圖：為了能夠一窺機器人的發展前景，把機器人送上解剖台認真且仔細地審視其‘解剖結構’無疑是最佳辦法。
表1：一般機器人所用的感測器類型與其功能。
表2：一般機器人所用的致動器類型與其功能。
儘管是在當前十分嚴峻的經濟形勢中，機器人技術仍不斷地出現在各種新應用領域。在製造業方面，機器人的數量正因資金挹注而持續增加中。此外，針對醫療、服務、航空與軍事等領域的機器人市場也正在成長。同時，在清掃機器人Roomba問世後，曾經是科幻小說題材的消費性機器人時代正開始改變我們的日常居家生活。
目前的成長趨勢並非僅是一時風行。許多枯燥、骯髒和危險的工作最終將由機器人來完成，不過，技術應該如何發展才能滿足未來的需求呢？
在機器人真正能夠普及於人類生活以前，我們必須在以下幾方面取得技術的進展：
* 縮短即時系統響應的總時間(從感測器到致動器)，以增強機器人的性能；
* 研發先進的人工智慧，強化機器人更自主的決策能力;
* 開發小巧且輕便的感測器與致動器，實現更小型且更具能效的機器人；
* 使機器人具有能量監測與自我發電的能力，以延長自主運作的時間。
為了能夠一窺未來的發展前景，最佳的辦法就是探究機器人技術的現況。
透過研究機器人技術的現狀，有助於窺探或展望機器人技術的未來。那麼，還有什麼比將具有代表性的機器人送上解剖台上認真且仔細地審視其‘解剖結構’(anatomy)還要更好的辦法呢？
任何一位好醫生都知道解剖學的研究應該從器官的分類開始。因此，我們在此首先針對機器人的‘器官’進行分類。根據電子工程學的功能分類，構成機器人的組成要件可分為5大類：感測器、傳輸通訊、控制、致動器與電源。
感測器
除了作業程式以外，對於機器人的輸入絕大部份來自於其內建的感測器。就像我們擁有五官一樣，這些感測器為機器人提供有關外在世界的資訊。舉例來說，自主行走型機器人必須瞭解周遭環境以便能順利走動，而以感知環境資訊為主要目標的機器人則需把資訊反饋給遠端的操作人員(Mars Rover火星車就是一個特別著名的例子)。無論哪一種情況，感測器在機器人解剖結構中都是重要的組成部份。
業界已經為科學研究與工程社群設計出種類繁多的感測器，其中有許多感測器可透過電氣介面整合於機器人中。對於機器人應用而言，CMOS成像器、紅外線測距儀、壓力感測器與加速度計等均為相當普遍的感測器。
在目前現有的眾多感測器基礎上，機器人感測技術的未來將朝向更小、更輕、性價比更高且更易於整合的方向發展。
通訊
對於機器人而言，內部與外部通訊都是至關重要的。內部通訊直接決定了操作的即時性。猶如人類的神經系統一樣，內部通訊可將資訊從感測器饋送至處理器或機器人的控制部份。內部通訊協議的速度對於系統響應也十分重要。
而外部通訊則並不一定必須具有即時性，例如下載程式或資料檔案就不需要即時的回應。但在某些情況下，例如在控制遠端遙控型機器人的運動時，外部通訊的即時性就具有至關重要的作用，因為任何的延遲都可能導致意外。
無論是內部通訊還是外部通訊，未來都將要求機器人能夠實現‘更快速’的通訊。特別是專為其它產業開發的更高頻寬與高速協議，將受到機器人設計者的歡迎與利用。
控制
機器人系統的‘大腦’就是控制或處理節點。不過，這種能夠處理大量來自感測器數據的能力，也可能限制了機器人以更先進方式運作的可能。
機器人領域不僅需要更高的處理能力，某些控制方面的功能對於機器人也至關重要。由於機器人必須移動，為了保護機器人及其周遭物件免於破壞，機器人必須具備即時中斷的處理能力。在某些情況下，碰撞偵測與避障處理會由一個接近機械裝置的處理器完成，而且該處理器與主控制節點有區隔。這種類型的週邊設備控制可分擔主處理器的處理負載，並且對於刺激表現出如同‘潛意識’般的反應。
軟體正成為機器人領域中最重要且廣泛的研發範疇。研究人工智慧，特別是神經網路，其目的在於使電腦能夠更有效地自行學習如何完成任務，從而推動機器人的智慧化發展。此外，對於控制演算法方面也已有長足的進展。
在談到Mobile Robots公司中的硬體/軟體工程人員比例時，該公司執行長Jeanne Dietsch表示：“我們是一家軟體公司。”事實上，Mobile Robots公司也生產自有的硬體機器人平台，而且是少數幾家擁有這項能力的公司之一，但該公司的創新主要仍在軟體方面。
某種程度上，機器人技術的進步可比喻為人類物種的進化過程。成對生長的拇指和其它實體的進展都必須借助大腦功能的改善，才會發揮最佳作用。
因此，控制與處理基礎設備的進步才是機器人取得實質進化的必要條件。
