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Dennis Hong:我的七種機器人

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    我們首先談到的機器人叫 STriDER,
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    它的意思是
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    三腳動力實驗性機器人。
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    這是一個有三隻腳的機器人,
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    它的靈感是從自然界中所獲得的。
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    但是,你可曾看過自然界中
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    有三隻腳的生物嗎?
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    大概沒有,那爲什麽我稱這機器人為
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    被生物所啓發的機器人?這機器人是怎麼運作的呢?
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    在我解釋之前,讓我們先來看看流行文化,
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    都聽過 H.G.Wells 的世界大戰小說和電影吧。
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    你們現在在這邊所看到的是一個很熱門的
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    電腦遊戲。
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    在小說裏面,他們把這些襲擊地球的
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    外星生物描述成有三隻腳的機器人。
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    但是我的機器人 STriDER,不是這樣移動的。
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    這是一個真正的動力學模擬動畫。
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    我將會向你們展示這個機器人是如何運作的。
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    它把自己翻了180度,
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    它通過甩動兩條腿中間的腿來防止自己跌倒。
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    看,它就是這樣走路的。但是,我們再看看自己,
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    人類 — 靠雙腿行走的生物,
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    我們並沒有用肌肉
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    抬起自己的腿,然後走得像個機器人,對吧?
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    你做的實際上是甩開你的腿來止住自己跌倒的趨勢,
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    重新站穩,并再次甩開腿。
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    通過運用我們身體內置的動力機制 — 身體的物理構造,
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    就像個鐘擺一般,
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    我們把這概念叫做消極動力運動。
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    你做的是,當你站立的時候,
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    位能轉化
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    為動能,
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    這是一個普通的下落過程。
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    所以,儘管自然界中沒有生物長成這樣,
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    我們仍然從生物學中受到啓發,
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    并製造出機器人的這種行走模式。
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    所以,這是一個受生物所啓發的機器人。
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    你們現在所看到的這個,則是我們接下來想要做的。
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    我們想把腿折起來,然後把它射出去以做長距離的移動。
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    它叉開它的腿,這讓它看起來像電影星際大戰裡面的角色。
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    當它降落的時候,它能吸收震盪,并開始行走。
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    你們在這邊所看到的這個,這黃色的東西,這不是死光。
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    這只是用來告訴你,機器人上是否具備相機,
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    或別種感測器,
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    因為它很高,它有 1.8 公尺高,
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    所以你可以穿過像灌木叢這樣的障礙物來觀察前方。
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    我們做了兩個原型機,
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    第一版,後面的那個,這是 STriDER I,
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    這在前面的,更小的,是 STriDER II.
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    STriDER I 的問題是
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    身體過重。因為你知道,我們要
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    連接許多關節,所以安裝上很多馬達一類的東西。
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    所以,我們決定想出一種機械原理,
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    以擺脫所有的馬達,只需使用單一馬達,
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    我們就可以連貫所有動作。
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    我們運用了機械原理來解決問題,而不是使用電子機械。
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    現在,機器人的上身輕得足夠讓它在實驗室行走。
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    這只是邁向成功的第一步。
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    它仍然是不完美的。它拿著的咖啡掉了,
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    所以,我們仍然有很多工作要做。
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    我要介紹的第二個機器人叫 IMPASS。
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    它的意思是輪輻驅動系統的智慧型移動平臺,
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    這是個輪、腳混合的機器人。
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    試著想像一個沒輪框的輪子,
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    或者一個有輻條的輪子,
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    但是輪輻獨立地在輪軸裡外運動,
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    所以就成了輪、腳混合,
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    事實上,我們相當於重新發明了一種輪子。
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    讓我來示範一下它是如何運作的。
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    在這個影片裡,我們用了一種方法,
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    叫反應途徑。
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    只要運用它腳上的觸覺感應器,
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    它正嘗試穿過一個不停改變的地形,
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    一個柔軟的地形,它會受壓變形。
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    僅憑藉它的觸覺訊息,
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    它成功地穿越了這些地形。
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    但,當它遭遇了一個十分嚴峻的地形,比如說:
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    在它前面的障礙是
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    它身高的3倍多,
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    它就會轉到一種思考模式,
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    這個模式使用一種鐳射找尋器,
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    以及相機系統,來確定障礙和它的體積,
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    然後它會做計劃,小心的計劃它輪輻的移動,
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    並協調其移動,因此,它就能夠做出這些
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    十分讓人驚歎的移動能力。
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    你可能在外頭從沒看過類似這樣的東西。
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    這是我們所開發的一種有
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    很高移動能力的機器人,叫做 IMPASS。
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    啊...這不是很酷嗎?
