看得見的手!機械義肢能辨認 500 項物件並自動調整手勢

工程師們常收到抱怨設計出來的東西不能真正滿足使用者需求,但是設計的改良需要一套循序漸進的過程,其實工程師也想要貼心,也想越來越懂你。
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Photo credit: New Castle University
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原文《這個長了眼睛的機械手,無需特殊編程就能抓 500 種東西》刊登於 PingWest,作者 liuxuan,INSIDE 獲授權轉載。

工程師們常收到抱怨設計出來的東西不能真正滿足使用者需求,但是設計的改良需要一套循序漸進的過程,其實工程師也想要貼心,也想越來越懂你。

不然為什麼要給這個機械手裝上眼睛?

不要小看這個眼睛的作用,在長眼睛之前,機器手需要你告訴它每樣東西都該怎麼抓,否則它就胡亂抓。想像一下你閉著眼睛找東西的樣子,大概就是這樣。

機器手是本來就有的,攝影鏡頭和圖像識別技術也是本來就有的,但是把這三樣已知技術結合在一起,就解決了義肢 「瞎抓」 的問題。這是 英國新堡大學 生物醫學研究人員想出來的主意:把一個可以進行圖像識別的攝影鏡頭搭在一個義肢原型上。

使用已經開發好的電腦視覺技術,研究人員通過深度學習訓練這個攝影鏡頭識別 500 個物體。比如當使用者想要拿起一個杯子,不需要自己向義肢輸入任何訊號,在你把手伸向杯子的過程中,義肢的攝影機會對眼前的物體拍照,在後台識別,然後根據深度學習訓練的結果判斷這個物體應該怎麼抓,再把手型調整到相應的抓握形狀(比如拿起一支筆需要夾持的動作,拿起一杯水需要握住杯柄垂直移動),最後一步根據用戶的肌肉放電訊號確認抓力。

新堡大學生物醫學講師 Kianoush Nazarpour 博士說,「使用電腦視覺,我們開發出一種能夠自動反應的仿生手,實際上就像一隻真正的手,用戶可以快速地使用對的方法去拿一杯水或者一塊餅乾。」

「這個系統的優勢在於它更靈活,能夠拾取新鮮的物體。這是相當重要的,因為在日常生活中,人們需要毫不費力地拿起他們從未見過的各種物品。」

目前已有的義肢,通常需要使用者用各種方式傳達一些信號才能做出相應的動作反饋,也就是不管透過什麼方式,你需要告訴你的義肢你要拿什麼。

比如在肩部或者斷肢位置接入電極陣列用來讀取肌肉活動,在感知皮層植入電極陣列用於感知用戶的想法,隨後透過感應器發出手勢信號,告訴義肢該怎麼行動。這種把測量神經信號的感應器植入肌肉內部應該是目前最先進、最昂貴的義肢了。

美國國防高等研究計劃署( DARPA)在 2016 年底上市的 LUKE 就是這樣的義肢。 DARPA 希望 LUKE 是那種佩戴之後你可以用大腦控制的義肢,只要腦子想做出什麼動作,機械手就會對應去完成,目前已知 LUKE 已經可以完成吃漢堡、拿鑰匙開門、刷牙梳頭、吃漢堡,甚至是拉拉鍊這種很細節的動作。

這的確是一種理想的生物手替代品,但是這樣的高級手並不是每一個需要義肢的人都能負擔的起。先前有傳言稱一隻 LUKE 的價格大概在 10 萬美元左右。

給機械手裝上眼睛讓它自己去看,相對來說就便宜多了。

根據新堡大學研究人員的說法,安裝了眼睛的義肢,反應速度要比市場上大多數義肢快 10 倍左右。而且也很便宜,這個義肢的眼睛使用的僅是一個普通的羅技

攝影鏡頭,用於圖像識別訓練的 AI 模型也可說是很廉價的。

最重要的是,使用者可能不太需要動什麼腦子去跟義肢對話和溝通,一些交給義肢自己解決。

不過也不是說它就是完美的,首先用於識別的神經網路不能做到完全準備,目前只有大約 80%-90% 的準確率;其次如果真的實現大規模應用的話,除了長眼睛之外,這只手最好還要長腦子,能做到記憶和自主學習,而不僅僅是依賴工程師不斷的餵標籤數據。

世界這麼大,需要把握的東西太多,一隻 遲鈍的機械手也許還是會錯失一些機遇和幸運。知道怎麼撿起地上掉的錢包,卻不知道怎麼撿起剛飄落的一朵花,也是一件挺遺憾的事情。


從物流到巡檢!無人機小兵立大功,助產業翻轉應用場景、加速智慧城鄉腳步

隨著科技進步,在推動智慧城鄉的道路上,已發展出應用無人機來縮短城鄉差距、加速產業應用佈局,同時提升民眾的生活品質。
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photo credit:經濟部工業局
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談起無人機會令你想到什麼?對多數消費者而言,第一時間聯想到的或許是結合影音、娛樂的應用場景,藉由飛行優勢捕捉各種畫面、創造更有趣的觀賞體驗,但其實無人機早已升級,在許多我們意想不到的場域裡發揮它的技術,改善我們當前的生活品質。

