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不断进化的机器人到底可以为人类做什么?

时间:2018-03-01 作者:Anthea Chuang, EE Times Taiwan 阅读:
随着更多新、旧技术的加入,无论是哪一种型态的机器人都渐渐可以开始协助人类做更多的事,甚至执行一些「特殊」的任务,例如深入危险区域采集或读取信息、陪伴及照护老人、在工厂提升组装作业的速度等…

机器人领域涵盖非常广泛,以广义来说,机器人包含机械手臂、拟人形机器人、特殊领域应用机器人,甚至扫地机器人、无人机、穿戴型机器人都可以划在机器人的领域。无论是哪一种型态的机器人,已经开始慢慢协助人类执行一些「特殊」的工作,例如深入危险区域采集或读取信息、陪伴及照护老人、在工厂提升组装作业的速度…等,但这些机器人多停留在一个口令一个动作的阶段,仍无法举一反三「思考」人类需要他们额外做些什么工作。

但随着更多新旧技术的加入,如传感器、微控制器、摄影机、各式有线与无线通信技术,以及近期正夯的人工智能(AI)、机器学习、机器视觉、扩增实境(AR)…等,机器人渐渐可以开始协助人类执行更多事。

机器人市场前景可期

根据市调机构IDC的调查报告,由于全球疯迷机器人,因此全球机器人与相关服务市场规模将由2016年的915亿美元(约新台币2.9兆元),倍增为至2020年的1,880亿美元(约新台币6兆元),反映出机器人市场火热程度。

另外,《中国机器人产业发展报告(2017)》统计数据也显示,全球机器人将迎来新一轮科技和产业革命的蓬勃发展, 2017年全球机器人市场规模将达到232亿美元,且2012~2017年的年平均增长率近17%。其中,中国大陆2017年机器人市场规模受惠于「中国制造2025」计划推动,市场规模预计可达62.8亿美元,约占全球市场三分之一的比重,而2012~2017年的平均增长率达到28%。若以机器人类别来看,中国工业机器人市场规模为42.2亿美元、服务机器人为13.2亿美元,而特种机器人则是7.4亿美元。

IDC分析,推动机器人市场快速成长的因素,主要来自技术进步、持续增加的应用案例,以及市场接受度的提升。技术进步主要贡献在机器人可以执行的任务种类增加,进而促使更多产业得以采用机器人执行相关企业任务。

服务型机器人市场不可忽视

若从机器人应用市场来看,服务型与消费型机器人市场发展力道颇为强劲。工研院产业经济与趋势研究中心(IEK)分析师黄仲宏认为,机器人在AI加持下,尤其服务型机器人,未来将形成新的商业体系。IEK统计数据表示,全球智能机器人市场规模预计将在2021年成长至336亿美元,无论工业型或是服务型的机器人市场都即将逐渐成长。其中,人手短缺越来越显著的现实环境因素,也将使未来智慧家居与医疗照护等需求驱动服务型机器人销售成长更加快速。

意法半导体(STMicroelectronics)资深营销经理杨正廉表示,虽然目前服务型机器人尚未被广泛使用,但该类型机器人如Zenbo、Pepper或是照护机器人…等,以及消费型机器人,如扫地机器人、玩具机器人…等可归纳在高阶机器人领域的产品,市场的发展将因许多技术的演进,抑或者未来社会发展状态而变得相当可期。

杨正廉所指的高阶机器人,具备与人类互动的能力,「高阶机器人不只是玩具,这类机器人可以和人们互动,无论是透过一些手势或是语音人机接口(UI),进一步提供人们一些必要的陪伴或是协助,因此未来可发展的空间或市场规模皆可关注。」他解释。

工业市场仍为净土

不仅服务型或消费类机器人,工业产线使用的机械手臂市场也能关注。在工业4.0推展更安全或高度自动化工厂议题的推动下,机械手臂、搬运机器人…等在工厂生产线中,可代替作业员执行较危险工作的机器人,也逐渐开始受到市场重视。

