【發布日期】2021-1-18

【新聞來源】: 聯合新聞網

機械手臂已普遍應用於生產製造，若要應用於護理、復健，則須突破手部動作不夠靈巧的瓶頸。清華大學動機系特聘教授張禎元領導跨域研究團隊結合AI人工智慧、生物力學與人因工程，研發出有視覺及觸覺、可模仿人手細緻動作的機器人，能像真人一樣抓球、抽衛生紙。清大校長賀陳弘將這百分之百台灣設計、製造的擬人雙手機器人命名為「清華紳士」(Tsing-Hua Gentleman)，期許能以精巧溫柔的動作(gentle touch)成為機器人界的醫療照護先鋒。

「清華紳士」是清大動力機械、電機、資工教授跨領域合作的結晶，張禎元負責機電整合與結構設計，機器人的「腦」則由資工系教授金仲達、副教授黃稚存、副教授朱宏國及電機系特聘講座教授吳誠文、教授劉靖家主導研發。

清華紳士配有一「硬」一「軟」的雙手臂，「硬」手有力，「軟」手則要夠「軟Q」。張禎元說，清華紳士的軟性手模仿人類的手指關節設計，使用氣壓傳動來控制手指彎曲動作，並採用獲得美國專利的演算法晶片來感測手指受到的回饋力道，並進行精準的角度測量。

一般機器人抓球或握飲料瓶是機械性地五爪開合抓握；但清華紳士的動作則近似人類般流暢，靠的是先將人類的動作數位化，再教給機器人重現。機器人雙手要做到如人手般靈活，未來才能抱嬰兒，或為病人及老人拍背、翻身。

為了能讓機器人有「觸覺」，張禎元還研發一種靠磁場及磁力線改變來感測的壓力感知線，比起市面上感測一個方向就要裝一個感測器的系統，它只需要一個感測器就可偵測正面、側面等多方向的力量變化，更像真人的手指。

除了靈巧精細的手指，張禎元團隊還為清華紳士配備了無死角的七軸手臂，比一般六軸的機器手臂靈活度更高，甚至可將手臂反折往人類手臂無法伸往的角度。還有可自由轉動的脖子及3D立體視覺系統，可大範圍掃描周邊物體，擁有「空間感」，並利用AI人工智慧來辨識物件。

張禎元是美國卡內基美隆大學機械工程博士，並曾任職於美國IBM，專精機械振動。回台任教後，巧遇當時任職於長庚醫院復健科醫師的小學同學裴育晟，開始合作設計用於手部復健的機械輔具，在科技部輔具計畫的支持下打造「鏡像手」，造福因腦中風而手功能受損的病患，也在清大創新育成中心成立新創公司富伯生醫。

清華大學博士生李俊則寫程式教機器人動作。圖／清大提供

清華大學研發的機器人能如真人般靈活地抽取衛生紙。圖／清大提供