機器人領域涵蓋非常廣泛,以廣義來說,機器人包含機械手臂、擬人形機器人、特殊領域應用機器人,甚至掃地機器人、無人機、穿戴型機器人都可以劃在機器人的領域。無論是哪一種型態的機器人,已經開始慢慢協助人類執行一些「特殊」的工作,例如深入危險區域採集或讀取資訊、陪伴及照護老人、在工廠提升組裝作業的速度…等,但這些機器人多停留在一個口令一個動作的階段,仍無法舉一反三「思考」人類需要他們額外做些什麼工作。

但隨著更多新舊技術的加入,如感測器、微控制器、攝影機、各式有線與無線通訊技術,以及近期正夯的人工智慧(AI)、機器學習、機器視覺、擴增實境(AR)…等,機器人漸漸可以開始協助人類執行更多事。

機器人市場前景可期

根據市調機構IDC的調查報告,由於全球瘋迷機器人,因此全球機器人與相關服務市場規模將由2016年的915億美元(約新台幣2.9兆元),倍增為至2020年的1,880億美元(約新台幣6兆元),反映出機器人市場火熱程度。

另外,《中國機器人產業發展報告(2017)》統計數據也顯示,全球機器人將迎來新一輪科技和產業革命的蓬勃發展, 2017年全球機器人市場規模將達到232億美元,且2012~2017年的年平均增長率近17%。其中,中國大陸2017年機器人市場規模受惠於「中國製造2025」計畫推動,市場規模預計可達62.8億美元,約佔全球市場三分之一的比重,而2012~2017年的平均增長率達到28%。若以機器人類別來看,中國工業機器人市場規模為42.2億美元、服務機器人為13.2億美元,而特種機器人則是7.4億美元。

IDC分析,推動機器人市場快速成長的因素,主要來自技術進步、持續增加的應用案例,以及市場接受度的提升。技術進步主要貢獻在機器人可以執行的任務種類增加,進而促使更多產業得以採用機器人執行相關企業任務。

服務型機器人市場不可忽視

若從機器人應用市場來看,服務型與消費型機器人市場發展力道頗為強勁。工研院產業經濟與趨勢研究中心(IEK)分析師黃仲宏認為,機器人在AI加持下,尤其服務型機器人,未來將形成新的商業體系。IEK統計資料表示,全球智慧型機器人市場規模預計將在2021年成長至336億美元,無論工業型或是服務型的機器人市場都即將逐漸成長。其中,人手短缺越來越顯著的現實環境因素,也將使未來智慧家居與醫療照護等需求驅動服務型機器人銷售成長更加快速。

意法半導體(STMicroelectronics)資深行銷經理楊正廉表示,雖然目前服務型機器人尚未被廣泛使用,但該類型機器人如Zenbo、Pepper或是照護機器人…等,以及消費型機器人,如掃地機器人、玩具機器人…等可歸納在高階機器人領域的產品,市場的發展將因許多技術的演進,抑或者未來社會發展狀態而變得相當可期。

楊正廉所指的高階機器人,具備與人類互動的能力,「高階機器人不只是玩具,這類機器人可以和人們互動,無論是透過一些手勢或是語音人機介面(UI),進一步提供人們一些必要的陪伴或是協助,因此未來可發展的空間或市場規模皆可關注。」他解釋。

工業市場仍為淨土

不僅服務型或消費類機器人,工業產線使用的機械手臂市場也能關注。在工業4.0推展更安全或高度自動化工廠議題的推動下,機械手臂、搬運機器人…等在工廠生產線中,可代替作業員執行較危險工作的機器人,也逐漸開始受到市場重視。

IDC表示,2016年超過半數的機器人市場採購金額是由製造業貢獻,其中離散製造業佔整體市場31%、流程製造業則佔28%,到2020年,製造業仍將是機器人最大採用的產業,相關投資預估將達1,100億美元。在離散製造業,機器人主要應用實例為組裝、熔焊與塗裝;流程製造業中,機器人的主要應用則為混合。

