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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  機器人學校
  那福忠 September 01, 2014
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   學校開學了,家長領著小朋友上學,學校門口車水馬龍好不熱鬧,這時候如果來一個小機器人跟著一起上學,大家必然覺得新奇,小朋也一定很高興,因為機器人同學可以一起玩另一類的遊戲。其實機器人在學校課堂裡已經不算新奇,下圖是一個在課堂裡的機器人,站在老師旁邊,不過不是學生、是助教,把老師講的傳送給在家裡生病不能上課的同學。


(取自網路)

   撇開工業用的機器人,在生活上大家也希望有一個機器人幫忙家務,至少可以打掃清潔、端茶倒水,最好能下廚房做飯。別看機器人長得身軀魁武,有手有腳,腦子卻不靈光,所謂腦子當然是指電腦裡的軟體,軟體讓做什麼才做什麼,一個指令一個動作。如果讓機器人在屋子裡任意走動,遇到障礙會躲開,那就可能不知道怎麼開門外出。如果機器人如能沖一杯咖啡,就不一定會泡一杯茶。也許有一天希望機器人看著食譜炒一盤菜......。

   機器人就是這麼笨,人類輕而易舉的動作,機器人都要學著去做,也就是用電腦軟體來驅動機械的動作。機器人當然可以有舉一反三的聯想,但驅動的軟體就複雜得多。咖啡與茶都是液體,咖啡杯與茶杯在形狀上也相似,所以關連還算容易。拉開壁櫥與拉開抽屜,雖然都是拉開動作,在辨認上與動作上則是完全不同的概念,需要更複雜的軟體運算。機器人的能力越強,軟體越複雜,就像 IBM 的「華生」,為了贏得電視智益節目 Jeopardy,在超級電腦上「培訓」了兩年。

   現在的機器人每一個都是專屬的,也就是每一個都要用特製的軟體「因材施教」,而且都是從最基本的教起,說起來很浪費,所以有人想到是不是可以開辦一所學校,把機器人的腦子做統一的標準,說共同語言,機器人一出工廠就把標準的軟體灌進腦子,像今天的個人電腦一樣。歐洲與美國各有一所這樣概念的「學校」。

   機器人學校與我們的學校不同,第一是不必親自到校上課,因為全是連線的遠端教學,第二是一旦註冊入學,就與學校黏在一起永遠不能畢業,因為一旦離開學校能力就大減,甚至什麼都不會做了,畢業保證「失業」。這兩個學校分別是歐洲的 RoboEarth,與美國的 RoboBrain。

   RoboEarth,是由荷蘭 Eindhoven 技術大學主導,結合歐洲各大學十幾名教授組成的研究計畫,目的在把儲存在雲端的軟體,以快速的網路即時送給需用的機器人,這樣機器人本身電腦的軟體就不需那麼複雜,正如同我們用的主從 (Client/Server) 電腦系統架構。



(RoboEarth 系統結構示意圖、可點選放大、取自網路

   上圖有三個層次,最下一層是機器人,第二層是軟體元件,每一元件相當機器人的一個動作,機器人需要一個本身沒有的動作,從這一層取得,如果第二層還是沒有,就要上第三層取得。二、三兩層都在雲端,所以分別稱為雲端引擎、與雲端資料庫。機器人只能與引擎聯絡,引擎不能解決再上傳給資料庫,資料庫經過運算找出答案,下傳給引擎轉傳給機器人,也可以直接下傳給機器人。

   雲端引擎直接與機器人互動,扮演重要角色,除了供應軟體元件,還能讓軟體元件在不同的機器人中分享。研究人員做過一個實驗,兩個機器人分別在兩間病房給病人送一杯水,第一個機器人有開冰箱拿水的功能,另一病房的第二個機器人沒有這個功能,於是就向雲端引擎要這個功能,雲端引擎就從第一個機器人取得開冰箱的軟體轉送給第二個機器人,第二個機器人就開冰箱把水送到病床,因為傳送軟體很快,不覺得第二機器人在動作上遲疑。

   除了一般動作,一旦機器人遇到雲端引擎也不能解決的問題,需要規劃、辨識、計算一些複雜程序才能找出解答,就勢必上傳到資料庫處理了。資料庫包含四類資料,軟體元件、地圖資訊、動作處方、物件辨認。

   RoboBrain,是美國康乃爾大學主導,與布朗、史坦福、加州大學柏克萊分校共同合作的的研究計畫,正如其名,是製作一個給機器人的腦子,這個腦子太大,不能分給每一個機器人,只能讓機器人連線到腦子來動作。這個腦子的智力是從網路吸取資料得來,到目前為止已經吸收了 12 萬段影視、100 萬筆文件、十億張影像。今年十月會擴充到十所大學合作,取得百倍以上的資料。

   RoboBrain 與 RoboEarth 在理論上相同,但處理的方式不同,RoboEarth 需由人來建立檔案,但 RoboBrain 從網路不斷吸取資料會自行建構,人僅做資料的整理、分類、關連,隨吸取資料的增加,腦力的功能也增強。一把椅子可以細分成零件,與的家具的關係,用途與馬桶同樣是給人坐上去的。咖啡與咖啡杯連一起,同時關連把液體倒進容器的動作。這樣的瑣碎關連,讓機器人可以從龐大的腦子找到點點滴滴的指令,合起來完成工作。

   下面一段 (YouTube) 影視,是美國康乃爾大學機器人 PR2 製作阿芙佳朵 (Affogato) 的實況,阿芙佳朵是一種義大利飲料,底層是濃縮咖啡,上層是冰淇淋,最後再灑一點焦糖。看 PR2 的動作雖然歪歪扭扭,畢竟也完成了任務,也許下一次可以實驗炒一盤菜.........。






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