我的Lab生活

打造夢想中的無敵鐵金剛

人形機器人的問世令我驚醒,再度燃起我內心的熱情,由於其屈膝行走的步態與人類的步態迥異,讓我決心投身此一領域,實現從外觀到行為都真正擬人的機器人。

撰文/江明勳

我的Lab生活

打造夢想中的無敵鐵金剛

人形機器人的問世令我驚醒,再度燃起我內心的熱情,由於其屈膝行走的步態與人類的步態迥異,讓我決心投身此一領域,實現從外觀到行為都真正擬人的機器人。

撰文/江明勳

「打造無敵鐵金剛應該不難吧?」這是小學時期看完卡通之後的狂想。當時心想著挖土機基座就是腰身、挖臂可以當成手、亦能做為腿……。隨著年紀逐漸增長,所學並未應用於實現夢想,反倒常常拿來揶揄當年童稚單純的自己:孩子的世界果然什麼都很簡單。

直到日本本田公司(Honda)的人形機器人問世,我才驚醒,再度燃起我內心對人形機器人的熱情,由於人形機器人屈膝行走的步態與人類的步態迥異,讓我決心投身設計機器人的研發領域,實現從外觀到行為都真正擬人的夢想機器人。

「當系統輸出不如預期,即設計控制器加以修正。」不僅電機系的養成背景如此告訴我,近年來多數的研究人員亦著眼於此,畢竟人形機器人的架構大致已定調,其餘研究細節應該所剩不多。但有文獻指出,時下機器人的屈膝步行,其消耗的能量至少為相同身高與體重人類的16倍。這點令我開始思考:是否需要更多、更複雜的控制行為?

雖然設計一個控制器能補償系統輸出與預期之間的落差,但補償的頻率越高、方法越複雜,系統消耗能量只會更高。這種一味模仿人類行為特徵的方式,似乎不見得能窮究人類步行的原理。相反地,只要原理相符,人形機器人必能表現出人類所有的行為特徵,於是我不再執著於控制器的設計概念,而是企圖打造一個系統輸出逼近於預期的系統,盡量把控制器用於應付偶發狀況,如此便能減輕運算負擔以及因補償而生的能量消耗。

因此,我開始檢視時下機器人的架構,並前往醫學系旁聽解剖學課程,修習人體解剖學知識,幸好有此知識,讓我得以發現機器人的架構有不少應當修改之處。另外,我也接受過運動科學訓練,在課餘從事私人運動教練的工作時,發現機器人的運動方式及力學原理與人類生理大相逕庭。研發機器人的過程中,還意外回答了幾個醫學解剖與運動科學領域中,只知其外顯特徵而不知其背後力學原理的問題。

獨立摸索排除困難

到了將想法付諸實現的時刻,問題也接踵而至,到底該怎麼做?該用哪些工具?一開始真的毫無頭緒。剛入研究所時,我對非專研機器人領域的指導教授承諾,自己可以獨立進行研究,竟成了最難下的台階。初期,我買了些手鑽、鐵皮剪刀等,就這麼躲在租屋處做起小手工,進實驗室的頻率也因此逐漸降低。由於夢想太遠大,工具與製造技術卻相對不足,雙手不知起了多少水泡,卻仍做不出像樣的東西,勉強湊合的部份成果,就像是小學生的美勞作品;更糟的是,以徒手加工的作品,剛性明顯不足,看似人形機械,卻又帶有幾分軟體動物的特性,這樣的動作輸出讓我離預期目標更遠。

我不甘敷衍了事,因而尋求機械加工廠的幫忙,但因為缺乏機械相關背景,不僅許多天馬行空的設計想法難以實現,連與機械加工廠溝通都有困難。在軟硬釘子都碰過之後,漸漸明白,唯有自食其力才有機會成功,於是我靠著一點積蓄,買進那些父母曾經說過「只要你好好念書,將來就不必辛苦做黑手」的黑手才會用到的加工機械。

錢能解決的事確實都是小事,錢能買到設備,卻買不到技術。好在身處資訊爆炸的年代,透過網路就能獲得不少相關知識,由於外國人比較樂於分享,因此許多資訊多半來自海外,當看到非以英語或中文的網友分享的知識經驗,也就只能看圖說故事。「取之於網路,還之於網路」,當時正開始流行個人部落格,於是我也把自己從門外漢一路摸索的入門過程,一點一滴、不怕人笑的搬上部落格,除了因而獲得接案的機會,更結識了在職業訓練局教授精密機械加工的老師等能人,不僅提升自己的研發技術,也多了一群堅實的技術後援。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2014年第154期12月號】