和文科同學談機器人(上)

本文作者/張之傑科普、科幻作家




編按:
本文作者張之傑老師在世新開設過三門通識課:中國科技史、生物的演進、白話科學。
其中「白話科學」是以通俗語言,和文科同學談論科學新知。
張老師正在將「白話科學」講稿整理成書,除了增補內容,文後還搭配一篇科幻,
算是一大創新。本文是「白話科學」書稿的第三講。


當今科幻影視流行,機器人成為男女老幼都感興趣的話題。日本發生福島核災時,
報上刊出聳動的標題:「日本機器人不夠看,換美國機器人出動救災!」日本地震
發生後,法國和美國都要派出救災機器人援助日本。日本有機器人王國之稱,為了
臉面,婉拒了法國,但接受了美國老大哥的援助,於是報上出現iRobot 公司的救災
機器人的圖片,那是一台像挖土機的小型履帶式車輛,哪是什麼機器「人」啊!

一談起機器人,大家可能馬上就會想到漫畫中的哆啦A 夢,或電影中的「機器戰警」
、「變形金剛」,或其他各式各樣的機器人。機器人嘛,當然人模人樣嘍。
其實英文robot 這個字,並沒有「人」的意思,而且robot 這個字出現得很晚,被借用
來指稱「機器人」更晚。我們談機器科技與人文人,必須弄清機器人的語源,
否則將會愈談愈糊塗。


機器人的語源


1921 年,捷克劇作家恰佩克(KarelCapek, 1890~1935) 寫了一個著名的劇本RUR
(Rossum'sUniversal Robots,《洛桑的萬能奴工》)。Robot, 源自捷克語robota,
意為工作;轉成英語,成為robot。此劇大意是:洛桑公司製成一種機器人,稱為robot,
它們只知埋頭工作,沒有思維能力,堪稱最理想的奴工,洛桑公司因這項產品而生意興隆。
後來robot 有了思維,它們不堪人類役使,向人類發動攻擊,最後徹底毀滅了人類。

RUR 聞名遐邇,robot 一詞不脛而走,科幻小說家襲用robot,當代科幻大師
艾西莫夫(1920~1992)的短篇小說集I, Robot(1950)即為一例。
1950年代機器人科技興起,科學家借用robot 一詞,遂成為一個全新的詞彙。
劇作家恰佩克筆下的robot,的確具有「人」的意思,但直到今天,實用的robot幾乎都不具
備人形。


機器人的歷史


機器人科技和電腦的發展密不可分。1946 年第一台電腦問世,此後朝向速度快、容量大
、體積小的方向發展。電腦科技促成「自動化」,1952 年,數控機床誕生,為機器人的
開發奠定了基礎。

另一方面,原子能實驗室處理放射性物質,需要機械代替人力。1947 年,美國原子能
委員會阿爾貢研究所開發出遙控機械手,可視為機器人科技的先驅之一。

1954 年, 美國的德沃爾(GeorgeDevol, 1912~2011)提出工業機器人的概念,並申請專利,
他主張借助伺服技術,控制機器人的關節,現有的機器人,幾乎都採用這種控制方式,
德沃爾因有機器人之父的稱號。這時美國的研究生英格伯格(Joseph F. Engelberger)專攻
伺服技術,也在研究機器人,他和德沃爾都認為汽車工業使用重型機器工作,生產過程較
為固定,裝配過程最適合使用機器人。

1959 年,德沃爾和英格伯格製成第一台工業機器人,機器人的歷史才真正開始。1960 年,
兩人成立產製機器人的Unimation 公司,翌年生產出第一台工業機器人Unimate。1962 年, 
美國AMF 公司推出的Verstran。這兩款機器人的控制方式與數控機床大致相似,但外形類似
類的手臂,與數控機床迥異。這類機器人至今仍為實用性機器人的主流。

1970 年,美國召開第一屆國際工業機器人學術研討會,機器人的研究開始普及。在1980年代
之前,機器人的重鎮在美國,MIT 的人工智慧實驗室、iRobot 公司等至今仍為個中翹楚。

