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疫情帶來許多的傷害與不便,同時卻也帶動了多項特定產業的發展,其中,機器人以能高度減少人與人接觸的特性備受矚目。

事實上,在疫情之前,台灣的機器人產業早已蓄勢待發,如今更是受到熱切期待。學術界相關的研究也正積極展開,就像先前媒體的報導,清華大學動機系張禎元教授所領導的團隊重磅推出名為「清華紳士」的機器人,它結合了人工智慧、生物力學、與人因工程等多項技術,可望幫我們抽取面紙……等一下!不會吧?花了這麼大的力氣打造機器人,就只為了抽張面紙?

清華紳士機器人

清華大學動機系張禎元教授所領導的團隊推出「清華紳士機器人」,可以輕巧地抽取面紙。

 

禎元教授深具大將之風、明星風采,是機器人界公認的好手,清華紳士肯定有兩把刷子,如此說來,拿面紙這件事背後似乎是別有蹊蹺。的確,許多對我們來說稀鬆平常、輕而易舉的事,對機器人可是扎扎實實的挑戰!但乍看之下,機器人在工廠中又是焊接、又是噴漆,動作乾淨俐落、虎虎生風,更展現出遠高於人工的速度與精準,直覺上區區面紙應該難不倒它吧?

如果我們仔細觀察,目前大部分機器人所執行的工作其實都僅僅涉及到「位置」資訊,就像前面提到的焊接與噴漆任務,機器人所配置的焊槍或噴嘴並不會直接接觸到工件本身,成功的關鍵就落在如何以理想的速度完成預先規畫好的工作路徑,也就是所謂的位置控制。

就此項技術為言,人類早已不是對手,如果不服氣的話,可以試著和工研院機械所研發的海豹投籃機器人比賽定點投籃,先透露一下,它的命中率是99%。但如此神勇的機器人,卻有個如同阿奇里斯腱般的弱點——它的手感真的很不好。

生活上許多的工作都需要有精巧的手感,即使只是拿杯咖啡或是削顆蘋果。對我們人類來說,手感似乎是與生俱來,但你可以想像機器人捏出鼎泰豐18摺湯包的畫面嗎?也許大家會覺得不可置信,就連現今最知名、售價上達數百萬美金的達文西開刀機器人手感也不太好,基本上它是仰賴醫師高明的醫術、以遙控方式來完成手術,但由於醫師並沒有得到充分的力覺回饋,這也限制了達文西機器人應用的範圍。

達文西機器人開刀系統_Da Vinci Surgical System_(來源shutterstoc

達文西開刀機器人售價高達數百萬美金,即使是使用如此精密技術的機器人也存在「手感不好」的問題。

 

如果想要以工程手段建立手感,首先就必須擁有力覺偵測的能力,來猜一下,人的手指、手掌、以及手臂上到底有多少力覺感測器呢?答案是多到數不清,所以無論是接觸到人手的哪個部位、使用多大力道,我們都可以清楚分辨,再錦上添花一下,人類還有很好的觸感,隨手一摸,物件的材質大致就有個底。相對來說,機器人一般只會在末端夾爪部分加裝感測器,所以光是在力覺資訊的收集上,遠遠望塵莫及!但單純只依靠力感偵測就能夠擁有像是鼎泰豐師傅那樣的技藝嗎?

就讓我們來場PK,先請人類代表在手指戴上鋼製的環套,然後在機器人的夾爪裝上矽膠指墊,目的就是要讓人的力感測能力降低、機器人的柔軟度提高,這時再來邀請兩位選手來拿雞蛋,請大家賭看看,是誰會將雞蛋弄破呢?

即使只剩下微弱的力覺,相信大多數人還是會對人比較有信心,為什麼呢?量測資料當然重要,尤其是面對像雞蛋殼這樣脆弱的材質,但光有資訊並不能成事,接下來的控制策略更是關鍵。

除了各種數據資料,更重要的是「順應性控制」

在拿取雞蛋的過程中,指尖所接觸到的位置與力道隨時都在改變,這時候所需要的會是所謂的「順應性控制」(Compliance control),它的基本觀念就是要能配合物件的軟硬變化給出合宜的因應,當對手來硬的,這廂就放軟身段,反之亦然,如此才能在彼此相互配合之下,維持住雞蛋的完整無缺。

從位置控制轉換成順應性控制,是機器人是否能成功進駐到我們日常生活中的必經之路,畢竟它時時刻刻都有可能與物件接觸,當然力覺感測肯定不能少,最好也能像清華紳士雙手一樣,配備類似人類的手指。

如此一來,機器人就有機會從拿顆雞蛋開始,進一步升格成為廚師,甚至成為家庭中的管家。讓機器人擁有靈巧的手感絕對是項艱鉅的任務,卻又充滿高度潛力,也因此,可千萬不可低估一部會拿面紙的機器人啊!

 

 

資料來源: https://ppt.cc/fumeHx

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