Evolution of Biomorph Machines ( 仿生機械發展 ) 理想 ……………………………………… 現實 理想 ……………………………………… 現實 Version 3.0 Date:2004-10-15 Lab. of Bio-Environmental Control and.

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2 Evolution of Biomorph Machines ( 仿生機械發展 ) 理想 ……………………………………… 現實 理想 ……………………………………… 現實 Version 3.0 Date:2004-10-15 Lab. of Bio-Environmental Control and Systems Analysis Dept. Bio-Industrial Mechatronics Eng. National Taiwan University

3 Outline 定義 (Definition) 定義 (Definition) 先驅者 (Pioneers) 先驅者 (Pioneers) 精神 (spirit) 精神 (spirit) 歷史 (History) 歷史 (History) 仿生機械 (Biomorph Machines) 仿生機械 (Biomorph Machines) 陸上, 海下, 飛行, 人型 陸上, 海下, 飛行, 人型 (Walking, under water,flying, humanoid) (Walking, under water,flying, humanoid) 國內發展 國內發展 多機器人 (multiple mobile robots) 多機器人 (multiple mobile robots) 競賽 (GAME) 競賽 (GAME) ROBOCUP ROBOCUP ROBO-ONE ROBO-ONE 如果我想走這條路 ???(If……) 如果我想走這條路 ???(If……) 參考文獻 (Reference) 參考文獻 (Reference)

4 定義 (Definition) 機器人 : 感測器 + 驅動器 + 控制器 理想 ……………………………………… 現實 理想 ……………………………………… 現實 yahoo 搜尋  鋼彈, 機器人大戰 yahoo 搜尋  鋼彈, 機器人大戰 串聯機器人 並聯機器人 移動機器人

5 定義 (Definition) 仿生 : 模仿生物 仿生 : 模仿生物 仿生機器人 : 模仿 ” 生物 ” 的某些功能做出來的機器 仿生機器人 : 模仿 ” 生物 ” 的某些功能做出來的機器 人工智慧 : “ 思考如何思考 ”  AVI 人工智慧 : “ 思考如何思考 ”  AVIAVI 今天主軸 : 機器人的力學, 運動控制部份 今天主軸 : 機器人的力學, 運動控制部份 眼睛 手 機器視覺 生物  機械 機器手臂 腳 機器腳 腦人工智慧 嘴巴 人工聲帶

6 定義 (Definition) 機器人學 : 最狂妄的學問  扮演造物主 機器人學 : 最狂妄的學問  扮演造物主 兼具天人物我的學問 兼具天人物我的學問 從物質科學反思生物學 從通訊思考人際關係 造物主 生物生物 人際人際 科學

7 先驅者 (Pioneers) VS. Shigeo Hirose ( 廣瀨茂男 ) Brooks Rodeny Shigeo Hirose ( 廣瀨茂男 ) Brooks Rodeny Research Since 1970. Research Since 1980 Research Since 1970. Research Since 1980 TITech HYR Lab. MIT AI Lab. TITech HYR Lab. MIT AI Lab. Engineer 機械人學家 Engineer 機械人學家 iRobot co. iRobot co. 身體 頭腦 身體 頭腦 http://mozu.mes.titech.ac.jp/ http://www.ai.mit.edu/ http://mozu.mes.titech.ac.jp/ http://www.ai.mit.edu/ http://mozu.mes.titech.ac.jp/http://www.ai.mit.edu/ http://mozu.mes.titech.ac.jp/http://www.ai.mit.edu/ Useful Biomorph Machines humanoid Robots Useful Biomorph Machines humanoid Robots

8 先驅者 (Pioneers) — 機器人學家中的機器人學家 猶他大學機械工程、生物工程、電腦科學系教授. 猶他大學機械工程、生物工程、電腦科學系教授. SARCOS 機器人公司等四家公司. SARCOS 機器人公司等四家公司. 研發產品 : 義肢手臂、遊樂園機器人、人工腎臟、噴泉、 機動背包 研發產品 : 義肢手臂、遊樂園機器人、人工腎臟、噴泉、 機動背包 影片 : 人機 1 、人機 2 、人機 3 影片 : 人機 1 、人機 2 、人機 3 人機 1人機 2人機 3 人機 1人機 2人機 3 運動 1 、運動 2 、 運動 3 、 運動 4 運動 1 、運動 2 、 運動 3 、 運動 4 http://www.sarcos.com/highperf_videos.html Steven Jacobsen