根據 DRONEII.Com 的報告指出,全球無人機市場將從 2018 年 140 億美元、一舉躍升到 2024 年 430 億美元,其中能發揮無人機應用的場景除了熟悉的娛樂、拍攝外,勘/救災、預警系統、資料蒐集與分析與環境監測等,亦是無人機可著力之處。

看準無人機所具備的這些優勢,讓經濟部工業局在「普及智慧城鄉生活應用計畫」中,善用無人機的價值,讓它得以跳脫娛樂拍攝場景,以物流、巡檢等角色走入偏鄉,為在地民眾以科技力注入創新活水。

看無人機如何從物流到巡檢,翻轉智慧城鄉

「智慧城鄉的目的就是要透過科技力,讓偏鄉地區的民眾也能同步享受等同於都會區的資源與生活品質。」作為國內長期投入研發無人機的中光電智能機器人王仲平協理觀察,這也是為什麼中光電加入「普及智慧城鄉生活應用計畫」後,選擇以物流、巡檢等場景作為起手式,希望藉由技術的輔助讓偏鄉地區的生活體驗可以再升級。

攤開 Google 地圖,從新竹火車站前往尖石鄉的路程接近 3 小時,途中更是九彎十八拐,也常因天災造成道路坍方,切斷輸送物資的主要管道。「但這趟路對無人機而言僅需 10 分鐘」在天氣許可下,無人機能垂直飛行加速物資運送,讓偏鄉在資源需求上邁進了一大步。當然,王仲平也解釋,這樣的場景是需要串接地方政府、物流業者乃至於零售業者都缺一不可,中光電發揮在無人機的技術與專業,攜手夥伴們才能讓智慧城鄉的發展被實現。

而這項技術也已輸出海外、與日本樂天合作。王仲平透露,目前已在白馬山進行試飛,在高低落差近 1600 公尺、往返距離約 10 公里的地區,以無人機方式將貨物運送至目的地。讓過去需要耗費車程、人力約 7 小時的路途,如今只需要 10 分鐘就能解決,不只能運送物資上山、也同時能將山上的垃圾運下來,藉由無人機創造雙向價值、提升偏鄉的生活體驗。

除了物流場域,巡檢應用也同樣能發揮無人機效益。王仲平表示,電塔維護關係著偏鄉居民的生活及維修人員的生命財產安全,過去動輒爬上高處修繕或需要跨域的奔波,不僅耗時耗力、也可能有人為無法判斷的疏漏發生。如今在無人機的輔助下,不僅大範圍的檢測不成問題,因不受空間影響、更能 360 度的徹底檢查,即便在環境惡劣的山區也難不倒它。

photo credit:經濟部工業局

用「眼睛」跟「大腦」,讓無人機更智慧地徜徉在場域中

無人機之所以能實現如此多應用場景、強化偏鄉地區生活品質與智慧水準,全仰賴技術上的突破,「你就想像現在的無人機其實是台會飛行的掃地機器人,」王仲平生動地解釋。傳統無人機因缺乏人工智慧的導入,讓任務執行依舊需要耗費大量人力監控,也可能因人為操作而發生意外,而這也是為什麼中光電在研發無人機的第一天起,就希望能賦予智慧設計,讓無人機能具有思考與判斷能力。

首先,要能被稱作為智能機器人就需要配置影像辨識系統,王仲平表示這讓無人機如同人眼一般,能捕捉外界影像,讓它在執行任務時能採集需要的資訊,同時透過 SLAM 避障技術,協助無人機判別外界的障礙物,無論在運輸或是巡檢的過程中,更加順利。

此外,智能機器人也需要具備良好的運算平台、就像是大腦一樣,能將捕捉到的影像進行分析、並且建立模型,以利未來在同一條路徑上的飛行時,可以更加熟悉、也讓這台無人機得以減少對人為操作的依賴,加速對偏鄉服務的提供效率。

偏鄉需求大,無人機應用潛力無窮

「其實物流體系的成本有 75% 都是耗費在最後一哩路。」王仲平說,若能借重無人機的技術突破瓶頸,相信在偏鄉的民眾生活品質將會有大幅度邁進,同時為加快腳步,他認為每個物流節點都需要擁抱數位工具、面臨數位轉型,才能攜手翻轉當前的應用場景。

展望未來、王仲平更是滿心期待,他相信還有很多場域正等著無人機發揮技術突破現有框架,「你能想像如果我們有空中計程車的時候嗎?那將會是航空界的革命性發展,也將為偏鄉居民的醫療帶來全新的體驗。」短程的載人運送服務將可能為偏鄉居民、甚至是因登山發生意外的狀況,有了更即時與效率的幫助。藉著這次的計畫,王仲平相信在攜手產官學一同合作打造可落地的應用,就能讓更多人看見無人機的價值、也才能加速偏鄉擁抱智慧科技。

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