變形金剛般的摺紙式機器人
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0:02 - 0:06身為機器人學家,
我被問過很多問題。 -
0:06 - 0:08「何時才有會煮早餐的機器人?」
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0:09 - 0:14我過去認為未來的機器人
會跟我們長得很像。 -
0:16 - 0:18我覺得它們會長得像我一樣,
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0:18 - 0:22所以我用自己的眼睛當範本
來為它們做眼睛。 -
0:23 - 0:29我給它們做手指,
讓它們能靈活地丟棒球。 -
0:32 - 0:34這種傳統式的機器人
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0:34 - 0:40有一定數量的關節和致動器
來執行它的功能, -
0:41 - 0:44這也表示,在設計構思的階段,
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0:44 - 0:47它們就已有了一定的功能和形狀。
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0:47 - 0:50所以,就算它能完美地投球——
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0:50 - 0:53打到三角架了——
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0:54 - 0:57它並不能為你做早餐,
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0:57 - 1:01也無法幫你炒蛋。
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1:01 - 1:05思索至此,我對未來的機器人
有了新的構想: -
1:06 - 1:08變形金剛。
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1:09 - 1:12它們能疾駛、奔跑、飛翔,
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1:12 - 1:16隨著多變的環境和任務來變化。
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1:17 - 1:19為了讓這個想法成真,
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1:19 - 1:22就必須重新思考機器人設計的概念。
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1:23 - 1:27想像一下,如果有一個
多角形的機器人模組, -
1:27 - 1:33運用簡單的多角形
來變化成多種不同形狀, -
1:33 - 1:37我們就可以用這樣的模組
來建造多才多藝的新型機器人。 -
1:38 - 1:41這在電腦繪圖的領域中不是新概念,
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1:41 - 1:45它已應用多年,現在的電影
大量運用這項技術。 -
1:45 - 1:49但要建造一個可以移動機器人,
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1:49 - 1:50就完全是另一回事了,
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1:51 - 1:53因為沒有前例可循。
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1:54 - 1:56各位都有過摺紙的經驗,
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1:57 - 2:03無論是紙飛機、紙船、紙鶴。
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2:04 - 2:08以設計的角度來看,
摺紙是一種變化多端的平台; -
2:08 - 2:12用一張紙,你就能摺出各種形狀,
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2:12 - 2:15如果你不喜歡摺出來的作品,
可以拆開來重新摺成別的東西。 -
2:16 - 2:22任何立體形狀
都可以用平面來摺疊成型, -
2:22 - 2:25這是數學可以證明的。
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2:27 - 2:31如果這張紙長了腦袋,
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2:31 - 2:36就可以自己隨時摺成任何形狀。
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2:36 - 2:39這就是我目前致力創造的東西,
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2:39 - 2:43我稱之為「摺紙式機器人」。
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2:45 - 2:52這是我十年前做的摺紙式機器人
首次變形的過程, -
2:52 - 2:54它從一個平面,
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2:54 - 2:57變成金字塔形狀,然後再變回來,
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2:57 - 3:00接著變成太空梭的形狀。
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3:01 - 3:02很可愛吧!
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3:03 - 3:04十年後的今天,
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3:04 - 3:10我的摺紙式機器人忍者研究團隊——
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3:10 - 3:12成員約有 22 人——
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3:12 - 3:16已經做出新一代的摺紙式機器人,
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3:16 - 3:19它們的執行效率更高,
能做的事情也更多。 -
3:20 - 3:23新一代摺紙式機器人有實際用途,
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3:23 - 3:29舉個例子,這個機器人
能根據地形來自主導航; -
3:29 - 3:32在乾燥和平坦的地面,它會用爬的,
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3:34 - 3:37突然碰到崎嶇不平的地形,
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3:37 - 3:38它會開始用滾的。
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3:38 - 3:40它會這樣——這是同一個機器人——
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3:40 - 3:44隨著碰到的地形,
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3:44 - 3:48它會啟動致動器中不同組的程序。
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3:50 - 3:54一旦有障礙物,它會跳過去,
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3:55 - 3:59這是藉著在它的腿中儲存能量,
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3:59 - 4:03然後在釋放能量時
讓它像射彈弓一樣彈出去。 -
4:03 - 4:05它甚至還能會體操動作。
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4:06 - 4:07耶!
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4:07 - 4:08(笑聲)
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4:09 - 4:13你們剛剛看到了
單一摺紙式機器人的能耐。 -
4:13 - 4:16成群時它們能做甚麼?
