我的機器人老闆

我的機器人老闆

撰文/David Bourne|譯者/周坤毅
轉載自《科學人》2013年6月第136期

人類與機器人將在工廠並肩工作,但你絕對想不到誰來發號施令!

當身穿污黑淺綠色焊接工作外套的道森–哈格提(Michael Dawson-Haggerty)衝進辦公室時,從他的滿面笑容中,我知道他與他的夥伴已成功擊敗一群具有數十年經驗的專家,在更短的時間內焊好一具悍馬車(一款在伊拉克與阿富汗隨處可見的軍用車)的車架。

這是道森–哈格提的第一份專業工作。他才剛完成碩士學位,並加入美國卡內基美倫大學(Carnegie Mellon University)機器人研究所的工程團隊。還是新鮮人的他不免有些緊張,但老實說,我更擔心他那位非常可靠、但是對人際關係一竅不通的夥伴。

道森–哈格提的夥伴是一具類似福特或通用汽車廠生產線上那種大型工業機器人。傳統機械怪獸要關在牢籠裡與人類保持安全距離,但我們替四公尺高的單臂焊接機器人「噴火者」(Spitfire)裝上代替眼睛的雷射,讓它能安全地與人類並肩工作。此外,負責發號施令的不是道森–哈格提,而是「噴火者」:機器人指定下個步驟,並根據最佳工作效率,把排列鋼材與焊接的粗重工作分配給人類與機器人。在此下達指令的是機器人,而非人類。

經過適當分工合作後,道森–哈格提與他的機器人夥伴能在10小時內完成車體焊接,包含原料與工資的成本才1150美元。相較之下,對照組的專家們要花89小時才能完成相同工作,成本高達7075美元。

人類與機器人合作,能達成的潛在經濟效益非常可觀。工廠不必大費周章來重新調整生產線,可以省下數十億美元的設備建置費。如果你需要修改一項熱門產品,人類與機器人能製造從電子產品到飛機在內的各種客製化產品,而不必更換昂貴的機械設備。這項科技允許公司快速回應市場需求,將產品更新週期從數年縮短到數週,員工也會從解決日新月異的挑戰中獲得成就感。這些理由讓我們相信,機器人最終更適合當老闆而非僕役。

安全夥伴

到底什麼才是「機器人」?一向眾說紛紜。機器人研究社群把它定義為能感覺、思考並自動做出反應的機器。但這個定義並不精確:房屋的恆溫器能達成上述功能,但你不會稱它為機器人,差別在於恆溫器只是房屋功能的一小部份。只有當物體利用自動化功能來滿足其核心職責時,這個物體才能稱做「機器人」。譬如自動汽車利用感測器與人工智慧來達成自動駕駛(汽車的主要功能),因此能稱做「機器人」。

製造業利用自動化機器人來改善生產效率的歷史已超過半世紀。但機器人只能專精於某項特殊功能,例如焊接生產線上每部車的固定幾個焊點。人類必須組織並設置生產線,以善用機器人的力量與精度。

這種做法適合大量生產的產品,例如生產線上數以萬計的汽車。但是隨著客製化製造業的興起,供應商得根據訂單生產小批量的產品,此時重新設定焊接或加工機具,便成了耗時耗力的主要瓶頸。調整機器人來執行新工作需要大量時間,有時甚至得耗時數個月。人類必須重新計畫焊接順序、組裝零件、撰寫程式、準備原料,並使焊接參數最佳化。

道森–哈格提與機器人組成的團隊能大幅減少設定時間。過去程式人員要用特殊程式碼指示機器人如何動作,但現在機器人聰明到只需產品的電腦輔助設計(CAD)圖檔,便能自動設定生產線。電腦演算法能自動將產品設計轉換為機器人的工作清單。

不過,設計生產線並非唯一的挑戰。機器人與人類一向難以並肩工作。工業機器人只會從一個點移動到另一個點,不達目的誓不罷休,不管移動路徑上是否有人擋道。程式人員命令機器人重複執行同樣工作直到零件用完為止,如果有堅硬的障礙物阻擋機器人移動,工業機器人會產生錯誤訊號並停機。雖然這比打傷某人的頭好一點,但對生產效率依然毫無幫助。試想若你跟同事靠太近時,他們就停止工作,大夥兒將一事無成。

