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作者:徐業良,蔡宗成(2006-01-19);推薦:徐業良(2006-01-19)
附註:本文發表於輔具之友,第18期,pp. 9-1620062月。

遠端臨場機器人之開發與應用

為期185天的日本愛知博覽會【1】於日前順利結束,總計吸引了超過2千萬名遊客參觀。其中「機器人展示館」展示日本最新型機器人讓人驚呼連連,例如迎賓美女機器人,會說中英日韓四種語言,有逼真的眼球與睫毛,嘴唇能動,能針對遊客的問詢做出適當的臉部表情,此外還有負責園區巡邏的保全機器人、會隨著男伴的動作與舞步共舞的舞伴機器人、以及會避開障礙物、幫助行動不便者移動的自動輪椅機器人等。值得注意的是,早期機器人的研究重點在以工廠自動化為主要目的的工業機器人,現今研究主流則轉移到家庭中使用,能與人直接互動的機器人。在愛知博覽會中機器人受到歡迎的程度,顯示機器人未來可能會成為人們生活中不可或缺的好夥伴。

近年來,高齡者與身心障礙者的輔具設計在國內外都受到相當的重視,輔具的種類包羅萬象,從比較廣義的解釋,這種家庭中使用、能與人直接互動的機器人,也可算是輔具的一種。例如日本學者設計一款治療性機器人-Paro2】,外型是一隻可愛造型的小海獺(如圖1),也有在愛知博覽會展出,受到極大的歡迎。小海獺有著白色毛茸茸的毛皮,並有許多感測器如觸覺、光線、聲音等,當人們碰觸小海獺時,會做出不同的即時反應,且小海獺還有靈活的機構,四肢會擺動,更會做出可愛的臉部表情。研究學者將小海獺安置在一高齡者安養中心,進行17個月的長期實驗,觀察安養中心的高齡者與小海獺之間的互動情形,分析結果顯示,小海獺能有效撫慰高齡者的情緒,不再抑鬱不安。高齡者們非常喜歡這隻小海獺,甚至還幫小海獺佈置一個溫暖的家,小海獺目前仍在安養中心與高齡者有非常密切的互動。

1. Paro外型是一隻可愛造型的小海獺【3

前面敘述的這些機器人具有相當的智慧,可以辨識周遭環境做出反應,甚至可以辨別語音,與人產生互動,這類型的機器人可以歸類為「有自主行為能力的機器人(autonomous robot)」。另外一個類型的機器人,是所謂「遠端臨場機器人(telepresence robot)」,遠端臨場技術是結合虛擬實境與遠端遙控的新興研究領域,“遠端臨場(telepresence)”由字面上解釋,是“Tele”(電傳、遠傳)加上“Presence”(臨場、存在)的意義組合,將遠端真實的環境資訊傳回給近端的使用者,讓近端使用者有身處遠端環境的臨場感,而使用者也藉由遠端臨場技術接觸到遠端真實的人、事、物,產生互動關係。例如美國intouch-health公司研發的Dr. Robot機器人(如圖2),可以代替醫師到各個病房觀察或詢問病患的情況。透過無線網路傳輸,醫師可以使用電腦上的搖桿操作Dr. Robot行走在各個病房,並透過Dr. Robot上的攝影機了解病患的情況,也能透過麥克風和病患溝通,而病患可以由Dr. Robot上的顯示器看到醫師的臉,有如醫師附身在Dr. Robot機器人上。目前美國已有少數部分醫院實際利用此套系統,醫師與病患都滿意這種溝通方式,成效不錯。

2. Dr. Robot屬於遠端臨場機器人【4

元智大學老人福祉科技研究中心於2000年開始進行遠端臨場之相關應用研究,研發與整合相關技術,已開發出數種不同類型之遠端臨場機器人。元智大學老人福祉科技研究中心在遠端臨場機器人的研發目標,是要提供高齡者與子女或照護者之間一種新型態的溝通方式,在外地的子女可以“附身”在遠端臨場機器人裡,與家中的高齡者噓寒問暖,讓高齡者與子女之間的互動不只聲音,更加入影像與動作的傳達,並可在遠端家中自行遊走。

3為元智大學老人福祉科技研究中心開發之遠端臨場機器人-“telepresence agent”,這個第一代遠端臨場機器人曾受邀在第五屆長青資訊月(2001)展出。“Telepresence agent”高度約80公分,頭部裝設攝影機並可上下左右擺動,LCD螢幕可顯示子女的臉部表情,且有行動能力,子女可無線操控機器人到客廳與父親聊天,或是到廚房看母親在準備好吃的料理。展示期間,前往參觀的高齡者不僅能接受這種溝通方式,也提供不少以顧客、使用者為觀點的建議與心得。