意法半導體類比、微機電與感測元件技術行銷經理陳建成認為,目前工業領域正朝著能簡化作業步驟,也就是將作業員工作的程序由繁化簡,甚至作業程序可持續運作不中斷的狀態。不過,這些要求若是由人類作業員來執行,時間一久,可能會「出亂子」——作業員過勞或是發生致命性的危險,以至於工廠得停工,造成重大損失。

有鑑於此,由機器人或是機械手臂來替代,將是較佳的方式,也因此工業領域用機器人逐漸受到重視。國家儀器(NI)技術行銷經理吳維翰表示,若是將機器人大略分為消費性與工業用兩大塊,相較之下,工業機器人市場仍是一塊處女地,市場競爭度相較於消費型機器人仍較小,是相關元件、系統業者可以耕耘的藍海。

值得注意的是,除了消費與工業用機器人外,救難、搬運型機器人或是室內無人機等較特殊用途的機器人,由於能深入到救難人員無法到達的地方,或是具備「神力」可搬運比人類雙手可及更重的物品,因此目前有些國家的軍事或救難單位已導入這類特殊用器人,可預期此類機器人的市場在未來也會有更多的發展空間。

關鍵元件與技術助力

上述提到IDC分析機器人市場快速成長的原因之一是技術的進步。的確,在軟體與硬體技術不斷更迭的同時,促使機器人的功能越來越豐富、也越來越能滿足應用需求,而機器人市場接受度的逐步提升,也提高相關半導體元件的採用率,為半導體元件拓展新應用市場,可謂「魚幫水,水幫魚」。

感測器——感知環境

機器人抑或者機械手臂要能在設定的方向動作、防止碰撞…等進一步了解環境,則需要仰賴各式各樣感測器的協助。陳建成說明,消費型機器人包括掃地機器人、無人機、導覽機器人…等,與手機使用的感測器大同小異,大多是加速度計加陀螺儀,再加壓力計即已足夠,與手機應用最大差別在於搭配的軟體。

意法半導體影像產品事業部技術行銷經理林國志補充,消費型或工業用機器人要避免碰撞到其他物體或是人體,還要能夠測距與延邊控制,即須添加飛行時間(ToF)感測器,而這些功能通常是掃地機器人、室內無人機、導覽機器人,以及機械手臂的基本需求。

在工業應用領域,由於對機械手臂和機器人的要求是高度安全、精確及可靠度,因此除了加速度計、陀螺儀確保移動的方向性之外,還需要MEMS麥克風協助收集機械震動資訊,可了解機器手臂運作狀況,防止震動過大影響機械手臂的動作方向與準確性。

至於磁力計,滲透率則相對較低,這是由於磁力計易受干擾,需要較強的演算法支援,且加速度計加上陀螺儀已足夠算出相對方向。更重要的是,工業用感測器需要通過工規認證、具備長期(最少10年)供貨保證,以及具備高準確度與可靠性。

微控制器——行動自如

機器人要能做出動作或是行走,需要馬達協助,而要能控制馬達則需要微控制器。楊正廉表示,機器人行走或是做出動作,一定需要馬達,此時,微控制器即成為必得使用、萬不可省的元件。

另外,機器人需要內建感測器、具備通訊技術,因此感測器融合(Sensor Fusion)或是通訊協定執行都需要微控制器。楊正廉強調,機器人平衡控制、人機介面與互動功能,在在都需要微控制器支援,唯獨AI或是雲端運算相關技術需要處理器的高運算能力,並非微控制器的應用範疇。即便如此,近期無論消費性或工業用甚至特殊應用機器的市場熱度,為微控制器創造更多市場需求。

網路技術——聯繫彼此

未來機器人尤其是工業領域機器人,很大的一個改變將是融入連線技術,不過,目前加入通訊技術的商品化機器人仍佔少數。陳建成表示,通訊技術諸如LoRa、Sigfox、藍牙低功耗(BLE),或是藍牙網狀網路(mesh networking),與感測器進一步結合,將能衍生更多有別以往的新應用,以及為工業機器人賦予更多智慧,並提升效率。