下個世代的工業機器人,基本上能安全地與人類並肩工作。即使機器人不小心碰到人體,力量不應該會大到造成危險或致命。機器人也能感測人類在工作空間的位置,並利用語音、手勢、「面部」表情、文字或是圖像,與人類溝通。

製造商已經在建造符合現代生產需求的機器人。噴火者採用瑞士ABB公司建造的機器人為基礎,加裝美國卡內基美倫大學團隊設計製作的特殊套件。ABB公司也提供另一款能安全地在人類身邊工作的雙臂機器人「弗列達」(Frida)。此外,由iRobot公司共同創辦人布魯克斯(Rodney Brooks)所創、位於波士頓的再思機器人(Rethink Robotics)公司,也發展出配備感測器陣列的雙臂機器人「貝克斯特」(Baxter)。與上一代機器人相比,它們都能大幅簡化程式設定程序。

操作員只需手動引導貝克斯特進行一連串動作,藉由簡單的學習演算法與影像處理,它便能重複同樣的步驟。譬如人類示範如何從輸送帶上拾起零件,貝克斯特便能學會並重複同樣動作,即使零件來的時間與位置毫無規則也難不倒它。

美國加州門洛帕克(Menlo Park)的柳樹車庫實驗室(Willow Garage)也發明一款名為PR2的機動示範機器人,具有雙臂、頭與感測器陣列。就像弗列達與貝克斯特一樣,PR2也設計成能安全地在人類身邊工作。我們在卡內基美倫大學一處相當複雜的環境中,利用PR2替訪客端上茶水與點心。

合作無間

噴火者不只能向人類學習,它還聰明到能發號施令。它能把大型計畫分成許多小步驟,再根據執行速度快慢,把任務公平分配給機器人或人類。

道森–哈格提與噴火者先由車架的CAD圖檔獲得材料清單,電腦會自動向供應商下單訂料,再將標準鋼管精確切割為所需的長度。接著電腦會設計焊接作業的最佳順序,並指定零件的最佳固定方式。

我們也替噴火者裝上微型投影機,讓它直接在車架上投射影像與文字,成為擴增實境的一部份。機器人利用投影機告訴道森–哈格提如何逐步設定複雜的組裝程序,包括如何放置零件、夾具以及焊接順序。接著道森–哈格提把各個零件放在指定位置。這類繁瑣的工作適合人類來做,因為零件並不重,卻有各種不同形狀,人類的手能輕鬆拿起這些零件。

噴火者利用雷射測距儀獲取三維工作空間的精確資訊,檢查各個零件是否排列正確,再利用投影機與感測器標記車架上的精確位置,引導人類完成組裝程序。

零件排列好後,噴火者便接手迅速完成焊接工作。它不僅焊接速度飛快(只需五秒便能完成一道五公分長的焊點),而且品質一流。通常每次作業開始前,焊接專家得先微調約20項的焊接參數,包括電壓、焊接速度與焊線供應速度等。但我們指示噴火者在工作開始前先自行試焊,以調整出最佳焊接參數。在測試過程中,噴火者會根據試焊結果自行調整參數來獲得最佳成果。機器人透過自我學習成為焊接專家。

由於考慮到車架要經過400道焊接程序,噴火者的速度與品質將帶來巨大優勢,但它並非萬能:有些特殊焊點位於機器人難以接近的位置,此時噴火者會要求道森–哈格提協助完成困難的作業。

新勞工階級

由於製造業接受新科技的腳步十分緩慢,我們很難精確預測人類與機器人組成的團隊,何時才可以在工廠中大顯身手。但智慧型自動化設備所帶來的巨大優勢,將促使許多公司在未來五年內開始讓人類與機器人並肩工作。馮內果(Kurt Vonnegut)在1952年的小說《自動鋼琴》(Player Piano)中,描繪了自動工廠中機器人可以完成所有工作,自動化機器取代了人力需求,人類因而逐漸失去生活的意義。我們希望先進製造技術應該要能避免這種令人難以接受的未來。

最好的做法應是讓機器人與人類組成團隊,並根據工作特性彈性分配給機器人或人類。如此一來,人類依然能從製造新產品的過程中獲得成就感,儘管發號施令的老闆是機器人。

(本文由教育部補助「AI報報─AI科普推廣計畫」取得網路轉載授權)

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