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    當你開車的時候,
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    當你駕駛你的汽車的時候,你用一種
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    叫做 Ackermann 的方法,
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    來做前輪驅動,像這樣。
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    對於大多數的小輪子機器人,
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    它們用一種叫差速齒輪方法,
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    即左右兩個輪分別轉向相反方向。
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    對於 IMPASS 來說,我們可以做很多不同類型的動作。
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    舉例來說,在這裡,儘管左輪和右輪通過
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    單一輪軸相連,以相同的角速度在旋轉,
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    我們只要簡單的改變輪輻的長度,
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    它影響了直徑,然後它就會向左轉,再向右轉。
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    所以,這只是一些 IMPASS
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    可以做到的美妙的例子。
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    這個機器人叫 CLIMBeR,
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    吊索智能行為協調機器人。
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    我曾和很多 NASA JPL 的科學家交談過,
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    他們是 JPL 登月機器人的專家。
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    這些科學家,地理學家總是告訴我,
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    真正有趣的科學研究,
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    富有研究價值的地點,總是在懸崖邊緣才能發現。
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    但是,現在的登月機器人到不了那些地方。
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    因此,受到這對話的啟發,我們想建一個機器人,
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    能夠攀爬懸崖峭壁,
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    於是,我們有了 CLIMBeR。
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    來看看它是如何做到的,它有三條腿,這大概很難看到,
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    它有個絞盤和繩索在頂部,
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    它會嘗試找到最好的地方落腳。
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    一旦找到了這地方,
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    它即時計算力量的分佈。
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    它需要多大的力氣才能在表面站穩,
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    而不至於會摔倒或者滑到。
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    一旦它穩定後,就會抬起一條腿,
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    然後,使用絞盤,它可以爬上這種東西。
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    這種技術用於搜索和救難同樣有用。
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    五年前的一個夏天我在 NASA JPL
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    兼任暑期教職。
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    他們已經有一個六支腳的機器人,叫 LEMUR。
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    這機器人其實是以 LEMUR 為基礎的,它叫 MARS,
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    多附加機器人工程系統。是的,這是個六足機器人,
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    我們開發了自己的適應性步伐平台,
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    實際上,我們放了一個很有趣的貨物在它上面。
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    學生們喜歡有趣的東西。這裡你可以看到它
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    走過沒有結構可言的地形。
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    它正嘗試穿過這粗糙的地形,
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    沙地,
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    根據濕度大小或者沙子顆粒大小,
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    它腳的泥土陷入模式會改變,
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    所以,它嘗試把它的步伐調整到能成功地穿過這些地方。
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    因此,可以想像,它會做出一些有趣的動作,
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    很多人會到我們的實驗室參觀,
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    當有參觀者來的時候,MARS 會走到電腦前,
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    開始打字:「嗨,我叫 MARS。」
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    歡迎來到 RoMeLa,
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    在維吉尼亞理工的機器人工程實驗室。
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    這是個阿米巴機器人,
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    們沒有時間詳細討論技術細節,
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    我將直接展示一些實驗給你們看。
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    這是我們一些早期的可行性實驗。
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    我們在它的彈性皮膚上儲存位能用以驅動它。
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    或者用一個彈簧索來讓它
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    向前或者向後移動。它叫做 ChiMERA.
