家家都有機器人(上)

家家都有機器人(上)

‧科學人 2007/02/05

機器人產業的興起和30年前的電腦業有許多相似之處。想想看，當今自動裝配線上所使用的工業機器人，就如同昨日的大型主機。這項產業的利基產品包括手術專 用的機器手臂、部署在伊朗與阿富汗地區用來掃除路邊詭雷的檢查用機器人，以及清理地板的家用機器人...

【撰文／比爾‧蓋茲（Bill Gates）；翻譯／鍾樹人】 個人電腦革命的領袖比爾．蓋茲預言：機器人學將成為下一個熱門領域。 (科學人／提供) 想像一下親身參與某個新產業的誕生。這是個以創新技術為基礎的產業，其中有幾家知名企業銷售高度專業的商用設備，但也有越來越多新興公司在製造新穎的玩 具、專供玩家收藏的玩意兒，以及其他有趣的利基產品。這也是個極為分化的產業，少有共通的標準或平台；計畫很複雜，進展相當遲緩，實際應用也相對稀少。儘 管有種種激勵人心的消息與承諾，事實上卻沒有人可以確定這個產業何時（或甚至能否）達到臨界質量（critical mass）。不過如果達到的話，世界很可能就此改變。 當然，這段話也能用來描述1970年代中期的電腦產業，那時艾倫（Paul Allen）和我剛剛創辦了微軟。回到當時，各大公司行號、政府部門與其他機構，全都採用昂貴的大型主機支援運算，一流大學與業界實驗室的研究員正在創造 資訊時代的基本構件；英特爾剛剛推出8080微處理器，雅達利（Atari）正在販售紅極一時的電動遊戲「乒乓」（Pong）；在自家成立的電腦俱樂部 裡，熱心人士努力想發掘出這項新科技究竟能帶來什麼好處。 但我心裡所想的是更遠的未來：機器人產業的興起。這項產業的發展和30年前的電腦業有許多相似之處。想想看，當今自動裝配線上所使用的工業機器人，就如同 昨日的大型主機。這項產業的利基產品包括手術專用的機器手臂、部署在伊朗與阿富汗地區用來掃除路邊詭雷的檢查用機器人，以及清理地板的家用機器人。電子公 司生產了會模仿人、狗或恐龍的機器玩具，玩家也急欲擁有最新版的樂高機器人系統。 值此同時，一些全球頂尖的人才正試著解決機器人學裡最困難的問題，好比視覺辨識、導航與機器學習，而且漸有成果。2004年，美國國防部高 等研究計畫署（DARPA）在加州莫哈未沙漠長達230公里的顛簸道路上，舉辦了一場自動導航機器人「大挑戰」賽車，結果第一名只跑了12公里，車輛就故 障了。但是到了2005年，卻有五輛賽車跑完全程，而且冠軍車的平均速度達到每小時30公里。（機器人與電腦產業之間還有另一項有趣的相同點：當今網際網 路的前身Arpanet，當初也是由DARPA贊助而催生的。） 不僅如此，機器人產業所面臨的挑戰，也很類似我們30年前在電腦產業裡處理的問題。機器人公司沒有標準的作業軟體，所以可在各種裝置上運作 的大眾化應用程式也不存在。機器人處理器與其他硬體的標準化還相當有限，某部機器所用的程式碼鮮少能應用在另一部機器上。無論何時，任何人若想建造新的機 器人，通常都得從頭開始。 儘管困難重重，但每當我和機器人領域的人交談時──包括學院內的研究者、創業家、業餘玩家與高中學生，那種興奮與期盼之情，一再讓我回想起 艾倫和我當初看著新技術整合，並且夢想總有一天每個家庭的每張書桌上都會有一部電腦的情景。現在，我又看到一股整合的趨勢開始了，可以想見，機器人裝置未 來終將成為我們日常生活中普遍存在的一個角色。我相信，許多技術將為新一代的自動裝置開啟大門，包括分散式運算、聲音與視覺辨識，以及無線寬頻連線等，將 讓電腦得以代替我們完成實體世界裡的各項工作。我們即將邁入新時代，在這個新時代裡，個人電腦即將起身走下書桌，讓我們能夠看到、聽到、摸到、並且操控另 一個地方的物件。 從科幻小說裡走出來 “ROBOT”（機器人）這個名詞，在1921年因為捷克劇作家恰佩克（Karel apek）而變得普遍，其實數千年來，人們一直渴望製作出類似機器人的裝置。在希臘與羅馬神話裡，金工之神以黃金打造了機器奴僕；公元一世紀時，亞歷山大 城的海龍（Heron of Alexandria，據信為發明首部蒸汽機的偉大工程師）曾設計出有趣的機器人，據說其中一個還能講話；達文西在1495年描繪了可站立並移動手腳的機 器騎士，成了公認第一個人型機器人的設計。 在過去一個世紀，透過艾西莫夫的《我，機器人》等書、「星際大戰」系列等電影，以及「星艦奇航」等電視影集，人型機器已經變成通俗文化裡常 見的角色。