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以生理訊號操控機器人

102/05/14 10530

楊谷洋｜國立交通大學電機工程學系暨科技與社會中心智庫研究團隊

陸續我們看到來自國內與國際間以腦波操作電器裝置、機器人的報導，例如：2012年5月來自美國外電報導─科學家利用放置於腦中的晶片進行腦波量測與分析，讓一位住在美國麻州因中風而癱瘓的女士成功地利用意志操作機器人拿取裝有咖啡的瓶子；2012年10月日本發表由腦波控制、可阻絕輻射、穿戴減輕重量及可驅動輪椅等的機器裝置，帶給核工作者、癱瘓或腦部受損患者希望；2013年02月台灣工業技術研究產業經濟與趨勢研究中心(Industrial Economics & Knowledge Center，IEK)亦報導人機互動革命議題仍持續延燒。

今日隨著電機資訊與生醫工程的發展，利用人體可量測到之生理訊號來操控電腦、家電、或機器人等，已不再只是科幻電影的題材，而是確實已展現它的可行性；但同時，它的能力與應用場域為何，也是值得進一步探討與界定。

以腦波進行機器人等結構之操控是相當吸引人的概念。克林伊斯威特在1982年自導自演的電影〈火狐狸〉中，就呈現以駕駛員意志直接操控飛機的劇情，將之描繪成最直接、迅速的操作方式；電影〈蝙蝠俠3〉中金凱瑞所飾演的謎人發明了腦波收集裝置，甚至利用它偵測出蝙蝠俠乃是由男主角方基墨所裝扮的。然以現今技術而言，上述2件事情實際上都是不可能的，因為腦波的量測與解讀相當困難，腦波基本上是相當微弱的訊號，且常混雜著許多包括雜訊在內的多種訊號，所以它目前的應用，其實是相當表面；當我們看到研發團隊展示利用意志開關電燈時，在讚嘆之餘，仔細想想，這並非很難辦到，原因是電燈開關基本上就是開與關2個動作，所以只要選定1個門檻值，當訊號大小超過這個值，就設定為開，反之為關，當然此系統仍需開發出合適的腦波量測裝置，但量測要求相對並不高；可是如果是進一步要操控機器人，那挑戰性就大幅提昇，因為系統將面對較多種不同的動作要求，不過可以想見的是動作仍然不可太過複雜。

另一方面，開發以生理訊號為對象之機器人操控系統的目的何在呢？以一般人類神經肌肉管道，我們可使用手操作鍵盤、滑鼠、搖桿等裝置來移動機器人；可經由視覺感測辨別我們的手勢；也可利用口說出指令；甚至利用眼神傳遞訊息，除了像電影〈火狐狸〉中，太過高速的飛行，需要訴諸於意志外，什麼時候我們需運用到生理訊號進行操控呢？國內有為數不少因為職業災害或意外等因素導致的肢體殘障朋友，他們的神經肌肉管道受損，以致於原來習慣使用的操作方式不再暢通，生理訊號的利用讓他們有另一種與外界溝通的新選擇，它也會是一種人類操控機器的新模式。而除了腦波外，肌電波也是相當值得運用的生理訊號，肌電訊號是肌肉收縮過程所產生的生理訊號，含有使用者移動的意圖，以它作為義肢或機器人的控制命令，是非常直接且直覺。期待在不久的將來，可開發出讓神經或肢體受創朋友能自如、自在地操作機器人的系統，使機器人成為其身體的延伸。（本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通｣執行團隊撰稿）

責任編輯：陳永平｜國立交通大學電機工程學系暨科技與社會中心智庫研究團隊

科發月刊(5210)

以生理訊號操控機器人

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