致動器
機器人系統之所以有別於其它電子系統，主要原因之一就是可移動的概念。只有具有移動能力的系統才可被歸類成機器人。為了使機器人能夠移動，就必須提供致動器。最常見的致動器是電動馬達(包括直流、步進或伺服馬達)，不過，有時也會使用氣動式和液壓式的非電磁類致動器。
電動馬達技術的創新、更好的材料以及更先進的製造能力已逐漸減少馬達尺寸，並提高效率。然而，致動器技術的真正創新將來自於其它領域，例如可電彎曲的合金。這些名為‘nanomuscle’的微型馬達將改變機器人的移動方式，協助機器人設計者模擬人類和動物的動作。這種微小的形狀記憶合金很輕，其機械性能也類似於我們自己的肌肉。
材料領域的研究正逐漸導向研發反應速度更快、力量更大、重量更輕且可充當肌型(muscle-type)致動器合金的趨勢。
電源
由於有線電源不適用於自主移動的機器人，因而電池就成了機器人最常見的電源應用。但電池顯然是機器人長期現場部署的限制因素，而且，眾所周知，機器人的運動還會消耗更快、更多的能源。另外，電池也是機器人系統中最佔空間和且最重的一部份，對於要求體積小且機動性強的機器人來說，這將為機構設計帶來許多問題。
因此，電池技術的任何進展，機器人產業都會迅速加以利用。
預期未來對於可自行發電的機器人需求將會增加。目前，有些機器人已能利用太陽能和其它能源收集方法，以增加其能量供給。電源領域最近的創新之一是Robotic Technology公司的Eatr機器人(強動力自主戰術機器人)，它能夠收集並實行生質燃燒以增加能量供給。
未來
在開發機器人技術方面，目前還有很多創新尚待完成。如果該技術繼續沿著目前的道路前進，我們將會看到內建成千上萬甚至上百萬顆感測器的機器人，這些感測器均連接到一些較小的處理節點，再連接到更大的中央處理節點，並透過遠端鏈路連接至中心站以及其它機器人進行通訊。這些感測器可為機器人提供反饋資訊，機器人再利用這些資訊驅動輕巧的致動器，以迅速高效地完成指派的任務，並在此過程中透過自主學習如何改善的方法。
不要懷疑這一切是否將會發生，而是何時將可實現。(作者：畢迅)
資料來源: eetTaiwan 2009/11/6
圖：為了能夠一窺機器人的發展前景，把機器人送上解剖台認真且仔細地審視其‘解剖結構’無疑是最佳辦法。
表1：一般機器人所用的感測器類型與其功能。
表2：一般機器人所用的致動器類型與其功能。
儘管是在當前十分嚴峻的經濟形勢中，機器人技術仍不斷地出現在各種新應用領域。在製造業方面，機器人的數量正因資金挹注而持續增加中。此外，針對醫療、服務、航空與軍事等領域的機器人市場也正在成長。同時，在清掃機器人Roomba問世後，曾經是科幻小說題材的消費性機器人時代正開始改變我們的日常居家生活。
目前的成長趨勢並非僅是一時風行。許多枯燥、骯髒和危險的工作最終將由機器人來完成，不過，技術應該如何發展才能滿足未來的需求呢？
在機器人真正能夠普及於人類生活以前，我們必須在以下幾方面取得技術的進展：
* 縮短即時系統響應的總時間(從感測器到致動器)，以增強機器人的性能；
* 研發先進的人工智慧，強化機器人更自主的決策能力;
* 開發小巧且輕便的感測器與致動器，實現更小型且更具能效的機器人；
* 使機器人具有能量監測與自我發電的能力，以延長自主運作的時間。
為了能夠一窺未來的發展前景，最佳的辦法就是探究機器人技術的現況。
透過研究機器人技術的現狀，有助於窺探或展望機器人技術的未來。那麼，還有什麼比將具有代表性的機器人送上解剖台上認真且仔細地審視其‘解剖結構’(anatomy)還要更好的辦法呢？
任何一位好醫生都知道解剖學的研究應該從器官的分類開始。因此，我們在此首先針對機器人的‘器官’進行分類。根據電子工程學的功能分類，構成機器人的組成要件可分為5大類：感測器、傳輸通訊、控制、致動器與電源。
感測器
除了作業程式以外，對於機器人的輸入絕大部份來自於其內建的感測器。就像我們擁有五官一樣，這些感測器為機器人提供有關外在世界的資訊。舉例來說，自主行走型機器人必須瞭解周遭環境以便能順利走動，而以感知環境資訊為主要目標的機器人則需把資訊反饋給遠端的操作人員(Mars Rover火星車就是一個特別著名的例子)。無論哪一種情況，感測器在機器人解剖結構中都是重要的組成部份。
業界已經為科學研究與工程社群設計出種類繁多的感測器，其中有許多感測器可透過電氣介面整合於機器人中。對於機器人應用而言，CMOS成像器、紅外線測距儀、壓力感測器與加速度計等均為相當普遍的感測器。