虛構的情節裡經常出現機器人，代表人們可以接受「終有一天，這些機器將走入人群，並且成為人類的幫手或甚至同伴」這樣的想法。然而，機器人雖然 在某些產業佔有重要的一席之地──例如在汽車製造業裡，大約每10個工人就會有一個機器人，但真實的機器人距離科幻小說裡的同伴，還有很大的一段距離。 造成距離的原因之一在於，電腦與機器人比預期中更難感應周遭環境，也無法快速而準確的做出反應。事實證明，想把人類習以為常的能力賦予機器 人，比如在房內定位出自己與其他物件的相對方向，對聲音做出反應以及詮釋語音，抓握不同尺寸、質感與易碎度的物件，都是難上加難的事。即使只是分辨打開的 門與窗戶之間的不同這般簡單的事，對機器人來說仍然極為不易。 不過研究者已經開始尋找答案了。其中一項有幫助的趨勢是，龐大的電腦運算能力越來越便宜了。100萬赫茲的運算能力在1970年的價格超過 7000美元，但現在只要幾毛錢就買得到；100萬位元儲存空間的價格也同樣大幅滑落。為了讓機器人成真，科學家必須解決許多困難的基礎問題，而便宜的運 算能力提供了不少幫助。舉例來說，今天的聲音辨識程式已經具有相當不錯的字彙辨識能力，但更大的挑戰是，讓機器能夠理解這些字彙在前後文中的意義。隨著運 算能力繼續增強，機器人設計師可望取得必要的運算能力，進而處理更複雜的問題。 機器人的發展還有另一項瓶頸，那就是昂貴的硬體，好比機器人用來測定距離的感應器，以及馬達和伺服電動機，機器人得靠它們才有力量，並且才 能夠精細地處理物件。但硬體的價格也在快速滑落，幾年前，機器人用來精確測量距離的雷射測距儀，價格還高達一萬美元左右，現在大概只要2000美元。而新 型的超寬頻雷達感應器不僅更精準，價格甚至更便宜。 現在，工程師可在合理的成本之下，為機器人加裝全球定位系統晶片、攝影機、陣列傳聲器（比傳統傳聲器更能從背景雜訊中分辨出特定聲音），以 及一大堆附加的感應器，機器人的功能當然變得更強；再加上強大的運算能力與龐大的儲存空間，今天的機器人已經有辦法在房內吸塵，或協助清除路邊的詭雷。幾 年前，還沒有任何商用機器能執行這些工作。 機器人也需要BASIC 2004年2月，我造訪了一些美國的頂尖大學，包括卡內基美倫大學、麻省理工學院、哈佛、康乃爾和伊利諾大學，探討電腦在解決社會一些最緊 迫的問題上，可扮演什麼重要的角色。我的目標是協助學生了解資訊科學有多麼精采且重要，也希望鼓勵其中一些人以科技為志業。在每一所大學演講完之後，我總 是有機會前往學校的資訊科學系，親自參觀一些最有趣的研究計畫。幾乎沒有例外，每次我都會看到至少一個有關機器人的計畫。 當時，學術界和商用機器人公司也曾詢問我在微軟的同事，我們公司是否也有進行機器人方面的研究，或許可在研發上助他們一臂之力。我們並沒 有，所以我們決定好好研究一下。於是我請特羅爾（Tandy Trower）展開大規模的訪查工作，和機器人社群的成員好好談一談。特羅爾是我的幕僚之一，也是在公司服務25年的資深員工，他發現大家對機器人的潛力 都很感興趣，而且整個產業都希望能有一些工具可減輕研發的難度。特羅爾結束訪查任務之後，在交給我的報告上寫著：「許多人認為機器人產業正面臨技術上的轉 捩點，如果能夠移轉到個人電腦架構上，將是更為合理的方法。就像卡內基美倫大學的DARPA大挑戰參賽小組領隊惠塔克說過的，硬體的功能幾乎已經齊全了， 現在的問題是怎麼設計出正確的軟體。」 回到個人電腦剛出現的年代，我們知道自己需要一種要素，來把所有的先驅工作帶到臨界質量，才能整合出真正的產業，製造出商業上真正有用的產 品。結果顯示，我們需要的是微軟BASIC。我們在1970年代創造的這種程式語言，提供了一個共通的基礎，於是，為特定硬體開發的程式，也能在另一套硬 體上執行了。BASIC讓電腦程式設計變得容易許多，吸引越來越多人進入這個產業。雖然許多人在個人電腦的發展上都有卓越的貢獻，但微軟的BASIC卻帶 動軟硬體的革新，無疑是個人電腦革命的重要推手。 閱讀過特羅爾的報告之後，有件事似乎清楚了起來。機器人產業若想如30年前的個人電腦產業一般，達成跳躍式的進步，就必須找到這項缺失的要 素。因此我請特羅爾召集一小隊人馬，與機器人學的研究者展開合作，研究目的是創造一套程式設計工具，提供基本方針，讓每個對機器人感興趣的人，只要有基本 的電腦程式概念，都能輕易撰寫出可在各類硬體上執行的機器人應用程式。看看能否提供共通的低階基礎，以便整合機器人設計中的軟硬體，就像微軟BASIC當 初在電腦程式設計上的功能一樣。 【本文轉載自科學人2007年2月號】