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     2015發明展技術推薦系列報導

發明展技術推薦系列報導(6)國立臺灣大學-生活輔助用智慧型機器人

根據衛福部統計,跌倒高居65歲以上長者意外死亡第二名,可見跌倒對於銀髮族生活的威脅。由台灣大學研發的「生活輔助用智慧型機器人」,利用深度相機、感測技術建置省力、感知、運動、引導等功能,是銀髮族和帕金森氏症患者一大福音。 生活輔助用智慧型機器人裝有馬達,並在握把上置入力感應器,使用者的行進意圖可經由感測器傳達給機器人,形成機器人自動前進,使用者跟隨的互動模式,有效解決目前常用的助行器使用費力問題。而機器人前方也設有距離感測器,當前方出現障礙物時會提醒或引導使用者避開,讓使用者在視線不好的情況下不致發生危險。 台灣大學傅立成教授表示,生活輔助用智慧型機器人除了協助年長者步行移動,也是帕金森氏症患者很好的復建工具。機器人利用深度相機記錄使用者抬腿、著地的瞬間進而透過演算法得出使用者的平均步距,再根據使用者的運動能力調整投影步徵的間距讓使用者跟隨,透過視覺投影、聽覺頻率提供使用者步伐節奏依據,達到復健功能和心肺能力訓練。實驗結果也證實,有了機器人的引導,使用者步伐會變大,行走變得有節奏感。 目前生活輔助用智慧型機器人已在桃園榮民之家做過臨床實驗,獲得很好的成果。未來一年內將與其他相關單位進行臨床實驗,蒐集更多結果。傅教授指出,透過紀錄長者的使用痕跡大數據來分析其使用習慣、行為狀態。未來可採用租賃的方式提供給需要的人,電腦記錄不同使用者的使用歷史紀錄,儲存在雲端,下次使用另一台機器人時可以快速適應,減少「導入期」的磨合,讓使用者獲得更好的體驗。

發明展技術推薦系列報導(5)國立台灣科技大學-高安全性鋰離子電池

鋰電池可說是手機、筆電、電動車等4C產品主要的儲蓄電力裝置,與大眾生活密切相關,當消費者對於鋰電池的續航力要求越來越高時,體積又不能增加的前提下,鋰電池的容量密度也不斷提升。由於鋰電池因為過充、溫度過高、意外撞擊或電池液外漏,進而發生短路甚至釀成火災的問題時有所聞,因此如何開發出高安全性且高能量密度的鋰電池成為電池上中下游業者必備功課。 台科大以STOBA第二代技術衍生開發高安全性鋰電池 鋰電池的電力來自於鋰離子的反應,當鋰離子的反應過快或是遇上意外的短路,便會因此產生高溫,若熱量累積速度大於散熱速度,使得溫度繼續升高,進而引發其它放熱效應,將導致電池自行加熱,溫度驟然快速上升,甚至發生熱失控現象(Thermal Runaway),進而造成爆炸的可能。 為了開發出高安全性的鋰電池,台科大授權自工研院的高安全性添加劑STOBA技術(Self-Terminated Oligomers with hyper-Branched Architecture,自身終止高分歧寡聚物),採用STOBA第二代配方,透過技術材料調整與製程改善,添加到鋰電池的材料製程當中,大幅降低鋰電池因過充、溫度過高或意外發生而造成短路爆炸問題,也能確保鋰電池本身的能量密度維持在一定水準以上,不因添加STOBA而影響鋰電池電力表現。 導入日本三井驗證 預計今年量產高安全性鋰電池 據了解,台科大在研發進度上,已經開發出使用STOBA第二代技術的高安全性鋰電池產品,具備高可靠度之熱/電作動安全機制,電池安全性提升30%以上;在高離子傳導擴散層批覆,可提升電池充放電速度達20%,並且在高電壓正極層狀材料的測試下,能量密度可達250mAh/g以上。 由於電動車對於鋰電池的安全性、耐用性與穩定性要求非常高,因此台科大不諱言,STOBA第二代技術是在材料當中添加了剛性較強的矽元素,不僅提高了鋰電池成品的耐熱穩定性與耐高電壓性,也確保鋰電池良率。此外,更為了能與電池產業上中下游結合,從研發設計階段就導入日本三井驗證程序,並與四國業者建立合作關係,預計今年底便能由新創公司進行成品量產,造福鋰電池產業界。