1967 年,日本成立「人工手研究會」(現改名為仿生機構研究會),同年召開日本首屆機器
人學術研討會。到了1980年,工業機器人開始在日本使用,所以日本人稱該年為「機器人元
年」。隨後,工業機器人在日本發展迅速,日本因而贏得「機器人王國」的美稱。


人形機器人

當今機器人的重鎮在美國和日本。美國較不熱衷研發人形機器人,日本卻樂此不疲。
研究機器人文化的鄭運鴻先生認為,可能是文化因素使然,日本漫畫中的種種機器獸,
和無敵鐵金剛、哆啦A 夢等人形機器人,陪伴一代代的日本孩童成長,當他們長大成人,
參與機器人研發時,自然而然地就會想到漫畫中的人形機器人,驅使他們往人形機器人
的方向發展。

日本科研單位長期研發具有人類外觀、能行走、能抓握的人形機器人。人形機器人需要
眾多學科參與,集自動控制、體系結構、人工智慧、視覺計算、程式設計、組合導航、
資訊融合等衆多技術於一體,可代表一個國家的科技水準。

人形機器人最關鍵的難題,是讓它的腿能像人一般地走路,它的手能像人一般地抓東西。
發明家愛迪生曾說:「上帝創造人類,兩條腿是最美妙的傑作。」世間只有人類用兩條腿走
路。設計四條腿走路的機器人較為簡單,用兩條腿走路必須克服平衡問題。

1967 年,日本召開第一屆機器人學術會議,早稻田大學的加藤一郎提出人形機器人三條件:
具有腦、手、腳等三要素;具有非接觸感測器(用眼、耳接受遠方資訊)和接觸感測器;
具有平衡覺和固有覺的感測器。1973 年,加藤一郎克服重重難關,率先研製成用雙腿走路
的機器人,因此人稱「人形機器人之父」。

本田Asimo日本本田技研工業株式會社(下稱本田公司)長期致力人形機器人開發,從1980 
年的E 型系列,到1990 年代的P 型系列,技術愈來愈精進。1996 年,本田公司研製出具有步
行能力的人形機器人P2,這款機器人身高182公分,體重210公斤,頭部甚大,還不大像人
形。1997 年改良為P3,頭部縮小,已具有人形了。

本田公司以P3 為基礎,2000 年發展出Asimo(Advanced Step in Innovative Mobility 的縮寫)
,外形酷似背著背包的太空人,它身高120 公分,體重43 公斤,步行時速1.6 公里,
可持續行走30 分鐘。2011 年推出的最新款Asimo,身高130公分,體重48公斤,步行時速
2.7 公里,跑步時速9 公里,可連續步行或跑步一小時。

Asimo 已經可以同時與多人進行對話。步行途中,遇到其他人時會預測對方行進方向及速度,
自行調整行進路線,以免與對方相撞。它不僅可以步行、奔跑、倒退,還可以單腳跳躍、
雙腳跳躍,更能邊跳躍邊變換方向,也可以在些微不平的地面上行走。它的手部可以扭開瓶
蓋、握住紙杯、倒水,手指動作細膩,甚至可以邊說話邊以手語表現說話內容。

至今機器人的應用仍以裝配線上的作業為主,只要固定的「機械臂」就能達成任務。美國
研製機器人的公司不大會像本田公司般,投入大筆錢財研製不實用之物。有些非固定的工
作,諸如修理核反應爐、救火、救災等,如果用機器人代勞,自然以人形機器人最為理想,
不過要使人形機器人去做這些工作,在可預見的未來,恐怕仍只是個夢想。


仿真人形機器人


Asimo 雖具有人形,但外觀像太空人,不像真人。仿真人形機器人就不同了,頭頸、臉面、
手部、腿部等外露的部位,看起來幾可亂真;不外露的部位仍是硬幫幫的機器。為了廣事招
徠,仿真人形機器人通常製成美少女。目前研製仿真人形機器人的國家仍以日本為主,最具
代表性的有Actroid 和HRP-4C。韓國的EveR 系列及中國大陸的Meinü(美女),也值得一提。

