,隨後更在桃園市政府青年事務局「桃園天際線加速器」協助下,逐步將市場版圖延伸至海外。如今,思納捷全球累積超過 1,000 個應用實績,不僅成功將台灣智慧能源解方推向海外,更成為全球企業推動綠色轉型不可或缺的關鍵夥伴。

從桃園場域開始淬鍊:思納捷把「失敗經驗」變成難以複製的競爭力

思納捷總經理莊棨椉原先在資策會從事能源與物聯網相關研究,當時,他從歐美市場發展看見智慧能源管理的趨勢,於是,團隊從資策會獨立出來、成立思納捷,將過去累積的研發能量帶向市場。而技術落地第一站,就是從工業聚落密集的桃園開始,思納捷運用 IoT 技術管理工業園區的路燈、空氣品質、排水與交通等公共設施與環境,也進一步走進園區工廠,協助企業掌握與管理用電。

然而,從研究機構走向市場後,莊棨椉很快發現,「做得出來」與「真的能用」之間,還隔著一段不小的距離。許多從技術角度來看完全可行的做法,在進入真實場域後,反而出現各種從未想過的問題。

舉例來說,在幼獅工業園區部署智慧路燈時,思納捷原本採用 Mesh Wi-Fi 網狀網路,讓路燈彼此串聯、逐站傳遞訊號,沒想到實際上線後,路樹上的枝葉竟然擋住了訊號,造成通訊不穩定。為此,團隊重新調整架構,採用 NB-IoT 方式,讓每支路燈直接透過電信網路傳輸資料,降低環境遮蔽物對通訊的影響。

類似的「踩坑」經驗也發生在澎湖馬公港。思納捷與合作夥伴共同佈建智慧路燈,採用 PLC 電力線通訊技術,明明在實驗室與一般道路測試都沒有問題,到了港區卻完全無法傳輸訊號。團隊一路追查才發現,原來地下線路早已受到鹽害侵蝕,為此重新抽換線材,才讓系統得以正常運作。

串設備、整數據、AI 自主管理:思納捷打造 24 小時能源總管

「每一次踩坑,都讓團隊更清楚不同技術的適用邊界,也讓下一次部署少走一段彎路,」莊棨椉說,思納捷運用近十年來走進不同場域、解決各種意外狀況所累積的實戰經驗,形塑出 3 大產品特色。

第一,是物聯網裝置串接能力。
目前思納捷已能串接超過 1,000 種設備,涵蓋電表、水表、空調、冰水主機等不同類型,支援數量為全台最多。無論企業使用何種廠牌的設備,都能快速介接至思納捷的平台,降低設備整合門檻。

第二,是將數據與場域 Know-how 轉化為管理模組,讓企業可以「隨選即用」。
思納捷將多年累積的數據與經驗,轉化為超過 20 種應用模組,企業可以依需求持續擴充功能,一改過去可能要導入多套解決方案,才能管理不同設備的系統孤島問題。

舉例來說,某電子元件代理商在導入思納捷解決方案後,管理人員只要透過一支手機,就能掌握辦公大樓各樓層的設備運轉狀況,包括用電、用水、會議室、電動車充電樁到空調系統。不僅大幅提升管理效率,也能進一步掌握實際用電需求、降低能源耗用,並據此調降契約容量,每月節省約百萬元的電費成本。

第三,是讓能源與設備管理從人工管理走向 AI 自主管理。
思納捷以自家大數據為基礎,結合 AI 提升系統自主判斷與調控能力,持續優化能源管理的成效。「我們的目標,就是打造 24 小時雲端 AI 總管,讓系統可以自己判斷和調整,讓設備隨時維持在最佳運轉狀態,避免造成不必要的能源浪費,」莊棨椉強調。

出海前先看懂市場:桃園天際線加速器降低新創試錯成本

隨著產品逐漸成熟,思納捷也開始把目光投向海外,而進駐桃園天際線加速器,則為團隊提供一個以更低成本探索海外市場、驗證發展方向的機會。

莊棨椉表示,透過加速器安排的韓國、新加坡等國際交流,思納捷得以接觸不同市場的潛在客戶、創投與投資者,了解當地產業環境與實際需求,也能與在地新創交流創業與市場拓展經驗;國際經驗的獲取與海外拓點,都是成本極高的決策,藉由這些機會,思納捷得以用較低成本,去了解國際市場的可能性與風險。

此外,加速器也會安排專業業師分享國際市場經驗,從不同角度刺激團隊思考,重新檢視既有商業模式與海外布局策略。例如,曾經有業師與莊棨椉逐項分析海外上市必須具備的條件,讓他重新盤點公司現階段的優勢與不足,也進一步思考什麼才是最適合思納捷的成長路徑。

「加速器讓我們有機會多看、多聽、多接觸。」莊棨椉說。這些交流的價值,不只是認識多少潛在客戶,而是讓團隊在真正投入大量人力與資金以前,先釐清當地究竟有沒有市場、客戶需求是否成熟,以及既有產品與商業模式能不能直接複製。過去許多只能透過資料或想像判斷的問題,如今都能透過實際走進市場、接觸第一線業者取得更多資訊,降低走錯路的風險與試錯成本。

對思納捷而言,加速器帶來最關鍵的幫助是,透過市場探索、業師輔導與資源媒合,讓團隊在真正投入之前,有更多機會看懂市場、驗證方向,再決定下一步怎麼走。對資源有限的新創而言,這種「先驗證、再投入」的過程,反而能降低海外布局的機會成本,讓每一步走得更精準。

展望下一階段,思納捷團隊將持續聚焦校園、園區、建築與工廠四大場域,持續深化應用,讓「24 小時能源與機電設備雲端 AI 總管」的概念在更多場景落地,同時,當既有台商客戶前往海外設廠、有智慧能源管理需求時,思納捷也會跟隨客戶腳步提供服務。莊棨椉認為,唯有先把技術與服務做深,建立可複製的成熟模式,未來才有機會將台灣累積的智慧能源管理經驗帶向更大的國際市場。

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