發明展技術推薦系列報導(4)高雄醫學大學-開發治療近視的微小RNA眼藥水

近視是近代最常見的眼睛疾病,且為失明及視力障礙的主因。亞洲是近視好發地區,台灣人口近視盛行率甚至高達85%,歐美學齡人口也約有30%近視。高度近視易引起多種嚴重併發症,如視網膜剝離、青光眼、黃斑部病變及早發性白內障,嚴重會導致失明,但是目前藥物治療不佳,預防惡化醫療方式有限,因此有新藥市場需求。 領先全球 高醫大發現微小RNA可控制部分近視相關基因群持續作用 高雄醫學大學卓夙航教授帶領研究團隊,在進行近視相關基因研究時,發現微小RNA-328可以控制幾個與近視相關的基因群,因為卓教授研究團隊對微小RNA(Micro Ribonucleic Acid,縮寫為miRNA)有相當多的經驗,認為這一群近視相關的基因有可能被某些微小RNA所控制。 卓教授表示,「打個比方來說,如果把一個基因比喻作為一個工人,當我們在找工人來執行工作,發現這群工人其實是有一個工頭來管,而工頭可以決定工人工作內容執行與否,那就可以直接跟工頭討論工作內容(基因表現),不需要跟個別工人分開討論。而微小RNA就是扮演工頭的角色,控制一群基因(工人)」。 因此微小RNA-328就是以上述想法出發而發現。這項重大的發現是領先全球,因為在卓教授團隊首度發表相關微小RNA研究報告兩年之後,美國加州大學才跟著發表這樣的發現。 動物實驗已證實抑制微小RNA-328可有效降低近視度數增加 目前針對近視度數增加控制方面,常見的為短效散瞳劑持續施用,或者是透過配戴角膜塑型片的方式,皆為利用化學性或物理性的方式來減緩近視相關生物症狀之惡化,容易因為中斷治療而造成近視症狀持續惡化。 若透過施用抑制微小RNA-328的眼藥水,由於是直接調控與近視相關的基因群,因此降低近視度數作用更為顯著。以現階段的老鼠及兔子實驗數據來比較,若是換算成人類來計算,沒有用藥的對照組每年大約增加近視度數150度,使用目前研發的實驗性眼藥水藥物,可以讓每年近視度數的增加不超過20度,藥效令人十分滿意。並預估光是台灣,一年就有約新台幣224億元的新藥市場規模。 治療方式過於新穎 人體實驗法規要求限制仍多 新藥開發至今,卓教授也不諱言指出,雖然在技術上有所突破,但仍有不少困難需要面對。首先是藥物的研發牽涉範圍很廣,除了需要有不同領域的人參與跟龐大資金的持續挹注,不僅過程需要符合法規,還要有研發的主持人必須投入相當多的精力與時間,而最大的困難點應該是在國內缺乏完整新藥研發的人才和經驗,對於眼藥水的新藥開發經驗就更少了,因此很多事情要做邊做邊學。 其次是以調控微小RNA為原理所發展的新藥,在全球都是屬於新一類的藥品,因此大家經驗很少,法規部門更是完全沒有經驗,而法規單位的建議有可能過度保守,會造成浪費了很多的時間和精力在做沒有必要的事情上,不僅增加新藥開發所需流程,對於近視這種多基因性表現且不可逆的疾病而言,反而是增加患者後續治療所需成本,對全民健保或商業醫療保險而言造成不利的局面。

