一年一度的日本先端电子信息科技展(CEATEC Japan 2017)反映了日本消费性电子产业的最新变化,会场中早就很少看到传统日本消费性电子大厂展示电视机、摄影机以及手机这类产品,快速取而代之的是各家零组件供货商如欧姆龙(Omron)、罗姆半导体(Rohm)、阿尔卑斯电气(Alps)、村田制作所(Murata)等等,积极推销各种搭配人工智能(AI)软件以及触觉(haptic)技术的传感器与链接模块,他们视这些方案为实现未来虚拟现实(VR)的关键。

此时此刻,物联网(IoT)已经成为各家电子产业供货商最热衷的应用,但在10月初于日本千叶县幕张展览馆(MAKUHARI)举行的2017年CEATEC会场上,最受来自海外记者们瞩目的,就是各种被编程为说话、思考与行为模式就像是日本人的机器人与传感器产品;这些产品反映了日本人的感觉、偏好以及习惯。

通常日本开发的机器人会比来自其他国家的更“健谈”,日本设计的智能喇叭也不只是能接收使用者命令,还能“预测”他们的需要;它们喜欢跟人聊天。而有越来越多的嵌入式系统搭配了AI算法,对于“推理”功能特别重视。

我们在会场上看到不少配备了众多传感器的新设备现身,包括设计为人类选手训练工具的一颗棒球;还有会打乒乓球的机器人,被设计为能识别人类对手的球技水平,并能依据该水平调整自己的熟练度。 20171012_03_robot02 机器人与传感器成为CEATEC Japan 2017会场上的主角

一个很明显的共同趋势是,日本开发者社群已经将目标设定为打造完美的“协同机器人”(co-bots),专注于让机器人去“了解”人类,而不是打败或是取代我们;这个概念与丰田汽车(Toyota)自动驾驶车“守护天使”(guardian angel)是一致的。会场上看到的机器人都很娇小,外观也不具有威胁性──至少都是可爱型,而且说话声音就像是5~7岁的小男孩;像是“魔鬼终结者”那种类型的机器人在CEATEC可不受欢迎。

EE Times姊妹刊,EE Times Japan的日本编辑同事告诉我们,日本机器人的设计原则衍生自《原子小金刚》(Astro Boy,外观是一个小男孩的人形机器人),以及《哆啦A梦》(Doraemon,编按:谁不认识机器猫小叮当的来跟我说!)等知名日本动画角色,众多日本工程师与消费者是与这些角色一起成长,将它们视为人类的好伙伴以及偶像。

不过,我们一方面担心日本工程师们是否会太强调那些能理解“人类情感”、会尝试读取使用者是悲伤、开心、沮丧还是充满希望…等心情的传感器,使得机器人更像是玩具而非有效率的自动化工具;在另一方面,如果我们的机器人并不那么“了解”我们,我们又该如何与这些下一代的机器共处?

接下来让我们一起看看今年CEATEC会场上的机器人朋友以及新鲜产品吧!

聚焦“对话”功能的智能喇叭

Amazon的智能喇叭Echo可以靠边站了…日本大厂Sharp开发了一款智能喇叭,不只能像是Echo那样接受用户的查询指令,还能预测用户的需求。Sharp的物联网云端业务部门产品营销主管Takayuki Nagamatsu(见文章上方大图)表示:“我们想让智能喇叭不只是擅长语音识别,也要能与人类对话。” 20171012_03_robot03 Sharp的智能喇叭长的就像一个可爱机器人,擅长对话

假设一位使用者已经让Sharp的冰箱与烤箱连网,该款智能喇叭能根据用户已有的数据,提供菜单与食谱的建议;使用者也可以请智能喇叭提供建议菜单的低热量替代方案。

来打一场乒乓吧!