吳維翰進一步強調,無論硬體元件或零件技術如何地提升,要能在機器人市場找到一條寬廣的大道,必須特別注意硬體與軟體的完美結合,也就是資訊科技(IT)與操作科技(OT)能夠進一步融合,掌握「整合性」關鍵,才能創造更多市場商機。

陳建成亦同意,好的元件需要搭配合適的軟體和演算法,才能發揮最大的效益,打造最符合市場需求的機器人及其應用。然而同時具備硬體及軟體知識的人才不多,加上純硬體供應商若要新培養一批軟體人才得考量投資報酬率的問題,因此大多數元件商仍選擇與第三方或新創軟體公司合作。

AR——利於知識傳承

也許你會認為AR在消費性市場發展優於其他領域,但其實機器人的商機也促使消費和工業市場開始匯流,並發展更多新應用。吳維翰指出,「虛實整合」可以為工業市場開發更多新應用,更能帶來許多新商機。

舉例來說,Nvidia執行長黃仁勳在2017年GTC Taiwan中,即闡述可透過AR,讓在遠端汽車製造工廠的設計人員,為台灣與會來賓解釋正在打造的新款汽車有何功能,利用AR技術可以仔細查看汽車的各部分零件或是設計細節,若是有問題也可以進一步修改。

不僅如此,透過AR也可以讓工廠工作人員得知機械手臂或機器人的運轉狀況,甚至可以用AR教導新進工作人員廠房機器的結構,以及如何操作,可以讓工廠作業及器具的相關知識更易於傳承。吳維翰強調,在解說工廠內部機具構造時,無法因此停止機具並拆開一一為員工解釋其內部構造與使用注意事項,利用AR技術,這些問題將可迎刃而解。

20180301_Robot_NT31P1 AR技術可讓工作人員用更簡單的方式在工業領域傳承專業知識

AI「開靈智」

AI近期因受運算技術的演進而受到極大的重視,IT界三大龍頭——微軟(Microsoft)、Google與亞馬遜(Amazon),也宣佈投入AI相關技術的研發,其中微軟與Amazon更是在台灣設立研發中心。台灣科技部也在2017年7月宣佈將展開4年投入新台幣40億元經費的「半導體射月計畫」,進行AI技術研發與人才培養,可見AI的火熱程度。

而AI這股風潮勢必也將吹向機器人領域,吳維翰認為,未來工業市場對於AI的需求將提高,進行更精細或是作業員較難進行的工作。不過,如何讓身為工廠機器人腦袋的AI融入硬體機械設備,將是相關業者需要進一步多加思考的難題。

換句話說,目前的AI技術變化多難以掌握,並具備相當強大運算能力,但是若要連結工業機器人的感測器、控制馬達,甚至教導機械手臂該做什麼、如何學習新作業方式,還需要一段時間的融合,才能發揮AI的能力。

帶來新氣象還是驚悚?

在AI大行其道的同時,機器人勢必也將開始「進化」,可能變得如同科幻電影中具備思考能力的「擬真人」機器人。現階段能學習、具備思考能的機器人雖然仍是少數,然而也已多多少少引發一些爭議,因此AI加上機器人對人類的生活究竟會帶來何種新變化?好的,還是壞的?科幻電影中人類與機器人的戰爭是否在未來會成為現實?

廠商普遍認為,具備AI的機器人將與人類更進一步協同工作,而非取代人類,先前賦予機器人公民身分的作法,也僅是噱頭大於實際的意義。未來擁有AI技術的照護機器人將可能在老齡化社會中扮演居家照護的角色,解決老人長照人手不足的社會問題;或是在軍事、工業或救難領域,替代人們深入危險的境地…等。

未來,相關AI開發業者若能強化人腦與電腦的溝通,並更加化為實際,相信AI機器人的優勢與助力將可在各行各業更被感受到。