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    我們也曾和一些來自賓大的
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    科學家和工程師合作
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    開發了一個這阿米巴機器人的
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    化學能驅動版本。
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    我們這兒加點,那兒也加點。
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    就像魔術一樣,結果,它動了,這小圓塊。
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    這機器人是一個非常新的計畫,叫 RAPHaEL,
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    有彈性韌帶的空氣驅動手機器人。
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    市面上有很多很好,很巧妙地機械手,
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    問題是,它們都過於昂貴,每個需要成千上萬的美金。
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    所以,應用在義肢上可能並不會太實用,
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    因為大多數人負擔不起。
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    我們希望能從一個十分不同的角度來解決這個問題,
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    我們不再用電動馬達和其它的機電驅動,
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    我們使用壓縮空氣,
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    我們開發了這些新型的關節驅動器,
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    它的兼容性很高。你可以簡單地
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    通過改變氣壓改變力度,
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    它可以壓扁空的易開罐。
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    也可以撿起像生雞蛋這樣易碎的物體。
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    或像這邊,一個燈泡。
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    最妙的是,它只需要二百美金,就能做出第一台原型機。
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    這機器人其實屬於蛇形機器人系列,
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    我們稱它為 HyDRAS,
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    蛇形高自由度機器人。
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    這機器人可以攀爬。
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    這是 HyDRAS 的手臂,
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    這是有 12 個自由度的機械手臂。
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    但最酷的還是使用者界面。
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    電纜在那兒,這是一條光纖,
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    而這學生,大概是第一次用,
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    但她可以通過不同方式清楚傳達她的意思。
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    舉個例子,在伊拉克,你知道,是個戰場,
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    那裡路邊有炸彈。 目前你可以派這
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    武裝的遙控載具過去,
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    這真的會花費很多時間和金錢
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    去訓練操縱員操作這複雜的機械手臂,
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    而這邊則是十分直覺的。
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    這學生,大概是第一次用,正在進行十分複雜的操縱任務,
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    撿起物體,並進行操控,
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    像這樣,非常直觀。
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    這個機器人是我們的明星級機器人。
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    我們的 DARwin 機器人有一個粉絲團,
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    人形動力智能機器人。
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    如你所知,我們對人形機器人,
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    以及人類行走非常感興趣,
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    所以,我們打算做一個小型的人形機器人。
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    那是在 2004 年,
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    在當時,這計畫非常、非常的有革命性。
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    這更像是一項可行性研究,
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    我們應該用怎麼樣的馬達呢?
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    這真的可行嗎?我們要如何控制呢?
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    沒有任何的感應器,
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    開環控制,
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    你們中一些人可能會知道,如果你沒有任何感應器,
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    而同時又有干擾的時候,會有什麽事情發生。
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    (笑聲)
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    所以,基於這些成就,後面一年
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    我們做了適當的機械設計,
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    從運動學開始。
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    最後,DARwin 一代在 2005 年誕生。
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    它站起來了,還能走了,十分讓人震驚。
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    儘管如此,你還是能看到,
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    它有條電線,臍帶,我們仍然使用外部電源
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    和外部的計算。
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    所以,到了 2006 年,是時候來點有趣的了。
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    我們給了它智能,我們給了它所有它需要的計算能力,
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    1.5千兆赫的奔騰M晶片,
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    兩個火線攝影機,八個陀螺儀,加速度計,
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    四個腳上的扭矩感應器,鋰電池。
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    現在的 DARwin 二代完全自動化了,
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    它不再是遙控的了。
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    沒有外部繫繩。看,它朝四處看,尋找那個球,
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    不停地看,搜索那個球,而且它嘗試著去踢足球,
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    這就是自動化的,人工智能。
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    讓我們來看它是怎樣做到的。這是我們第一次的嘗試,
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    影片:進了!