3. Telepresence agent外觀與受邀參加第五屆長青資訊月參展

“Telepresence agent”雖然傳達了遠端臨場機器人在高齡者照護上的應用概念,但是部分技術不完全成熟,接下來元智大學老人福祉科技研究中心進一步開發了第二代遠端臨場機器人「遠距照護車-T-Carer」。T-Carer結合“Tele-”遠傳、“Car”行動載具、“Care”照護、“-er”人性化等意涵,藉由網際網路涵蓋全球以及802.11無線通訊行動自由的特性,從世界上任何一個有網路的角落,都得以控制T-Carer遠距照護車機器人在高齡者的身邊自由行動,控制照護車前進、後退、轉彎等動作,並可控制照護車上的攝影機作拍攝、對焦、轉動等功能。

T-Carer曾獲邀在2003年資訊月主題館全國巡迴展出一個半月,圖4左上為遠距照護車T-Carer2003年資訊月「遠距看護」主題館展示區設計成縮小比例家庭場景(圖4右上),民眾在現場設置的四個操作台上(圖4左下),模擬透過網際網路遠距操控T-Carer在家庭場景中遊走觀看,並準備十道關卡,如失火、昏迷、淹水、電線走火等題目,讓民眾駕駛遠距照護車一一過關,體驗遠距看護的應用,圖4右下是使用者實際操作遠距照護車的狀況。經過資訊月長達一個半月的展期,每天有超過500人試駕,T-Carer技術成熟度與穩定性已獲得考驗。

4. 遠距照護車T-Carer2003年資訊月主題館全國巡迴展出一個半月

居家環境是每個人最熟悉的空間,也是停留時間最長的場所,建構於居家環境下的健康監測系統,相較於傳統定期取樣式的問診醫療行為,居家健康監測系統提供了長期持續性的健康監測資料,早期察覺行為模式、習慣的改變及早發現疾病以及生理機能衰退初期行為模式以及習慣的微妙變化。元智大學老人福祉科技研究中心在遠端臨場機器人上進一步的發展,便是除了遠端遙控與影音溝通等“telepresence”的基本功能外,能在機器人中進一步加入“遠距居家照護(Tele-homecare)”的元素。

第三代遠端臨場機器人「遠端遙控照護機器人(tele-homecare robot)」的核心,是一個「分散式資料伺服器(distributed data server, DDS)」。除了執行遠端遙控與影音溝通等基本功能外,DDS上更連接多種感測器,能長期監測、記錄遠端環境狀況,或使用者生理訊號,子女、照護者都可以透過網際網路進入遠端遙控照護機器人的DDS中,查詢環境或健康監測資料。除了被動地接收監測資料及接受讀取資料外,DDS也有由事件驅動(Event Driven)主動傳送訊息的功能。當感測訊號發生事先設定之異常狀況(如高溫),或DDS長期監測資料顯示異常模式(如長時間沒有動作發生),甚至被照護者在意外發生時主動按鍵傳呼,DDS即會以E-mail或手機簡訊,發送特定對應訊息給指定電子郵件住址或手機電話號碼。

此外遠端遙控照護機器人也有基礎的自主行為能力,如沿著固定軌道行走(如圖5),自動避障、自動充電等功能。遠端遙控照護機器人還可以進一步連結其他“智慧屋”應用(smart house applications)DDS判讀感測器訊息,驅動家庭中空調、門窗、燈光、警鈴等開啟或關閉,使這個遠端臨場機器人輔具更有促進安全、舒適、便利生活的意義。此部分主要透過「遠端遙控照護機器人」來達成。圖6為遠端遙控照護機器人受邀參加九十四年資訊月金門特展參展情形。

5. 第三代遠端遙控照護機器人

6. 九十四年資訊月金門特展參展情形

目前元智大學老人福祉科技研究中心仍持續開發第四代遠端臨場機器人,除了在各項機電技術上更求提升外,研究重點在增加機器人的「人性面」,例如讓機器人擁有更多表情和肢體動作,且讓遠端控制者可以用本身的生理訊號(如頭部動作或肢體動作)操控機器人,讓機器人的動作和遠端控制者“同步”,使遠端臨場機器人更具有遠端使用者“替身”的意味。

目前遠端臨場機器人已獲得多項國內專利,當然元智大學老人福祉科技研究中心最終的目的,是希望遠端臨場機器人能夠從實驗室原型真正成為商品,可以服務廣大的高齡族群。因此非常期待輔具界的先進能從技術及實務應用的角度,對遠端臨場機器人作為高齡者輔具的概念提出建議,更期待能與相關廠商共同合作,將遠端臨場機器人實際開發為商品。

參考資料

【1】    http://www.expo2005.or.jp/jpn/index.html

【2】    Kazuyoshi Wada, Takanori Shibata, Tomoko Saito, Kayoko Sakamoto and Kazuo Tanie, “Robot assisted activity at a health service facility for the aged for 17 months: an interim report of long-term experiment,” 2005 IEEE Workshop on Advanced Robotics and its Social Impacts, p. 127-132.

【3】    http://paro.jp/english/about.html

【4】    http://www.intouch-health.com/