CEATEC Japan上那些可愛的讓人感動的協作機器人

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一年一度的日本先端電子信息科技展(CEATEC Japan 2017)反映了日本消費性電子產業的最新變化，會場中早就很少看到傳統日本消費性電子大廠展示電視機、攝影機以及手機這類產品，快速取而代之的是各家零組件供貨商如歐姆龍(Omron)、羅姆半導體(Rohm)、阿爾卑斯電氣(Alps)、村田製作所(Murata)等等，積極推銷各種搭配人工智慧(AI)軟體以及觸覺(haptic)技術的感測器與鏈接模塊，他們視這些方案為實現未來虛擬現實(VR)的關鍵。

此時此刻，物聯網(IoT)已經成為各家電子產業供貨商最熱衷的應用，但在10月初於日本千葉縣幕張展覽館(MAKUHARI)舉行的2017年CEATEC會場上，最受來自海外記者們矚目的，就是各種被編程為說話、思考與行為模式就像是日本人的機器人與感測器產品；這些產品反映了日本人的感覺、偏好以及習慣。

通常日本開發的機器人會比來自其他國家的更「健談」，日本設計的智能喇叭也不只是能接收使用者命令，還能「預測」他們的需要；它們喜歡跟人聊天。而有越來越多的嵌入式系統搭配了AI演算法，對於「推理」功能特別重視。

我們在會場上看到不少配備了眾多感測器的新設備現身，包括設計為人類選手訓練工具的一顆棒球；還有會打乒乓球的機器人，被設計為能識別人類對手的球技水平，並能依據該水平調整自己的熟練度。

機器人與感測器成為CEATEC Japan 2017會場上的主角

一個很明顯的共同趨勢是，日本開發者社群已經將目標設定為打造完美的「協同機器人」(co-bots)，專註於讓機器人去「了解」人類，而不是打敗或是取代我們；這個概念與豐田汽車(Toyota)自動駕駛車「守護天使」(guardian angel)是一致的。會場上看到的機器人都很嬌小，外觀也不具有威脅性──至少都是可愛型，而且說話聲音就像是5~7歲的小男孩；像是「魔鬼終結者」那種類型的機器人在CEATEC可不受歡迎。

EE Times姊妹刊，EE Times Japan的日本編輯同事告訴我們，日本機器人的設計原則衍生自《原子小金剛》(Astro Boy，外觀是一個小男孩的人形機器人)，以及《哆啦A夢》(Doraemon，編按：誰不認識機器貓小叮噹的來跟我說！)等知名日本動畫角色，眾多日本工程師與消費者是與這些角色一起成長，將它們視為人類的好夥伴以及偶像。

不過，我們一方面擔心日本工程師們是否會太強調那些能理解「人類情感」、會嘗試讀取使用者是悲傷、開心、沮喪還是充滿希望…等心情的感測器，使得機器人更像是玩具而非有效率的自動化工具；在另一方面，如果我們的機器人並不那麼「了解」我們，我們又該如何與這些下一代的機器共處？

接下來讓我們一起看看今年CEATEC會場上的機器人朋友以及新鮮產品吧！

聚焦「對話」功能的智能喇叭

Amazon的智能喇叭Echo可以靠邊站了…日本大廠Sharp開發了一款智能喇叭，不只能像是Echo那樣接受用戶的查詢指令，還能預測用戶的需求。Sharp的物聯網雲端業務部門產品營銷主管Takayuki Nagamatsu(見文章上方大圖)表示：「我們想讓智能喇叭不只是擅長語音識別，也要能與人類對話。」

Sharp的智能喇叭長的就像一個可愛機器人，擅長對話

假設一位使用者已經讓Sharp的冰箱與烤箱連網，該款智能喇叭能根據用戶已有的數據，提供菜單與食譜的建議；使用者也可以請智能喇叭提供建議菜單的低熱量替代方案。

來打一場乒乓吧！

Omron展示的撞球機器人Forpheus，是利用由該公司兩年前收購的美國廠商Adept Technology開發之現成工廠自動化機器人設備改造而成。Forpheus的關鍵功能包括一個配備3個攝影機的系統，用以識別球以及評估選手；還有一支由AI控制器控制的高速機械手臂、一套負責揮球拍的五軸馬達系統，以及一套以每秒80次速度，計算球速與旋轉方向、預測球路的系統。