9 精神 (spirit) 達爾文 (Evolution) -- Brooks Rodney 達爾文 (Evolution) -- Brooks Rodney 超越生物 (Superior creature) -- Robert Full( 生物學家 ) 超越生物 (Superior creature) -- Robert Full( 生物學家 ) 機械湯 (Machine soup) -- Von Neumann( 馮諾曼 ) 機械湯 (Machine soup) -- Von Neumann( 馮諾曼 ) 生物限制 (Living restrict) --Biological Clock,Air,Water ….etc. 生物限制 (Living restrict) --Biological Clock,Air,Water ….etc. ↗→↘↗→↘ ? ↗→↘↗→↘ ↗→↘↗→↘ ↗→↘↗→↘ ↗→↘↗→↘ ? ? ? → ( 發明電腦架構的人 )

10 歷史 (History) — 時代 仿生時代區分 : 仿生時代區分 : 靜態雕塑時代 Ex: 神像 靜態雕塑時代 Ex: 神像 機械生物時代 Ex: 魁儡 機械生物時代 Ex: 魁儡 電子生物時代 Ex: 陸龜 類比電路 電子生物時代 Ex: 陸龜 類比電路 數位科技時代 Ex: 今日內容 數位科技時代 Ex: 今日內容 Source: 我們都是機器人, Rodney A.. Brooks,2002, 究竟圖書

11 歷史 (History) — 近代 Beginning from failures of humanoid Robots Beginning from failures of humanoid Robots 1970 Shigeo Hirose begin to research!! 1970 Shigeo Hirose begin to research!! 1980 Brooks Rodeny begin to research!! 1980 Brooks Rodeny begin to research!! 1992 “ Stiquito & BEAM ” --kits 1992 “ Stiquito & BEAM ” --kits 1997 RoboCup At Nagoya ( 名古屋 ) 1997 RoboCup At Nagoya ( 名古屋 ) 2002 Robo-one 2002 Robo-one 2004 Now! 2004 Now! Future  Robots will be around us!!!!!!!! Future  Robots will be around us!!!!!!!!  We are biorobots!!!!!  We are biorobots!!!!!  Or ?????  Or ?????

12 研究單位 Walking Biomorph Machines — U.C.BERKELEY 、 TITech 、 McGill University ….etc. Walking Biomorph Machines — U.C.BERKELEY 、 TITech 、 McGill University ….etc. Underwater Biomorph Machines — MIT Underwater Biomorph Machines — MIT Flying Biomorph Machines — Georgia Tech Research Institute Flying Biomorph Machines — Georgia Tech Research Institute Humanoid Biomorph Machines — MIT,HONDA&SONY Humanoid Biomorph Machines — MIT,HONDA&SONY multiple mobile robots — multiple mobile robots — Caltech CORO — The Globe RoboCup — The Globe Robo-One — 日, 韓 Robo-One — 日, 韓

13 仿生機械 (Biomorph Machines) 陸上 ( Walking ) 陸上 ( Walking ) 海下 ( under water ) 海下 ( under water ) 飛行 ( flying ) 飛行 ( flying ) 人型 ( humanoid ) 人型 ( humanoid ) 結合生物與機械概念 結合生物與機械概念

14 仿生機械 — 陸上

15 Walking Biomorph Machines http://rjf2.biol.berkeley.edu/ Robert Full ↗→↗→ Martin Buehler McGill University ( McGill University ) → RHEX iRobot → Ariel + Mark Cutkosky (Stanford University ) ↘ Spraw SDM (Shape Deposition Manufacturing )

