【機器人隱身術】3D 切換 2D 軟體機器人偽裝皮膚,靈感來自章魚!

近日康乃爾大學的研究人員開發了一款能讓機器人實現隱身的新「皮膚」,下一代的軟體機器人可以在 2D 與 3D 間輕鬆切換,可用於機器人隱身,也可以用來窺探動物行為以開展學術研究,甚至隱秘的軍事行動!
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Photo Credit:cornell.edu
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本篇來自合作媒體 36kr,INSIDE 經授權轉載。

可伸縮材料在生產生活中的應用越來越廣泛,但是我們好像還無法控制比氣球膨脹更複雜的材料變形。

但在自然界中,有些物種卻做得很好,比如很多頭足類動物(比如海裡的軟氏三雄:章魚、墨魚與魷魚)就可以以毫秒為單位讓皮膚產生分層,藉此來達到偽裝的目的。

受頭足類動物肌肉形態和皮膚結構的啟發, 康乃爾大學的研究人員 最近開發了一款能讓機器人實現隱身的新「皮膚」,其皮膚紋理可以與背景環境完美融合。不過目前這套「皮膚」紋理現在還只能按照研究人員提前設定的圖案顯示,比如凸起的岩石或者類似高麗菜的多肉植物等。

具體來說,研究人員的靈感來自章魚,這種粘稠的生物簡直就是機器人工程師創新的繆斯,因為章魚是自然界名副其實的偽裝大師。其中,一些種類的章魚可以改變膚色,還有一些可以透過控制小肌肉群來快速改變皮膚紋理(形成隆起或褶皺)。

基於對章魚的觀察,研究團隊成員 Pikul 等人將矽樹脂倒入模具,形成與皮膚類似的材質,之後在上面一層放置了一個固定長度的纖維網用來模擬肌肉組織。接著他們按照設定好的圖案用雷射切割網格(清除網狀物以添加矽膠),並在上面澆築更多的有機彈性矽膠,之後整個東西變乾並形成三明治結構。

簡單來理解這個三明治結構的話,從下到上材料依次是:矽樹脂、彈性矽膠和纖維網。纖維網作為局部結締組織起到纖維增強的作用,向中心軸提供力並控制 3D 形狀。而彈性矽膠作為可伸展的軟組織,可以垂直於合成皮膚表面伸縮。

當研究人員向合成皮膚充氣時,它可以從二維(2D)可伸縮表面轉換為 3D 形狀,並膨脹到其目標形狀的 10%那麼大。

然後,研究人員將纖維網刷成了灰色,並按照石頭的圖案把多餘的網狀物切除,之後將矽膠注入進模型中,得到了一塊類似「岩石」的皮膚。他們還畫出了一個綠色的植物圖案,看起來就像一個高麗菜的多肉。

目前,這款皮膚存在的局限是研究人員必須預先規劃好他們想要的物體模型,這在某種程度上限制了機器人的隱身能力。但研究團隊在他們論文的最後寫道:“未來或許可以透過向上或向下撥動網格模型的剛度來改變圖案,繼而改變矽樹脂的形狀。”

有了這套皮膚,下一代的軟體機器人可以在 2D 與 3D 間輕鬆切換。未來,類似這種可以根據設定的圖案進行偽裝的「皮膚」可用於機器人隱身,也可以用來窺探動物行為以開展學術研究,或者用於隱秘的軍事偵查等。


我把教室 FUN 大了!打造以孩子為中心的智慧校園

近年教育部致力推動國內中小學打造「智慧校園」與「智慧教室」,讓科技工具成為老師創新的助力,不但讓第一線教師更願意用活潑的互動教學取代傳統「老師講、學生聽」方式,學生也紛紛回饋「上課變好玩了!」,達到縮短數位落差、培育跨域數位人才,實現智慧國家、落實數位平權的目標。
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Photo Credit:兔包
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身處 21 世紀的我們,面對快速變遷的世界,學習新知與適應環境的方式都需要改變。由美國教育機構率先提出的「21 世紀技能」(21st Century Skills),包括創新的思考能力、獲取資訊及使用資訊科技的能力、溝通與團隊協作能力等,這些能力被認可為本世紀每個人都應該具備的基本技能。由此可知,具備資訊科技能力重要性大幅提升。