IDC表示,2016年超过半数的机器人市场采购金额是由制造业贡献,其中离散制造业占整体市场31%、流程制造业则占28%,到2020年,制造业仍将是机器人最大采用的产业,相关投资预估将达1,100亿美元。在离散制造业,机器人主要应用实例为组装、熔焊与涂装;流程制造业中,机器人的主要应用则为混合。

意法半导体模拟、微机电与感测组件技术营销经理陈建成认为,目前工业领域正朝着能简化作业步骤,也就是将作业员工作的程序由繁化简,甚至作业程序可持续运作不中断的状态。不过,这些要求若是由人类作业员来执行,时间一久,可能会「出乱子」——作业员过劳或是发生致命性的危险,以至于工厂得停工,造成重大损失。

有鉴于此,由机器人或是机械手臂来替代,将是较佳的方式,也因此工业领域用机器人逐渐受到重视。国家仪器(NI)技术营销经理吴维翰表示,若是将机器人大略分为消费性与工业用两大块,相较之下,工业机器人市场仍是一块处女地,市场竞争度相较于消费型机器人仍较小,是相关组件、系统业者可以耕耘的蓝海。

值得注意的是,除了消费与工业用机器人外,救难、搬运型机器人或是室内无人机等较特殊用途的机器人,由于能深入到救难人员无法到达的地方,或是具备「神力」可搬运比人类双手可及更重的物品,因此目前有些国家的军事或救难单位已导入这类特殊用器人,可预期此类机器人的市场在未来也会有更多的发展空间。

关键组件与技术助力

上述提到IDC分析机器人市场快速成长的原因之一是技术的进步。的确,在软件与硬件技术不断更迭的同时,促使机器人的功能越来越丰富、也越来越能满足应用需求,而机器人市场接受度的逐步提升,也提高相关半导体组件的采用率,为半导体组件拓展新应用市场,可谓「鱼帮水,水帮鱼」。

传感器——感知环境

机器人抑或者机械手臂要能在设定的方向动作、防止碰撞…等进一步了解环境,则需要仰赖各式各样传感器的协助。陈建成说明,消费型机器人包括扫地机器人、无人机、导览机器人…等,与手机使用的传感器大同小异,大多是加速度计加陀螺仪,再加压力计即已足够,与手机应用最大差别在于搭配的软件。

意法半导体影像产品事业部技术营销经理林国志补充,消费型或工业用机器人要避免碰撞到其他物体或是人体,还要能够测距与延边控制,即须添加飞行时间(ToF)传感器,而这些功能通常是扫地机器人、室内无人机、导览机器人,以及机械手臂的基本需求。

在工业应用领域,由于对机械手臂和机器人的要求是高度安全、精确及可靠度,因此除了加速度计、陀螺仪确保移动的方向性之外,还需要MEMS麦克风协助收集机械震动信息,可了解机器手臂运作状况,防止震动过大影响机械手臂的动作方向与准确性。

至于磁力计,渗透率则相对较低,这是由于磁力计易受干扰,需要较强的算法支持,且加速度计加上陀螺仪已足够算出相对方向。更重要的是,工业用传感器需要通过工规认证、具备长期(最少10年)供货保证,以及具备高准确度与可靠性。

微控制器——行动自如

机器人要能做出动作或是行走,需要马达协助,而要能控制马达则需要微控制器。杨正廉表示,机器人行走或是做出动作,一定需要马达,此时,微控制器即成为必得使用、万不可省的组件。

另外,机器人需要内建传感器、具备通讯技术,因此传感器融合(Sensor Fusion)或是通讯协议执行都需要微控制器。杨正廉强调,机器人平衡控制、人机接口与互动功能,在在都需要微控制器支持,唯独AI或是云端运算相关技术需要处理器的高运算能力,并非微控制器的应用范畴。即便如此,近期无论消费性或工业用甚至特殊应用机器的市场热度,为微控制器创造更多市场需求。