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    這其實是一個叫作 RoboCup 的比賽。
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    我不知道你們有多少人聽過 RoboCup,
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    這是一個國際性的自動化機器人足球比賽。
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    RoboCup 真正的目標是,
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    到 2050 年,
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    我們會有全尺寸、自動化的人形機器人
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    足球隊與人類世界杯冠軍對壘,
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    而且,還要打贏人類。
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    這是個千真萬確的目標,也是個十分有野心的目標,
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    但我們確信,我們可以做到。
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    這是去年在中國,
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    我們是美國第一個獲得
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    人形機器人競賽參賽資格的隊伍。
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    而今年,在奧地利。
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    你們即將看到這比賽,是三對三,
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    完全地自動化。
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    進了!耶!
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    機器人跟著球跑,而且它們能有組織地踢,
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    完全由它們自己組織。
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    這讓人十分驚訝。這其實是一個包裝在
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    讓人興奮地比賽活動裡的研究項目。
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    你在這裡看到的,真是漂亮,
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    Louis Vuitton Cup 獎盃。
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    這是給最佳人形機器人的,
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    我們很高興能將這個獎盃首次捧回美國,
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    下一年,希望我們也能夠如此幸運。
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    謝謝。
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    (掌聲)
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    DARwin 還有很多其它技能。
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    去年,在假日音樂會上,
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    它指揮了 Roanoke 交響樂團。
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    這是下一代機器人,DARwin 四代,
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    更聰明,更快,更強。
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    它正炫耀它的本領。
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    「看我強壯又威武。」
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    「我也可以做一些成龍
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    電影裡的武術動作啊」
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    (笑聲)
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    然後,它走掉了,這,就是 DARwin 四代,
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    你們會有機會在門廳再一次看到它的。
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    我們真的相信這會是美國第一個
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    能奔跑的人型機器人,所以拭目以待吧。
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    我已經展示一些我們工作上所製作的激動人心的機器人。
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    那麼我們成功的秘密是什麽呢?
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    我們這些創意從哪兒來的呢?
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    我們是如何開發這些創意的呢?
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    我們有一輛全自動的車,
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    這車可以開到城市里。結果我們在 DARPA
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    城市挑戰賽中贏了 50 萬美金。
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    我們也研發了世界上首台
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    能被盲人駕駛的汽車。
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    我們叫這做盲人司機挑戰賽,非常好玩,
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    還有很多很多其它我想介紹的機器人計畫。
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    這些只是我們在 2007 年秋天贏得的獎項,
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    是機器人比賽之類的。
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    我們有五個秘訣。
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    首先是我們的啓發從哪兒來?
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    我們從哪兒得到靈機一動的瞬間?
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    這是一個真實的故事,我自己的故事。
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    當我晚上上床時,凌晨三、四點吧,
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    我躺在床上,閤上眼睛,我看到這些線條和圓圈,
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    還有其它的形狀一直在周圍浮動,
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    然後,它們組合起來,形成這樣的機械組件。
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    我覺得,「啊,這超酷的。」
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    我一般都在我床頭準備一本筆記本,
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    一個有著一支帶 LED 燈的筆在上面的筆記本,
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    因為我不想打開燈吵醒我妻子。
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    就這樣,我記下所有東西,畫好它,
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    再上床睡覺。
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    每天早晨
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    我做的第一件事,不是給自己倒杯咖啡,
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    不是刷牙,而是打開我的筆記本。
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    很多時候,它是空的,
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    有時候,有東西了,卻是垃圾,
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    更多時候,我不能看懂我自己寫的東西。
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    而且,凌晨四點,你還能要求什麽呢?對吧?