16 RHEX Sensor: ( 遙控 !!) Sensor: ( 遙控 !!) Power supply:12V X2 Power supply:12V X2 Cost:$10000 Cost:$10000 Dynamic: 三腳支撐步法 Dynamic: 三腳支撐步法 Purpose:Walking Purpose:Walking Avi: 1 2 3 4 5 6 7 Avi: 1 2 3 4 5 6 712345671234567 Martin Buehler McGill University http://www.cim.mcgill.ca/

17 Shigeo Hirose → Snake-like Robots Walking Robot Souryu I TITAN III, IV BEAM Stiquito Mark Tilden (Los Alamos National Laboratory) (Solarobotics) → → → → James M. Conrad (Research Triangle Park ) Jonathan W. Mills (Indiana University)

18 TITAN-VIII (Roller-Walker) TITAN-VIII (Roller-Walker) Sensor:Potentiometer for each joint Sensor:Potentiometer for each joint Power Supply: DC 30 to 48[v] (for motors) DC 5[v], +-15[v] (for drivers) Power Supply: DC 30 to 48[v] (for motors) DC 5[v], +-15[v] (for drivers) Cost: 24years, 40persons Cost: 24years, 40persons Dynamic: TITechDriver Ver. 2 Dynamic: TITechDriver Ver. 2TITechDriver Ver. 2TITechDriver Ver. 2 Purpose: Rescue(VII),Load(VIII) Purpose: Rescue(VII),Load(VIII) Avi: move Avi: movemove Shigeo Hirose TITech http://mozu.mes.titech.ac.jp /hirohome.html http://mozu.mes.titech.ac.jp /hirohome.html Rocker Bogie Sole

19 NINJA Dynamic: A VM (Valve-regulated Multiple) suction pad Purpose: 清洗窗戶 !! 高速道路牆壁檢查 !! VM (Valve-regulated Multiple) suction padVM (Valve-regulated Multiple) suction pad Avi: 1 1 Shigeo Hirose TITech http://mozu.mes.titech.ac.jp/hirohome.html http://mozu.mes.titech.ac.jp/hirohome.html

20 蒼龍Ⅰ、Ⅱ号機 蒼龍Ⅰ、Ⅱ号機 Shigeo Hirose TITech http://mozu.mes.titech.ac.jp/hirohome.html Sensor: (CCD x2+Microphone) Sensor: (CCD x2+Microphone) Power Supply:DC12V Battery Power Supply:DC12V Battery Dynamic: Motor 72W x1+17W x2 Dynamic: Motor 72W x1+17W x2 Purpose: Saviour Purpose: Saviour Avi: 2D 、 3D 、 XD Avi: 2D 、 3D 、 XD 2D 3D XD2D 3D XD

21 Troody AVI: 1 2 AVI: 1 21212 Dilworth MIT

22 Biology, Electronics, Aesthetics, Mechanics Mark Tilden ( Los Alamos National Laboratory) (Solarobotics) http://www.nis.lanl.gov/projects/robot/ http://www.solarbotics.com/ Sensor:44Hz 紅外線偵測器 Sensor:44Hz 紅外線偵測器 Power Supply: 4.8V batteries Power Supply: 4.8V batteries Cost: cheap!! ( solar cell motor transistors capacitor) Cost: cheap!! ( solar cell motor transistors capacitor) solar cell transistorscapacitor solar cell transistorscapacitor Dynamic:Motor Dynamic:Motor Purpose: Neural Nets Purpose: Neural Nets Avi: 1 、 2 Avi: 1 、 2 1 21 2 類比機器人 Spyder VBug 1.0

23 Stiquito Power Supply:9V battery Power Supply:9V battery Cost:$10 Cost:$10 Dynamic: Nitinol Wires( 記憶金屬 ) Dynamic: Nitinol Wires( 記憶金屬 ) Purpose: Muscle wire Purpose: Muscle wire Avi: 1 、 2 Avi: 1 、 2 1 21 2 James M. Conrad (Research Triangle Park ) Jonathan W. Mills (Indiana University) http://www.cs.indiana.edu/robo tics/colony.html

