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機器人專題(一)/機器人的過去、現在與未來

文/劉珈均

醫院手術檯前有機器人協助醫師劃開創口,幼稚園有機器人帶小朋友做健康操,幾千萬公里外的火星有機器人為我們採集樣本,未來運動場上可能有機器人隊伍與人類比世界盃足球賽……機器人已漸漸紮根進入人類生活。

簡單回顧機器人發展軌跡:

1956 年全世界第一家機器人製造公司優尼梅生(Unimation Inc)成立,推出首部工業機械手臂「Unimate」;1966 年史丹佛大學研發首座可以感知周遭環境、避開障礙物的機器人「Shakey」;1973 年日本一橋大學研發第一個人形機器人;1991 年第一台手術專用機器人「Probot」問世,用於前列腺切除手術;1997 年 NASA 將拓荒者號送上火星;2000 年大眾看著 ASIMO 踏出第一步;2003 年 iRobot 公司推出家用掃地機器人「Roomba」,至今銷售超過一千萬台;2012 年,耶魯大學打造了第一台能通過鏡像測驗的機器人 Nick,踏出自我意識機器人的第一步。

半世紀多以來,機器人從科幻故事走入真實生活;下個世紀,機器人還有哪些「潛能」?

變形金剛屬外星人、鋼鐵人是盔甲,機器人到底是什麼?

「robot」一詞要追溯到 1920 年捷克劇作家卡羅・恰佩克(Karel Čapek)的舞台劇「羅森的全能機器人(Rossum’s Universal Robots )」,劇中主角以有機合成物製成「robota」(捷克文苦工、勞役之意),起初這些仿人類外表的機器人樂意為人類服務,但後來起而反抗,導致人類滅亡。

恰佩克《羅森的全能機器人》舞台劇劇照,圖片來源:Wikipedia。
恰佩克《羅森的全能機器人》舞台劇劇照,圖片來源:Wikipedia。

「機器人」一詞易誤導大眾的初始想像,其實多數機器人並不為人型(也不必為人型),除了工廠中常見的機械臂,Google 自走車、膠囊內視鏡這些傑作其實都是機器人(後者相當於縮小的自主潛水艇)。

回到根本問題,機器人是什麼呢?國際機器人協會(International Federation of Robotics,IFR)採用國際標準局(International Organization for Standardization,ISO)定義,機器人是可重複編程、自動控制的多功能多軸結構。而學界一般認為機器人要兼具兩項特質:可移動性(mobility)與自主性(autonomy)

「自主性跟人工智慧不太一樣,自主性涵蓋智慧,是指機器能感應環境,偵測外界變化,並作出反應。」交通大學電機工程系教授楊谷洋解釋,聰明但不會動的機器(例如桌上型電腦)並不算機器人;同樣的,可移動但缺乏自主性的機器(例如汽車),同樣不屬機器人。

但「可移動性」與「自主性」無明確量表或界線,機器人並沒有一個滿足所有人的標準,學界對於一些發明是否算機器人也有所爭議,例如有人就認為常見的掃地機器人 Roomba 不夠聰明,不屬於機器人一族。工業機器人先驅、Unimation 創辦人之一恩格伯格(Joseph Engelberger)則乾脆地說:「我無法為機器人下定義,但我看到時,我知道是它。」

楊谷洋笑著說,好萊塢電影塑造了許多機器人意象,談到機器人電影,許多人心中大概會浮現《鋼鐵人》與《變形金剛》,但就定義而言,鋼鐵人是披著盔甲的人類,變形金剛則是「外星生命」,具有機器人外型的外星人吵架吵到地球來。

和機器人成為生活的快樂夥伴?

喜劇卡通影集《飛出個未來》(Futurama)描述西元 3000 年時人類與機器人共存的世界,比爾蓋茲(Bill Gates)也預測未來家家都有機器人,一如家家戶戶都有一部電腦。但機器人要進到家中需要什麼條件搭配?目前機器人使用情況又是如何?