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    所以,我需要幫我所寫的東西解碼。
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    但是,有時候,我能看到一些絕妙的主意在這裡面,
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    於是,靈光一閃,
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    我直接跑到我家裡的辦公室,坐在我電腦旁,
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    把這些想法打進電腦,把它們理清楚,
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    我有個點子資料庫。
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    所以,當我們有提案的需求時,
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    我會嘗試在我的資料庫裡
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    找到匹配的可能想法
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    和問題,如果我們找到匹配的,我們會寫個研究提案,
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    找到研究資金,然後開始我們的研究項目。
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    但只有靈機一動時候的創意是不足夠的。
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    我們怎樣改進這些創意呢?
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    在我們的 RoMeLa,機器人機械實驗室,
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    我們有超棒的腦力激盪時間,
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    我們會聚在一起,討論有關問題
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    和社會問題,並分析它們。
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    在我們開始之前,我們定下了鐵則,
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    規則是:
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    不可以批評別人的想法、
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    不可以批評任何觀點、
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    這很重要,因為很多時候,學生們會因為在乎
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    別人對自己的觀點和思想的想法
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    而害怕或者感到不舒服
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    當我們實施了這措施以後,我們很驚訝地發現
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    學生們開始暢所欲言了。
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    他們有很多怪誕的,但是很酷很瘋狂的妙點子,
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    整個房間都被創意能量激發了,
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    這就是我們改進想法的方法。
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    我們的時間不多了,我還想說的一件事就是
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    你知道,只有瞬間的靈光一閃和改進是不夠的。
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    曾有一個很好的 TED 演講,
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    是 Ken Robinson 爵士,對吧?
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    他的演講是有關教育和學校
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    如何扼殺創意。
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    其實這個故事有兩面,
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    對於直率的想法、
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    創造力和好的工程直覺
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    一個人能做的就這麼點兒。
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    如果你不只想做個貪玩的孩子,
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    如果你不只想讓機器人成為你的興趣,
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    而是真的想在這方面通過進行精確的
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    研究來挑戰自我
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    我們需要更多,這才是學校的目的。
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    蝙蝠俠,和壞人鬥爭,
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    他有實用的皮帶,有強大抓力的攀牆鉤,
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    有各種不同的小配件。
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    對於我們機器人學家,工程師和科學家,
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    這些工具就是你在課堂上學的課程,
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    數學、微分方程、
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    線性代數、科學、物理,
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    今天還有,化學和生物。
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    這些就是我們需要的工具。
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    對於蝙蝠俠來說,有更多的工具
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    對付壞人的時候會更有效,
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    對於我們,就是用更多的工具對付這些大難題。
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    所以教育十分重要。
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    當然也不止這麼簡單,
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    最重要的,還是要努力學習。
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    我經常告訴我的學生
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    先求明智地工作,再認真地工作,
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    這後面的照片是在凌晨三點拍的。
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    我能保證如果你凌晨三、四點來我們實驗室,
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    還能看到有學生在那工作,
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    不是因為我叫他們這樣,而是他們覺得這樣很好玩。
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    這就把我們帶到最後一個話題,
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    不要忘記給自己點樂趣,
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    這是我們成功最重要的秘密,我們真的覺得很好玩,
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    我真的相信最高的效率來自於當你找到樂趣的時候。
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    這就是我們所做的成果。
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    謝謝。
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    (掌聲)
Title:
Dennis Hong:我的七種機器人
Speaker:
Dennis Hong
Description:

在 TEDxNASA,Dennis Hong 介紹了七個獲獎的全地形機器人,例如:人形化的足球機器人 DARwin 和攀岩機器人 CLIMBeR。全都由他的團隊在維吉尼亞理工的 RoMeLa 實驗室所研製出來。請耐心看下去,聆聽那五個讓他的實驗室取得如此驚人成功的創意秘訣。

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Video Language:
English
Team:
TED
Project:
TEDTalks
Duration:
15:57
Cherie Yip added a translation

Chinese, Traditional subtitles

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