Omron展示的桌球机器人Forpheus,是利用由该公司两年前收购的美国厂商Adept Technology开发之现成工厂自动化机器人设备改造而成。Forpheus的关键功能包括一个配备3个摄影机的系统,用以识别球以及评估选手;还有一支由AI控制器控制的高速机械手臂、一套负责挥球拍的五轴马达系统,以及一套以每秒80次速度,计算球速与旋转方向、预测球路的系统。 20171012_03_robot04 用工厂自动化设备改造的乒乓球机器人

Omron的运动传感器(通常运用在工厂自动化设备)搭配深度学习算法,能提升乒乓球机器人判断对手球技水平的能力;此外Forpheus还添加了两项新功能,其一是能同步控制两个机器人,其二是利用AI来预测杀球的能力。 20171012_03_robot05 Omron使用的同步控制机器人,包括一个负责发球的关节型机器人(左),以及一个负责挥拍的平行链接机器人。

Omron物理传感实验室(Physical Sensing Lab)主管Masayuki Koizumi表示,同步控制两种不同类型机器人特别重要,因为该公司开发乒乓球机器人的终极目标是设计协同机器人,也就是能在同一个工厂中与人类一起工作。

每当与人类对手开战时,Forpheus还会开口说话,除了鼓励对方也解释自己下一步动作;为何要让它能说话?Koizumi解释,这种设计是为了训练机器人与人类沟通的“意图”,而相反的,机器人也需要了解人类的意图。透过正确评估人类的能力,机器人应该要能调整自己的行为:“我们认为这是实现人类与机器无缝切换的关键。”

而AI技术的采用显然也是让机器人能评估人类对手与球的运动之关键;不过Koizumi坦承,最新一代的Forpheus虽然能预测杀球,但有时候也会被人类的移动或是“假动作”搞混:“显然我们还需要更多数据来让机器人学习。”

Koizumi透露,Forpheus是在PC上以Python语言进行深度学习,而Omron采用的深度学习平台并非像是Nvidia平台那般先进的方案:“我们专注于嵌入式系统,选择乒乓球做为深度学习的题材,是因为那是我们受限于硬件之系统可以处理的适当学习水平。”

机器教你拉小提琴

在CEATEC Japan 2017会场上,罗姆(Rohm)展示了一款为中/小提琴手演奏者量身打造的可穿戴设备,包括套在手臂上的传感设备,以及戴在手腕上的传感器分析套件;这两种设备需要配对使用,能透过侦测、追踪提琴演奏者的运动,对其弓法进行实时分析,并将来自可穿戴设备的回馈结果立即显示于屏幕上(上方大图),如此能让提琴演奏者注意自己的手臂动作以改善弓法 20171012_03_robot06 Rohm为提琴演奏者设计的可穿戴设备,包括内部嵌入了加速度计、陀螺仪还有蓝牙低功耗(Bluetooth LE)组件的手臂传感器,还有佩带于手腕的小型传感器评估工具套件,内部也有加速度计。

棒球也要连网!

阿尔卑斯电气(Alps Electric)在CEATEC Japan 2017展示了一颗标准规格的棒球,内部嵌入了传感器以及无线通信设备,能在内部量测球速、旋转圈数以及投球时的旋转轴心(spin axis);但这颗球不能真的拿来打,它的任务是分析投手的姿势以求改进。

与一般正式比赛用的棒球相比,这颗球的重量、重心、材质以及缝线方法完全相同,只有内部多加了电子组件;Alps Electric的工程师自信地表示,它可以在投手与捕手抛接时连续撷取运动信息,完全不会影响投手的日常表现。 20171012_03_robot07 这颗外观与一般棒球毫无分别的智能球只能拿来练投不能真打

棒球内部嵌入了加速度计以判定起始、球掷出以及接球等时间点,并有一颗角速率传感器(angular rate sensor)来分析投球形式,还有地磁传感器(geomagnetic sensor)用以计算旋转数以及量测旋转角度;此外棒球支持蓝牙低功耗,并有专属固件,支持无线下载更新。 20171012_03_robot08 智能棒球的主要任务是分析投手的姿势 20171012_03_robot09 智能棒球内部的传感器可量测球速与球的转速

能飞上天的连网纸鹤

CEATEC Japan 2017会场最吸引人的展示之一,是能远程遥控并在半空中优雅飞翔的一只大型纸鹤;纸鹤的“大脑”是一片超小型的MCU控制板。折出这只大型纸鹤的Rohm表示,他们并没有采用什么遥控新技术,而是要展示该公司物联网(IoT)开发板的性能。 20171012_03_robot10 20171012_03_robot11 Rohm的大型纸鹤搭载了IoT技术

该IoT开发板配备16位MCU、920MHz无线技术,并有陀螺仪与加速度计:“我们想藉此展示让日本中小企业知道,将旧系统改造成无线控制的连网IoT系统,是多么简单的一件事。” 20171012_03_robot12 Rohm的IoT解决方案