台灣大學智慧機器人及自動化國際中心研究主任羅仁權說,機器人大致可分為工業型機器人、服務型機器人與特殊用途機器人。以全球數量而言,工業機器人約占 70%,一般常見為六軸(小於三軸就不算機器人,只是工作機具);服務型機器人約占 20%,可想成是進入家戶、醫院、購物商場的機器人等(例如 Roomba),機器人競賽的機器人也屬於此類;特殊用途機器人用於勘災救災或軍事用途如探查管線與地雷、潛入深海,約占 5% 至 10%。

Roomba 打掃的軌跡,圖片來源:Wikipedia。
Roomba 打掃的軌跡,圖片來源:Wikipedia。

「服務型機器人的比例會繼續增加。」羅仁權說,政策與社會結構也會影響機器人發展,如日本限制軍事研究,服務型機器人發展便特別蓬勃;少子化與高齡化之下,才規劃以機器人遞補生產線人力,「原本一項工作需要三個人,但第三個人已經不好找了,這些工作也需要訓練,『2+1』那個 1 難找又技術不穩,就用機器人。」

目前絕多數機器人為工業用,少數進入醫療領域,工廠與醫院皆為環境高度受控的場域,井然有序,適合機器人運作。家用機器人尚不普及的一大原因便是安全考量,「你放心讓機器人去廚房拿菜刀切菜嗎?機器人也不是故意的,但它就弄掉了什麼家具,或勾到電線走火。」

楊谷洋解釋,機器人要大舉進駐人類生活,也需要建構適當的環境去配合機器人,一如先前我們為了迎接汽車而大幅改變了生活環境與習慣,接下來就看我們認為是否值得為了機器人而改變。

比起機器人進廚房,眼下似乎有更多人對機器人進入職場感到不安,特別是媒體常常以「最可能被機器人搶飯碗」的框架包裝機器人報導。羅仁權說,某些職位可能因此被取代,「但也創造了一些新的工作,像工程師、機器人租賃與維修服務。」至於社會結構、財富分配、第一線勞工再訓練等問題已超出科學範疇,偏向社會學範圍。他提醒科技與社會的關係值得思考,若有朝一日人工智慧比人類突出太多,雇主偏好使用機器人而不聘雇人類,可能加劇貧富差距。

下個世紀的機器人

機器學習(Machine Learning)讓機器人學得更快,電腦能由資訊中累積的經驗自我進步,機器人有能力分析、找出規則、預測下一步。

歐盟有個自 2010 年起始為期四年的國際計畫「RoboEarth」,身兼歐盟計劃審查委員的羅仁權也審過這計劃,他說這計劃最重要在於整合,結合了雲端運算、大數據、消息傳遞系統。RoboEarth 建構平台讓機器人共享資訊並互相學習,當一組機器人合作執行任務時,能從共享的雲端資料庫上傳與下載數據(例如地圖、任務內容與動作指令、物體辨認模型)與工作進度。例如,A 機器人描繪出醫院地圖後上傳,其他機器人便可直接下載該地圖,毋須重複編程執行此動作,其他工作以此類推,機器人可迅速分工合作,研究人員形容此計劃為「機器人的維基百科」。

機器人聰明,但身體還跟不上腦袋,此限制稱為摩拉維克弔詭(Moravec Paradox),因為機構和感測器配合地還不夠靈巧,機器人「聰明」卻四肢不發達,機器人可在智力競賽打敗人類,但對於怎麼拿取一個馬克杯毫無頭緒,行走運動很笨拙,更無法「辨識」物品,「這現象現在仍存在,得等以後感測器跟材料學跟上來。或許仿生機器人發展有可能打破這點。」羅仁權說,少子化與高齡化之下,「人機協同」是機器人發展的必然趨勢;另一方面則是與其他科技匯流,「雲端」連結使用者的端點有 PC、平板電腦、智慧型手機、Google TV,「我認為機器人就是接下來第五個端點,而且其它端點的功能都可以放到機器人身上!」一如比爾蓋茲的生動描述:

「個人電腦即將起身走下書桌,讓我們能夠看到、聽到、摸到、並且操控另一個地方的物件。」

恰佩克《羅森的全能機器人》舞台劇劇照,圖片來源:Wikipedia。

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