24 仿生機械 — 海下

25 Underwater--Wanda Underwater--Wanda Power Supply:NiCd Batteries+17 V Power Supply:NiCd Batteries+17 V Dynamic: Dynamic: Purpose: Swimming Purpose: Swimming John Kumph iRobot http://robosapiens.mit.edu/wanda.htmAriel iRobot http://robosapiens.mi t.edu/ariel.htm Sensor: Motor position, foot contact, pressure (underwater), flow (underwater), compass, inclinometer, metal detectors Sensor: Motor position, foot contact, pressure (underwater), flow (underwater), compass, inclinometer, metal detectors Power Supply:22 NiCd cells Power Supply:22 NiCd cells Cost:$50000(materials only) Cost:$50000(materials only) Dynamic: Dynamic: Purpose:mine sweeping Purpose:mine sweeping

26 仿生機械 — 飛行

27 Flying--Entomopter Flying--Entomopter Power Supply: Uncertain Power Supply: Uncertain Dynamic: Reciprocating Chemical Muscle (RCM) Dynamic: Reciprocating Chemical Muscle (RCM) Purpose: Flying, 火星計畫 !! Purpose: Flying, 火星計畫 !! 火星計畫 Avi Avi Avi Robert Michelson Georgia Institute of Technology

28 仿生機械 — 人型

29 Humanoid--Cog Sensor: 彩色攝影機 X4,Microphone X2, 三軸慣性組合, 觸感感應器, 動 覺感應器 ( 關節 ), 判讀姿勢, 應變計 ( 測力 ), 馬達溫度感應器 …..etc. Sensor: 彩色攝影機 X4,Microphone X2, 三軸慣性組合, 觸感感應器, 動 覺感應器 ( 關節 ), 判讀姿勢, 應變計 ( 測力 ), 馬達溫度感應器 …..etc. Power Supply: 外接 12V, 24V,5V Power Supply: 外接 12V, 24V,5V Purpose: 研究生理型態, 感應器與驅動器整合 及社會互動等等 Purpose: 研究生理型態, 感應器與驅動器整合 及社會互動等等 Avi: 1 2 3 Avi: 1 2 3123123 Brooks Rodeny MIT AI Lab. http://www.ai.mit.edu/projects/humanoid-robotics- group/cog/cog.html

30 TMSUK04 T5 http://www.tmsuk.co.jp/jap/index.html 遠端 操控 TMSUK04 1993 年 1 月開発 1996 年 1 月開発 1997 年開発 TMSUK04 1999 年開発 T5 2000 年開発 TMSUK04-2 株式会社テムザック 危険な地域（工事現 場や災害現場など） 滅火 !!

31 SDR-4X (Sony Dream Robot) http://www.watch.impress.co.jp/pc/docs/2002/0320/sony.htm 1994 P1 ASIMO SDR 2000P31997 P2 PS: Prototype = 原形 ASIMO= short for Advanced Step in Innovative Mobility 1996 公開發表 震撼 ~~ 機械人學界 !!

32 Z Gundam 高 7 m (23 ft) 高 7 m (23 ft) 寬 3.5 m (11.5 ft) 寬 3.5 m (11.5 ft) 重量 2 噸 重量 2 噸 總材料費 約三百萬日元 總材料費 約三百萬日元 耗時 7 年 ( 辭公司、埋頭製作 ) 耗時 7 年 ( 辭公司、埋頭製作 ) 限乘 1 人 限乘 1 人 岡山・久米 頭部座艙內內部視野

33 結合生物與機械概念的機器人 vs. vs.