用工廠自動化設備改造的乒乓球機器人

Omron的運動感測器(通常運用在工廠自動化設備)搭配深度學習演算法，能提升乒乓球機器人判斷對手球技水平的能力；此外Forpheus還添加了兩項新功能，其一是能同步控制兩個機器人，其二是利用AI來預測殺球的能力。

Omron使用的同步控制機器人，包括一個負責發球的關節型機器人(左)，以及一個負責揮拍的平行鏈接機器人。

Omron物理感測實驗室(Physical Sensing Lab)主管Masayuki Koizumi表示，同步控制兩種不同類型機器人特別重要，因為該公司開發乒乓球機器人的終極目標是設計協同機器人，也就是能在同一個工廠中與人類一起工作。

每當與人類對手開戰時，Forpheus還會開口說話，除了鼓勵對方也解釋自己下一步動作；為何要讓它能說話？Koizumi解釋，這種設計是為了訓練機器人與人類溝通的「意圖」，而相反的，機器人也需要了解人類的意圖。透過正確評估人類的能力，機器人應該要能調整自己的行為：「我們認為這是實現人類與機器無縫切換的關鍵。」

而AI技術的採用顯然也是讓機器人能評估人類對手與球的運動之關鍵；不過Koizumi坦承，最新一代的Forpheus雖然能預測殺球，但有時候也會被人類的移動或是「假動作」搞混：「顯然我們還需要更多數據來讓機器人學習。」

Koizumi透露，Forpheus是在PC上以Python語言進行深度學習，而Omron採用的深度學習平台並非像是Nvidia平台那般先進的方案：「我們專註於嵌入式系統，選擇乒乓球做為深度學習的題材，是因為那是我們受限於硬體之系統可以處理的適當學習水平。」

機器教你拉小提琴

在CEATEC Japan 2017會場上，羅姆(Rohm)展示了一款為中/小提琴手演奏者量身打造的可穿戴設備，包括套在手臂上的感測設備，以及戴在手腕上的感測器分析套件；這兩種設備需要配對使用，能透過偵測、追蹤提琴演奏者的運動，對其弓法進行實時分析，並將來自可穿戴設備的回饋結果立即顯示於屏幕上(上方大圖)，如此能讓提琴演奏者注意自己的手臂動作以改善弓法

Rohm為提琴演奏者設計的可穿戴設備，包括內部嵌入了加速度計、陀螺儀還有藍牙低功耗(Bluetooth LE)組件的手臂感測器，還有佩帶於手腕的小型感測器評估工具套件，內部也有加速度計。

棒球也要連網！

阿爾卑斯電氣(Alps Electric)在CEATEC Japan 2017展示了一顆標準規格的棒球，內部嵌入了感測器以及無線通信設備，能在內部量測球速、旋轉圈數以及投球時的旋轉軸心(spin axis)；但這顆球不能真的拿來打，它的任務是分析投手的姿勢以求改進。

與一般正式比賽用的棒球相比，這顆球的重量、重心、材質以及縫線方法完全相同，只有內部多加了電子組件；Alps Electric的工程師自信地表示，它可以在投手與捕手拋接時連續擷取運動信息，完全不會影響投手的日常表現。

這顆外觀與一般棒球毫無分別的智能球只能拿來練投不能真打

棒球內部嵌入了加速度計以判定起始、球擲出以及接球等時間點，並有一顆角速率感測器(angular rate sensor)來分析投球形式，還有地磁感測器(geomagnetic sensor)用以計算旋轉數以及量測旋轉角度；此外棒球支持藍牙低功耗，並有專屬固件，支持無線下載更新。