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4:16 - 4:20它們能合力執行更複雜的工作。
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4:20 - 4:23每個模組——有的是主動式模組,
有的是被動式模組—— -
4:23 - 4:27能組合成不同的形狀。
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4:27 - 4:29更甚於此,我們能
藉由控制摺疊處的關節, -
4:29 - 4:34讓它們有能力因應更多不同的工作。
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4:34 - 4:37組合的形狀決定它能創造的新功能,
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4:38 - 4:42此時,最重要的就是組合的動作,
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4:42 - 4:46各個模組必須在
分散各處的情況下找到彼此, -
4:46 - 4:51然後視環境和任務的需要
組合或分離。 -
4:52 - 4:54這我們已經辦到了。
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4:54 - 4:56接下來呢?
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4:56 - 4:57那就要運用想像力了。
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4:58 - 5:02我們用這種模組做了一些模擬。
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5:02 - 5:05我們決定要做一個
用四隻腳爬行的機器人, -
5:07 - 5:10它變成一隻小狗,然後小步走路。
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5:10 - 5:14我們能用同一個模組做成別的東西:
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5:14 - 5:17機械手,一種典型的傳統機器人。
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5:17 - 5:20機械手可以把東西拿起來。
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5:20 - 5:24你當然也可以加用更多模組,
讓機器手臂更長, -
5:24 - 5:28來拿起更大或更小的物體,
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5:28 - 5:30或讓它有第三隻手臂。
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5:32 - 5:36摺紙式機器人沒有特定的形狀,
也沒有特定的功能, -
5:37 - 5:41它們能隨時隨地變成任何東西。
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5:42 - 5:45這種機器人是怎麼建造的呢?
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5:45 - 5:50技術上最大的挑戰是超薄化,
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5:50 - 5:52讓它們更靈活,
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5:52 - 5:54同時保有功能性。
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5:55 - 6:02每個單一的機體都是由多層電路、
馬達、微控制器和感應器組成, -
6:03 - 6:06如果摺疊處的關節都能分別控制,
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6:06 - 6:11一個指令就能夠達成
像那樣柔軟的動作。 -
6:14 - 6:19一個機器人不再只有一種用途,
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6:19 - 6:23摺紙式機器人是優化的多工機器人。
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6:23 - 6:29這項技術在地球以及太空中
各種獨特的環境裡, -
6:29 - 6:32有很重要的用途。
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6:34 - 6:37摺紙式機器人最適合
應用於太空的環境, -
6:38 - 6:42單工機器人成本太高,
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6:43 - 6:46太空任務的各項需求難以預測,
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6:47 - 6:54我們需要的是一個能變形
來執行各種工作的機器人平台—— -
6:55 - 7:00一種薄型摺紙式機器人模組的太空艙,
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7:00 - 7:05機器人能各自變形來完成各種工作。
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7:06 - 7:10口說無憑,
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7:10 - 7:15歐洲太空總署和瑞士太空中心
已贊助了這個概念。 -
7:16 - 7:21現在你可以看到摺紙式機器人
多種組態的畫面。 -
7:21 - 7:23它們探索外星,
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7:23 - 7:26能在地表工作,也能飛天遁地。
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7:27 - 7:29它們的功能也不僅止於探索。
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7:29 - 7:32太空人需要協助,
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7:32 - 7:35但把實習生送上太空也不敷成本。
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7:35 - 7:36(笑聲)
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7:36 - 7:39他們要自己做各種單調的工作,
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7:39 - 7:40這些工作可能很單純,
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7:41 - 7:42但互動性很高。
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7:43 - 7:46這時候就可能需要機器人
來幫他們進行實驗、 -
7:46 - 7:49協助執行輸送任務,
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7:49 - 7:52或直接附著在艙殼上,
變成太空人的第三隻手臂, -
7:52 - 7:54自己拿著工具工作。
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7:55 - 8:00但太空人該如何在艙內
控制艙外的摺紙式機器人? -
8:00 - 8:04這裡看到的是一個機器人
拿著太空殘骸。 -
8:04 - 8:08如果能看到艙外的狀況,
就能控制機器人。 -
8:08 - 8:14但如果太空人能用手的觸覺
感受到太空艙外的物體, -
8:14 - 8:16那就更好了。
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8:16 - 8:19此時我們需要的是模擬觸覺的裝置,
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8:19 - 8:22一種觸覺模擬的介面,
重現標的物觸摸起來的感覺。 -
8:23 - 8:26這是摺紙式機器人做得到的。
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8:27 - 8:31這是全世界最小的觸覺模擬介面,
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8:32 - 8:38它能在你的指尖下模擬觸覺的感受。
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8:38 - 8:41摺紙式機器人是在模擬台上
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8:41 - 8:44以肉眼看不出來的顯微動作,
搭配肉眼可見的動作, -
8:44 - 8:45來達成這項模擬。
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8:46 - 8:47有了這項裝置,
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8:47 - 8:54你不但能感覺到這物體