34 結合生物與機械概念 Roller-Walker Roller-Walker AVI: 1 2 AVI: 1 21212 Shigeo Hirose TITech

35 結合生物與機械概念 SMC-Rover SMC-Rover AVI: 1 2 3 4 AVI: 1 2 3 412341234 Shigeo Hirose TITech

36 結合生物與機械概念 YANBO III YANBO III AVI: 1 2 3 4 TITRUS: 1 2 AVI: 1 2 3 4 TITRUS: 1 2123412123412 Shigeo Hirose TITech

37 結合生物與機械概念 CONRO CONRO AVI: 1 2 3 4 AVI: 1 2 3 412341234

38 結合生物與機械概念 MTRAN II MTRAN II AVI:1 2 3 4 5 AVI:1 2 3 4 51234512345

39 國內發展 機器蛇 BIME 機器蛇 BIME 六足機器人 BIME 六足機器人 BIME 四足機器人 BIME 四足機器人 BIME 類比機器人特訓營 BIME 類比機器人特訓營 BIME

40 國內發展 — 蛇行機器人 301 機器蛇 301 機器蛇 造價 : 造價 : 功能 :U 型, O 型 功能 :U 型, O 型 目的 : 救難 目的 : 救難 AVI: U,O AVI: U,OUOUO 李曉芳 林彥誠

41 國內發展 — 六足機器人 303 三號機 303 三號機 造價 : 約 NT$20000 造價 : 約 NT$20000 功能 : 直走, 伏地挺身 功能 : 直走, 伏地挺身 最終目標 : 到小福買便當 最終目標 : 到小福買便當 AVI: 1 2 AVI: 1 21212 李伯威

42 國內發展 — 四足機器人 (1) Rocker Rocker 造價 : 約 NT$700 造價 : 約 NT$700 功能 : 直走 功能 : 直走 直走 S_J S_J 造價 : 約 NT$2000 造價 : 約 NT$2000 功能 : 直走, 後退, 左右轉 功能 : 直走, 後退, 左右轉 直走 後退 左右轉 直走 後退 左右轉 曾國師

43 國內發展 — 四足機器人 (2) NTU-SIMONE NTU-SIMONE 造價 : 約 NT$35000 造價 : 約 NT$35000 重量 : 約５公斤 重量 : 約５公斤 尺寸 :0.6x0.6x0.6(m) 尺寸 :0.6x0.6x0.6(m) 功能 : 六種步態 功能 : 六種步態 曾國師

44 國內發展 — 類比機器人特訓營 緣由 :2003 年 生命科學與機電概論 緣由 :2003 年 生命科學與機電概論 時間 : 耗時兩天 為期一年 2003 12/13~2004 10/9 時間 : 耗時兩天 為期一年 2003 12/13~2004 10/9 參與人員 : 生機 92 級 20 人 參與人員 : 生機 92 級 20 人 經費 : NT$700/ 人 經費 : NT$700/ 人 目的 : 實現 BEAM 型四足機器人 目的 : 實現 BEAM 型四足機器人 天下第一武道會 : 賽跑, 摔角 天下第一武道會 : 賽跑, 摔角 賽跑 摔角 賽跑 摔角 阿沙不魯號

45 http://www.coro.caltech.edu/ *Traffic: *Flocking *Track Odor *Building 多機器人 (multiple mobile robots)

46 競賽 (GAME) — RoboCup http://www.robocup2002.org/ Simulation league Simulation league Small-size robot league (f-180) Small-size robot league (f-180) Middle-size robot league (f-2000) Middle-size robot league (f-2000) Four-legged robot league Four-legged robot league Humanoid league Humanoid league

47 RoboCup 2001 Soccer Simulation League Soccer Simulation League Soccer Simulation League Soccer Simulation League Small-Size Robot League Small-Size Robot League Small-Size Robot League Small-Size Robot League Middle-Size Robot League Middle-Size Robot League Middle-Size Robot League Middle-Size Robot League Sony Legged Robot League Sony Legged Robot League Sony Legged Robot League Sony Legged Robot League 1. Tsinghuaeolus, P.R. China 2. Brainstormers01, Germany 3. FCPortugal2001, Portugal 1. Lucky Star II, Singapore( 新加坡 ) 2. Field Rangers, Singapore 3. Cornell Big Red, USA 1. CS Freiburg, Germany 2. Trackies, Japan 3. Eigen, Japan 1. UNSW United ‘ 01, University of New South Wales, Australia( 澳大利亞 ) 2. CM-Pack'01, Carnegie Mellon University, USA 3. UPennalizers'01, University of Pennsylvania, USA