支持5G的“远程临场”技术

日本电子产业也听到了5G正快速接近的“脚步声”,当地移动通讯营运商KDDI在CEATEC Japan 2017会场以“AU”品牌展示了名为Telesar V的一种可投射使用者第二自我(alter-ego)之远程临场(telexistence)机器人系统。 20171012_03_robot13 KDDI展示支持5G通讯的远程临场机器人操作接口

所谓的远程临场,就像是电影《阿凡达》(Avatar)或《环太平洋》(Pacific Rim)中出现过的机器人控制系统,无论操作者在何处,机器人“替身”会实时将感受到的触觉信息回馈给用户;使用者也能透过机器人与远程环境互动,无论该环境是真实世界、虚拟世界或是两者的结合。 20171012_03_robot14 在KDDI的AU摊位展示的机器人系统(左)会将精细的触觉信息传递给人类用户,后者不但能远程体验到机器人的动作(例如拿了一个杯子),也能感觉到机器人触摸之物体的不同纹理。

专门跟小baby说话的机器人

松下(Panasonic)认为,不同的“听众”会需要不同的机器人。这家日本老牌消费性电子大厂开发了形状就像颗球的社交机器人Cocotto,目标是“藉由运动、对话与链接云端服务的功能,帮助婴儿启发感官”;此外Cocotto也利用AI去积极学习一般人不容易懂的“婴儿语”。 20171012_03_robot15 为婴儿使用者量身打造的机器人

该机器人表面是以半透明塑料制成,外观平滑,没有外接组件或是轮子等可能会伤害婴幼儿的部份;Panasonic表示,其设计原则的首要前提就是“无害”。

更真实的虚拟体验

针对虚拟现实(VR)技术使用者,Alps Electric透过结合了触觉传感器以及热电组件的设备,号称能提供更真实的虚拟体验;这套名为Haptic Trigger Plus的系统,让VR用户能接收到虚拟物体的软硬度、温度触感,例如在虚拟世界中拿到的杯子是冷或热,还有雪人摸起来是真的很冰吗?甚至可以用游戏杆将虚拟世界中的雪人“远程融化”。 20171012_03_robot16 为VR应用打造的Haptic Trigger Plus触觉回馈系统

避免汽车驾驶人分心的监测设备

Omron在二十年前就开发出了高精准度的脸部辨识技术OKAO,该技术已经被运用于智能型手机与数字相机,能侦测摄影镜头前的人是不是睁开眼睛,并能适应侦测对象不同的发型、肤色,甚至是否有戴着眼镜或口罩,号称在不同的光线变化条件下──包括突然有强光照射或是强烈阴影笼罩──也能侦测并分析脸部情况。

而透过对OKAO添加深度学习功能,Omron声称其最新的AI技术不只能从静止的画面中辨识汽车驾驶人的表情与态度,还能分析一段时间内的数据来判别驾驶人是否有在注意路况,以及其状态是否适合驾驶车辆。 20171012_03_robot17 Omron开发监测汽车驾驶人状态的系统

Omron专注于算法的优化,以及开发能支持实时、在地化高精确度分析的小巧的嵌入式系统;该公司也期望能藉由与车厂之间已经建立的合作关系(有车厂已经采用Omron的致动器与传感器),能有助于推广此驾驶人监测方案:“我们能设计与车窗致动器沟通的驾驶人监测系统,例如当系统侦测到驾驶人打嗑睡时,就会自动将车窗降下。” 20171012_03_robot18 Omron的驾驶人监测系统也支持后装市场

为机器人打造的3D光达

Panasonic在CEATEC Japan 2017还展示了该公司首款3D光达(LiDAR)传感器,不过这可不是为自动驾驶车辆打造,而是为了支持能自由移动的机器人;该新款3D光达能准确量测相对物体的方向与距离,而且支持水平60度、垂直270度的广角扫描。 20171012_03_robot19 Panasonic为机器人打造3D LiDAR

此外该系统可提供不同垂直视角与分辨率的侦测参数设定,号称在强烈的阳光下也能达到高精准度的侦测;Panasonic期望该3D光达能被机器人广泛采用,以支持机器人在周遭有许多移动物体,包括人类之室内或户外场地的自由移动。

编译:Judith Cheng

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载

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