Actroid 由actor 和android 兩個英文字合成,由大阪大學和株式會社ココロ合作開發,2003年
東京國際機器人展首次亮相,外形酷似美少女,能做出眨眼、說話、呼吸等動作。其後陸續
推出多種型號,2011 年的Actroid-F,臉部能做出65 種表情,栩栩如生。

HRP-4C 暱稱Miim,由產業技術總合研究所(AIST)開發,2009 年首次亮相,翌年在東京
數位內容博覽會上出盡風頭。Miim 身高158 公分,體重43 公斤(含電池),取自日本少女
的平均值。Miim 裝有30 具馬達,用於行走等活動;另有八具,用於臉部表情。Miim 還能藉
語音辨識軟體與人對話,能藉語音合成唱歌。2011 年推出的升級版,有男有女,行走能力
更進一步,已更像真人。

韓國的EveR,由英文Eve 和robot 兩個字合成,由高麗理工大學開發,至2011年,已有四種
型號。EveR-1 於2003 年東京機器人展首次亮相,身高160 公分,體重50 公斤。容貌模擬
兩位著名演員,聲音則模擬一位名歌星,臉部可做出15種表情,能聽懂400個韓文字和英文
字。頭頸、上肢及上半身可活動,頭部可隨其視覺感知轉動,並可啟動嘴唇以語音合成說
話。其後陸續推出EveR-2、EveR-3 及EveR-4,迄今皆不具行走能力。

中國大陸的「美女」,由四川科技博物館委託中國科學院自動化研究所研製,2006年首次發
佈,現置四川科技博物館。身高168 公分,體重60 公斤;臉面以玻璃纖維製成,不能做出
表情;具有語音識別、運動控制和人機互動等功能;以底座輪子移動,會辨識障礙物;會活
動頭頸及揮動雙手跳舞;會說英語、國語及四川話。在整體技術上,遠較日本的Actroid和
HRP-4C 落後,也較韓國的EveR 遜色。

仿真人形機器人主要用於展示或招徠,所以也是一種商品。HRP-4C 首次亮相時,身穿著名
服裝設計師桂由美為其量身定做的婚紗,一時成為世界性話題。2012 年Actroid-F在香港太
古城中心(商場)展出,曾經吸引大批人潮,轟動一時。

工業機器人

機器人誕生的歷史雖然不長,但在許多生產線上,已取代人力,成為產業大軍,對人類社會
產生重大的影響。自1960年代末以來,西方國家開始使用工業機器人,其造價不斷降低,
而性能卻不斷提高。因為價格降低、性能提高,銷量呈直線上升。目前全世界的工業機器
人,約佔所有機器人的七成;其他類型機器人的產量也在增高。機器人已成為年產值數百億
元的龐大產業。

工業機器人已廣泛應用在各種自動化生產線上。主要由機械手臂、控制裝置、機座、能源裝
置和驅動裝置等部件構成。目前使用的工業機器人,包括模仿人類關節結構的關節型工業機
器人、直角坐標型機器人、圓柱座標型機器人、球座標機器人、噴漆機器人、焊接機器人等
等。

這些用在生產線上的工業機器人,都是不同類型的「機械臂」,都不具備人形。它們動作準
確,永不疲勞,無懼污染,和恰佩克筆下的robot 如出一轍。

以世界代工龍頭鴻海公司來說,近年來受到中國大陸工資上漲,以及員工多次跳樓的困擾,
決定發展機器人產業。2011年七月,郭台銘在深圳廠宣佈,將大量運用機器人,從事簡單、
重複的工作,並發下豪語,三年後生產線上將有一百萬台機器人大軍。同年十月,鴻海在
中科學園區舉行「智動化科技研發大樓」動土典禮,鴻海進入機器人產業已正式啟動。

機器人「上崗」,是否意味著勞工「下崗」?如果鴻海果真建起百萬機器人大軍,哪裡還需
要一百多萬個工人!只是手機等小型機器的裝配作業,移交給機器人絕非一蹴可幾。不論
台銘能否實現其豪語,增加機器人、減少工人似乎已成必然趨勢。(待續)



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