48 競賽 (GAME) — RoboCup - By the year 2050, develop a team of fully autonomous humanoid robots that can win against the human world soccer champion team. -

49 競賽 (GAME) — ROBO-ONE 雙足機器人擂台賽 雙足機器人擂台賽 規則 : 兩台機器人格鬥 倒下倒數 10 秒 三次落敗 規則 : 兩台機器人格鬥 倒下倒數 10 秒 三次落敗 Metallic - Fighter VS MAZINGE. Metallic - Fighter VS MAZINGE.Metallic - FighterVS MAZINGE.Metallic - FighterVS MAZINGE.

50 如果我想走這條路 ???(If……) 機器人  機電整合最高階的實現 機器人  機電整合最高階的實現 機電整合 : 包含 機械, 電機, 資工領域. 機電整合 : 包含 機械, 電機, 資工領域. 機器人 : 包含機械系, 電機系, 資工系, 生物系, 醫學 … etc. 機器人 : 包含機械系, 電機系, 資工系, 生物系, 醫學 … etc. 拋棄台灣人傳統的價值觀 : 工匠, 玩物喪志 拋棄台灣人傳統的價值觀 : 工匠, 玩物喪志 因為就是在玩物. 因為就是在玩物. 歹路不可行 …@@ ” 要有興趣 歹路不可行 …@@ ” 要有興趣

51 如果我想走這條路 ???(If……) If I want to learn …. If I want to learn …. 機器視覺 : 機器視覺 : 機器手, 腳 : 機器手, 腳 : 人工智慧 : 人工智慧 : ASIMO,SDR: ASIMO,SDR: 鋼彈, 無敵鐵金剛, 小叮噹 : 鋼彈, 無敵鐵金剛, 小叮噹 : BIME …. BIME …. 請轉資工系 …. 請轉資工系 …. 請到日本留學 …. 請到日本留學 …. 請到外星球 !! 請到外星球 !! 延伸閱讀 : 空想科學讀本, 柳田理科雄, 談璞 / 譯, 遠流. Ex: ●坐到無敵鐵金剛的指揮艇上，保證暈車！ ●隨著竹蜻蜓飛走的只有多啦Ａ夢的頭皮 ……

52 如果我想走這條路 ???(If……) 工程師  理論 程式 實做 工程師  理論 程式 實做 程式 : 溝通 & 模擬 程式 : 溝通 & 模擬 必備三種語言 : 英文 數學 程式 必備三種語言 : 英文 數學 程式 英文  人類溝通的語言 英文  人類溝通的語言 數學  科學家溝通的語言 數學  科學家溝通的語言 程式  電腦溝通的語言 程式  電腦溝通的語言

53 如果我想走這條路 ???(If……) 系上的課 系上的課 NTU-BIME= 70%ME+10%EE+10%ICE NTU-BIME= 70%ME+10%EE+10%ICE

54 如果我想走這條路 ???(If……) 系上的課 系上的課

55 如果我想走這條路 ???(If……) Goal Goal 築夢踏實, 希望相隨 築夢踏實, 希望相隨 Weak me! Weak me!

56 參考文獻 (Reference) 我們都是機器人, Rodney A.. Brooks,2002, 究竟圖書 我們都是機器人, Rodney A.. Brooks,2002, 究竟圖書 機械人的進化,Peter Menzel, Faith Aluisio, 林文源譯 2002, 商周出版社） 機械人的進化,Peter Menzel, Faith Aluisio, 林文源譯 2002, 商周出版社） Web Ｌ inks: Web Ｌ inks: http://robosapiens.mit.edu/links_01.htm http://robosapiens.mit.edu/links_02.htm http://robosapiens.mit.edu/links_03.htm http://robosapiens.mit.edu/links_04.htm http://robosapiens.mit.edu/links_05.htm http://robosapiens.mit.edu/links_06.htm