在目前現有的眾多感測器基礎上，機器人感測技術的未來將朝向更小、更輕、性價比更高且更易於整合的方向發展。
通訊
對於機器人而言，內部與外部通訊都是至關重要的。內部通訊直接決定了操作的即時性。猶如人類的神經系統一樣，內部通訊可將資訊從感測器饋送至處理器或機器人的控制部份。內部通訊協議的速度對於系統響應也十分重要。
而外部通訊則並不一定必須具有即時性，例如下載程式或資料檔案就不需要即時的回應。但在某些情況下，例如在控制遠端遙控型機器人的運動時，外部通訊的即時性就具有至關重要的作用，因為任何的延遲都可能導致意外。
無論是內部通訊還是外部通訊，未來都將要求機器人能夠實現‘更快速’的通訊。特別是專為其它產業開發的更高頻寬與高速協議，將受到機器人設計者的歡迎與利用。
控制
機器人系統的‘大腦’就是控制或處理節點。不過，這種能夠處理大量來自感測器數據的能力，也可能限制了機器人以更先進方式運作的可能。
機器人領域不僅需要更高的處理能力，某些控制方面的功能對於機器人也至關重要。由於機器人必須移動，為了保護機器人及其周遭物件免於破壞，機器人必須具備即時中斷的處理能力。在某些情況下，碰撞偵測與避障處理會由一個接近機械裝置的處理器完成，而且該處理器與主控制節點有區隔。這種類型的週邊設備控制可分擔主處理器的處理負載，並且對於刺激表現出如同‘潛意識’般的反應。
軟體正成為機器人領域中最重要且廣泛的研發範疇。研究人工智慧，特別是神經網路，其目的在於使電腦能夠更有效地自行學習如何完成任務，從而推動機器人的智慧化發展。此外，對於控制演算法方面也已有長足的進展。
在談到Mobile Robots公司中的硬體/軟體工程人員比例時，該公司執行長Jeanne Dietsch表示：“我們是一家軟體公司。”事實上，Mobile Robots公司也生產自有的硬體機器人平台，而且是少數幾家擁有這項能力的公司之一，但該公司的創新主要仍在軟體方面。
某種程度上，機器人技術的進步可比喻為人類物種的進化過程。成對生長的拇指和其它實體的進展都必須借助大腦功能的改善，才會發揮最佳作用。
因此，控制與處理基礎設備的進步才是機器人取得實質進化的必要條件。
致動器
機器人系統之所以有別於其它電子系統，主要原因之一就是可移動的概念。只有具有移動能力的系統才可被歸類成機器人。為了使機器人能夠移動，就必須提供致動器。最常見的致動器是電動馬達(包括直流、步進或伺服馬達)，不過，有時也會使用氣動式和液壓式的非電磁類致動器。
電動馬達技術的創新、更好的材料以及更先進的製造能力已逐漸減少馬達尺寸，並提高效率。然而，致動器技術的真正創新將來自於其它領域，例如可電彎曲的合金。這些名為‘nanomuscle’的微型馬達將改變機器人的移動方式，協助機器人設計者模擬人類和動物的動作。這種微小的形狀記憶合金很輕，其機械性能也類似於我們自己的肌肉。
材料領域的研究正逐漸導向研發反應速度更快、力量更大、重量更輕且可充當肌型(muscle-type)致動器合金的趨勢。
電源
由於有線電源不適用於自主移動的機器人，因而電池就成了機器人最常見的電源應用。但電池顯然是機器人長期現場部署的限制因素，而且，眾所周知，機器人的運動還會消耗更快、更多的能源。另外，電池也是機器人系統中最佔空間和且最重的一部份，對於要求體積小且機動性強的機器人來說，這將為機構設計帶來許多問題。
因此，電池技術的任何進展，機器人產業都會迅速加以利用。
預期未來對於可自行發電的機器人需求將會增加。目前，有些機器人已能利用太陽能和其它能源收集方法，以增加其能量供給。電源領域最近的創新之一是Robotic Technology公司的Eatr機器人(強動力自主戰術機器人)，它能夠收集並實行生質燃燒以增加能量供給。
未來
在開發機器人技術方面，目前還有很多創新尚待完成。如果該技術繼續沿著目前的道路前進，我們將會看到內建成千上萬甚至上百萬顆感測器的機器人，這些感測器均連接到一些較小的處理節點，再連接到更大的中央處理節點，並透過遠端鏈路連接至中心站以及其它機器人進行通訊。這些感測器可為機器人提供反饋資訊，機器人再利用這些資訊驅動輕巧的致動器，以迅速高效地完成指派的任務，並在此過程中透過自主學習如何改善的方法。
不要懷疑這一切是否將會發生，而是何時將可實現。(作者：畢迅)
資料來源: eetTaiwan 2009/11/6
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