网络技术——联系彼此

未来机器人尤其是工业领域机器人,很大的一个改变将是融入联机技术,不过,目前加入通讯技术的商品化机器人仍占少数。陈建成表示,通讯技术诸如LoRa、Sigfox、蓝牙低功耗(BLE),或是蓝牙网状网络(mesh networking),与传感器进一步结合,将能衍生更多有别以往的新应用,以及为工业机器人赋予更多智慧,并提升效率。

吴维翰进一步强调,无论硬件组件或零件技术如何地提升,要能在机器人市场找到一条宽广的大道,必须特别注意硬件与软件的完美结合,也就是信息科技(IT)与操作科技(OT)能够进一步融合,掌握「整合性」关键,才能创造更多市场商机。

陈建成亦同意,好的组件需要搭配合适的软件和算法,才能发挥最大的效益,打造最符合市场需求的机器人及其应用。然而同时具备硬件及软件知识的人才不多,加上纯硬件供货商若要新培养一批软件人才得考虑投资报酬率的问题,因此大多数组件商仍选择与第三方或新创软件公司合作。

AR——利于知识传承

也许你会认为AR在消费性市场发展优于其他领域,但其实机器人的商机也促使消费和工业市场开始汇流,并发展更多新应用。吴维翰指出,「虚实整合」可以为工业市场开发更多新应用,更能带来许多新商机。

举例来说,Nvidia执行长黄仁勋在2017年GTC Taiwan中,即阐述可透过AR,让在远程汽车制造工厂的设计人员,为台湾与会来宾解释正在打造的新款汽车有何功能,利用AR技术可以仔细查看汽车的各部分零件或是设计细节,若是有问题也可以进一步修改。

不仅如此,透过AR也可以让工厂工作人员得知机械手臂或机器人的运转状况,甚至可以用AR教导新进工作人员厂房机器的结构,以及如何操作,可以让工厂作业及器具的相关知识更易于传承。吴维翰强调,在解说工厂内部机具构造时,无法因此停止机具并拆开一一为员工解释其内部构造与使用注意事项,利用AR技术,这些问题将可迎刃而解。

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AR技术可让工作人员用更简单的方式在工业领域传承专业知识

AI「开灵智」

AI近期因受运算技术的演进而受到极大的重视,IT界三大龙头——微软(Microsoft)、Google与亚马逊(Amazon),也宣布投入AI相关技术的研发,其中微软与Amazon更是在台湾设立研发中心。台湾科技部也在2017年7月宣布将展开4年投入新台币40亿元经费的「半导体射月计划」,进行AI技术研发与人才培养,可见AI的火热程度。

而AI这股风潮势必也将吹向机器人领域,吴维翰认为,未来工业市场对于AI的需求将提高,进行更精细或是作业员较难进行的工作。不过,如何让身为工厂机器人脑袋的AI融入硬件机械设备,将是相关业者需要进一步多加思考的难题。

换句话说,目前的AI技术变化多难以掌握,并具备相当强大运算能力,但是若要连结工业机器人的传感器、控制马达,甚至教导机械手臂该做什么、如何学习新作业方式,还需要一段时间的融合,才能发挥AI的能力。

带来新气象还是惊悚?

在AI大行其道的同时,机器人势必也将开始「进化」,可能变得如同科幻电影中具备思考能力的「拟真人」机器人。现阶段能学习、具备思考能的机器人虽然仍是少数,然而也已多多少少引发一些争议,因此AI加上机器人对人类的生活究竟会带来何种新变化?好的,还是坏的?科幻电影中人类与机器人的战争是否在未来会成为现实?

厂商普遍认为,具备AI的机器人将与人类更进一步协同工作,而非取代人类,先前赋予机器人公民身分的作法,也仅是噱头大于实际的意义。未来拥有AI技术的照护机器人将可能在老龄化社会中扮演居家照护的角色,解决老人长照人手不足的社会问题;或是在军事、工业或救难领域,替代人们深入危险的境地…等。

未来,相关AI开发业者若能强化人脑与计算机的沟通,并更加化为实际,相信AI机器人的优势与助力将可在各行各业更被感受到。

(原文发表于Aspencore旗下EDN姐妹媒体EETTaiwan)

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