智能棒球的主要任務是分析投手的姿勢

智能棒球內部的感測器可量測球速與球的轉速

能飛上天的連網紙鶴

CEATEC Japan 2017會場最吸引人的展示之一，是能遠程遙控並在半空中優雅飛翔的一隻大型紙鶴；紙鶴的「大腦」是一片超小型的MCU控制板。折出這隻大型紙鶴的Rohm表示，他們並沒有採用什麼遙控新技術，而是要展示該公司物聯網(IoT)開發板的性能。

Rohm的大型紙鶴搭載了IoT技術

該IoT開發板配備16位MCU、920MHz無線技術，並有陀螺儀與加速度計：「我們想藉此展示讓日本中小企業知道，將舊系統改造成無線控制的連網IoT系統，是多麼簡單的一件事。」

Rohm的IoT解決方案

支持5G的「遠程臨場」技術

日本電子產業也聽到了5G正快速接近的「腳步聲」，當地移動通訊營運商KDDI在CEATEC Japan 2017會場以「AU」品牌展示了名為Telesar V的一種可投射使用者第二自我(alter-ego)之遠程臨場(telexistence)機器人系統。

KDDI展示支持5G通訊的遠程臨場機器人操作介面

所謂的遠程臨場，就像是電影《阿凡達》(Avatar)或《環太平洋》(Pacific Rim)中出現過的機器人控制系統，無論操作者在何處，機器人「替身」會實時將感受到的觸覺信息回饋給用戶；使用者也能透過機器人與遠程環境互動，無論該環境是真實世界、虛擬世界或是兩者的結合。

在KDDI的AU攤位展示的機器人系統(左)會將精細的觸覺信息傳遞給人類用戶，後者不但能遠程體驗到機器人的動作(例如拿了一個杯子)，也能感覺到機器人觸摸之物體的不同紋理。

專門跟小baby說話的機器人

松下(Panasonic)認為，不同的「聽眾」會需要不同的機器人。這家日本老牌消費性電子大廠開發了形狀就像顆球的社交機器人Cocotto，目標是「藉由運動、對話與鏈接雲端服務的功能，幫助嬰兒啟發感官」；此外Cocotto也利用AI去積極學習一般人不容易懂的「嬰兒語」。

為嬰兒使用者量身打造的機器人

該機器人表面是以半透明塑料製成，外觀平滑，沒有外接組件或是輪子等可能會傷害嬰幼兒的部份；Panasonic表示，其設計原則的首要前提就是「無害」。

更真實的虛擬體驗

針對虛擬現實(VR)技術使用者，Alps Electric透過結合了觸覺感測器以及熱電組件的設備，號稱能提供更真實的虛擬體驗；這套名為Haptic Trigger Plus的系統，讓VR用戶能接收到虛擬物體的軟硬度、溫度觸感，例如在虛擬世界中拿到的杯子是冷或熱，還有雪人摸起來是真的很冰嗎？甚至可以用遊戲桿將虛擬世界中的雪人「遠程融化」。

為VR應用打造的Haptic Trigger Plus觸覺回饋系統

避免汽車駕駛人分心的監測設備

Omron在二十年前就開發出了高精準度的臉部辨識技術OKAO，該技術已經被運用於智能型手機與數字相機，能偵測攝影鏡頭前的人是不是睜開眼睛，並能適應偵測對象不同的髮型、膚色，甚至是否有戴著眼鏡或口罩，號稱在不同的光線變化條件下──包括突然有強光照射或是強烈陰影籠罩──也能偵測並分析臉部情況。

而透過對OKAO添加深度學習功能，Omron聲稱其最新的AI技術不只能從靜止的畫面中辨識汽車駕駛人的表情與態度，還能分析一段時間內的數據來判別駕駛人是否有在注意路況，以及其狀態是否適合駕駛車輛。

Omron開發監測汽車駕駛人狀態的系統

Omron專註於演算法的優化，以及開發能支持實時、在地化高精確度分析的小巧的嵌入式系統；該公司也期望能藉由與車廠之間已經建立的合作關係(有車廠已經採用Omron的致動器與感測器)，能有助於推廣此駕駛人監測方案：「我們能設計與車窗致動器溝通的駕駛人監測系統，例如當系統偵測到駕駛人打嗑睡時，就會自動將車窗降下。」