因此,越來越多的世界各國教育政策朝向結合新興科技的素養教育方向發展,台灣科技教育也不落人後,藉由前瞻基礎建設「校園數位建設推動計畫」的著力點,希望數位學習工具普及成為師生上課的好幫手,打造智慧學習環境。推動過程中發現,當校園數位基礎建設到位,不但第一線教師更願意用活潑、創新的互動教學取代傳統的「老師講、學生聽」,學生也紛紛回饋:「上課變好玩了!」

智慧教室 把學習的快樂還給孩子

根據教育部調查顯示,當學校教室的資訊基礎環境提升,教師開始將數位科技融入教學,有高達 80% 學生覺得課程變得有趣並能了解上課內容;而在課堂互動方面,約 70% 學生喜歡跟老師或同學進行互動,更覺得能夠專心上課;且有超過 60% 學生覺得使用資訊科技設備進行作業發表時有成就感。

校園數位建設推動計畫主持人政大資科系李蔡彥教授表示,全台灣有 6 萬多間教室,目前執行團隊已輔導完成近 5 萬間智慧教室的建置。「當我們剛開始到學校訪視,最常聽到老師反應的問題是網路不穩、投影看不清楚」,授課品質不佳,學生提不起興趣,即使老師想嘗試新的教學法也有困難,「這些設備對都市學生來說可能都很基本,卻不是每個偏鄉孩子都能擁有的權益。」

李蔡彥說,數位基礎建設的內容很廣泛,不同縣市、不同學校有不同的需求。「我們也希望透過這次全面性的檢視,了解各縣市學校的數位落差,再去彌補起來。」李蔡彥舉例說,有的學校不是每間教室都有投影機和 WiFi,那就要優先購買這些設備;有的學校教室顯示器材已經很不錯,又打算發展特色課程,就可以考慮採購平板、增建虛擬實境等。「現在全國有 40% 教室都已經裝了大尺寸觸控螢幕,教材呈現更多元,師生互動更活潑,孩子反應都很熱烈。」

應用數位科技 點亮教師手中的魔杖

宜蘭松羅部落學校(宜蘭縣大同國小松羅分校)全校僅有 35 名學生,許多孩子來自單親或隔代教養的家庭,數學科林政琦老師一直希望能突破教學瓶頸,提升孩子的學習動機,嘗試過各種方法都失敗。

參與「校園數位建設計畫」輔導後,採用平板搭配民間教育平台(如均一教育平台)教育雲等數位平台輔助教學,有了很大的改變。「我們上課很少用課本,但我進步很多」、「不懂的地方可以看影片複習,一直看到懂為止」、「可以跟同學討論,分享我的想法,聽不懂沒關係,不會被罵」松羅分校的孩子們說道,神情充滿自信。

「以前這些孩子遇到考試都愁眉苦臉,但現在竟然會跟我說:以後我也要當老師。」林政琦老師笑說,有了行動載具,透過影像化、遊戲化的學習資源幫學生打好基礎,能增加課堂上的操作練習時間,反覆熟練到學會為止,「當我發現孩子真的對學習產生興趣,在上課以外的時間還會自己用平板練習做題目,真的非常感動。」

連江縣立中正中小學也藉由前瞻計畫的挹注提升網路環境,將各班全面改建為智慧教室。比方說,電子講桌可以存放各年級教材,學生不用再扛一堆課本上學。而有了穩定的網路,更能發展遠距教學,例如國中部就與台北市的數位學習中心中崙高中合作視訊教學,國小部則有台大國際學伴交流等,讓偏鄉孩子有更多機會。

此外,李蔡彥教授更提到,3 年多前全台所有國中小的網路管理業務多由資訊組長或資訊老師處理,是一大負擔,現在透過專業團隊設計智慧網管,能夠快速查找、診斷、排除甚至預測網路問題,輕鬆維護學校網路暢通,降低維運成本,「這應該是全世界的創舉。」

為台灣科技教育贊聲

放眼國際,我們看到智慧校園的影響力可以走出教室,更可以走出國界。你希望透過科技,解決什麼問題,台灣的未來又會變成什麼樣呢?

隨著台灣社會的數位化高速發展,培養同時擁有運算思維及設計思維、橫跨科學及人文藝術領域技能的人才,是全民共識的 21 世紀未來人才特質,這些技能不只學校老師應該教給學生,成年人也應該持續自學,為自己的未來加值。

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