有多大、多圓,或線條狀, -
8:54 - 8:58還能感覺到軟硬度和質地。
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8:59 - 9:03影片中,介面在艾力克斯的拇指下,
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9:03 - 9:08如果再搭配使用
虛擬實境眼鏡和手動控制器, -
9:08 - 9:11虛擬實境就不再是虛擬了,
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9:12 - 9:14而是摸得到的實境。
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9:17 - 9:20他看到的藍球、紅球、黑球,
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9:20 - 9:23不再只能用顏色來區分;
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9:23 - 9:28藍球是橡皮做的,
紅球是海綿做的,黑球是撞球。 -
9:29 - 9:30這已經變成可能。
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9:31 - 9:32我來示範給你們看。
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9:34 - 9:36這真的是第一次
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9:36 - 9:41在這麼多觀眾的公開場合做展示。
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9:41 - 9:43希望行得通。
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9:44 - 9:48你現在看到的是人體解剖圖,
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9:48 - 9:51以及摺紙式機器人的觸覺模擬介面。
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9:51 - 9:53就像其他所有可重新組態的機器人,
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9:53 - 9:55它具有多工性。
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9:55 - 9:57它不但是個滑鼠,
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9:57 - 9:59也是觸覺模擬介面。
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9:59 - 10:03比如說,空白背景中沒有物體,
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10:03 - 10:05所以沒有感覺要模擬。
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10:05 - 10:09這介面就會很軟。
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10:09 - 10:13現在,我把它當作滑鼠移到皮膚上,
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10:13 - 10:14肌肉發達的手臂上,
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10:14 - 10:16我們來摸一下他的二頭肌,
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10:16 - 10:17然後他的肩膀,
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10:17 - 10:20你可以看到它變得比較硬。
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10:20 - 10:22我們來摸其他部位。
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10:22 - 10:25現在移到他的胸廓,
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10:25 - 10:29我從肋骨滑到肋間肌上,
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10:29 - 10:31馬上感覺到由硬變軟,
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10:31 - 10:33有很明顯的差別。
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10:33 - 10:35你要相信我。
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10:35 - 10:37你們看,現在摸起來很硬,
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10:37 - 10:41因為傳到我指尖的反作用力比較大。
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10:42 - 10:46剛才都是摸一些靜止的表面,
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10:46 - 10:49摸到在動的東西會怎麼樣呢?
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10:49 - 10:51比如說,跳動的心臟?
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10:51 - 10:53會有甚麼感覺呢?
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11:00 - 11:06(掌聲)
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11:07 - 11:09有一天這可能是你的心臟。
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11:10 - 11:14在網路上購物的時候,
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11:14 - 11:15將此裝置放在口袋裡。
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11:16 - 11:20你就能伸手到口袋裡,
摸到毛衣的不同質地, -
11:20 - 11:21它有多柔軟,
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11:21 - 11:24是不是真的喀什米爾羊毛。
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11:24 - 11:26如果你想買貝果,
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11:26 - 11:29你能感覺到它有多硬或多脆。
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11:30 - 11:32這已經變成可能。
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11:35 - 11:41機器人技術已進步到
更個人化和更有適應性, -
11:41 - 11:44來因應我們日常的需求。
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11:44 - 11:48這種獨特的可重組態機器人技術
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11:48 - 11:54為無形而直覺的介面提供平台,
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11:54 - 11:57來迎合我們各種特定的需求。
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11:58 - 12:02這些機器人不再像是
電影中看到的機器人角色, -
12:03 - 12:07而是你們想要的,
它們就會變成那個樣子。 -
12:07 - 12:08謝謝大家。
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12:08 - 12:12(掌聲)
- Title:
- 變形金剛般的摺紙式機器人
- Speaker:
- Jamie Paik (白圭珍)
- Description:
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機器人學家 Jamie Paik (白圭珍) 和她的團隊從摺紙獲得設計靈感,創造出所謂的「摺紙式機器人」:一種由超薄材料做成的機器人,能夠自行折疊、重組和變形。Paik 展示摺紙式機器人如何適應需求來完成各種工作,甚至能應用於太空任務。她也示範了這種機器人如何滾動、跳躍、像彈弓一樣彈射,並且模擬心臟的跳動。
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 12:26
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