發明展技術推薦系列報導(3)國立臺灣師範大學-幼兒體感互動教材

隨著時代科技進步,幼兒受到的感官刺激越來越多,傳統教材已難以引起學習興趣。有感於此,幼教產學合作聯盟利用ASUS Xtion PRO作為體感偵測裝置,結合肢體動作捕捉、辨識技術,共12套「幼兒體感互動教材」,不但加強幼兒學科興趣,也促進學童人際互動與身體健康的發展。 「幼兒體感互動教材」由軟硬體程式開發,並配合精緻的美工設計而成。兒童使用此體感互動教材進行學習時,電腦經由Xtion以紅外線蒐集資訊並繪製深度影像(depth resolution),再經由演算法和程式判斷出對應的動作。體感裝置感應兒童的肢體動作,回傳電腦並在螢幕上顯示出兒童肢體骨架圖,兒童則經由手勢操控工具,來操縱系統控制介面並與教材內容進行互動。 以其中一份教材內容是「認識顏色-足球守門員」為例,兒童必須學習到各種顏色的英語讀法,並在體感學習的過程中,身體快速左右移動訓練敏捷性、做出遊戲所需的肢體動作訊聯協調性,達成預定的學習目標。 幼兒體感教材採用文獻分析法及德懷術專家會議方式進行開發,通過教材評鑑指標審核,並獲得「優級」認證。除了讓幼兒進行學習活動,同時也能獲得大肌肉運動機會,協助幼兒在健康教育、生活教育及倫理教育的成長,並與家庭教育相互配合。 全台共約近3,000家幼兒園,3~6歲的學齡前幼兒達百萬人次之多;在強調基礎教育的現代,家長和教師已無法滿足於傳統幼兒學習教材內容,能激發學習興趣的數位化、特色化教材逐漸受到歡迎。此12套幼兒體感教材可望為幼兒帶來絕佳的學習體驗。

發明展技術推薦系列報導(2)臺灣科技大學-手勢操控機器手臂運動控制和軌跡規劃系統

一台優秀的工業用機器人,不僅需要高度整合機械、動力、機器視覺、 人工智慧等多項專業領域,更重要的是,可以在最短時間內,教會工業用機器人要擔負的工作,儘速投入生產線。這也正是台灣科技大學林其禹老師率領的團隊,完成「手勢操控機器手臂運動控制和軌跡規劃系統」,甚至能更進一步運用軟體,規劃出機器手臂最佳運動方式,從而獲得不少大廠青睞,進行合作的主因。 林其禹老師強調,台灣一直都是以大量生產為主,擁有最佳的產業環境,透過發展工業用機器人,不僅改善現有的生產效率,甚至進而掌握新一波的產業趨勢,在全球機器人產業占有一席之地。 以全球使用機器人現況為例,林其禹老師解釋,目前全球各大車廠是使用機器人生產的主力,在每種車款都有很長的生產周期,因此有較充足的時間,進行機器人動作的調校,但一旦用到其它生產周期較短的產業時,如何縮短教導機器人的時間,就會成為亟需解決的重大問題。 此次林其禹老師率領的團隊,主要是透過一個可以和機器手臂連動的手套裝置,當戴上這個手套動作時,就能直接指揮六軸機器手臂,執行相同運動,讓機器手臂根據該手套位置和姿態移動,達到快速定義機器手臂軌跡目的。 若是更為精細的生產動作,林其禹老師指出,團隊還開發另一套技術,能先行記錄執行該生產動作的運動軌跡,再運用專屬軟體,進行細部的調整,找出最佳的運作模式。不論是採用手套裝置,或是使用軟體,都希望能讓產業能快速完成教導機器人的工作,進而有效率地部署生產線。 前一陣子日本軟銀開發的家用機器人,引起一波不小的風潮,以往也曾投入仿真機器人研製的林其禹老師則認為,現階段家庭用途的機器人距離實用,還需一段時間,但從發展工業用機器人,不斷累積許多細部動作的技術,也足以奠下未來從工業用跨入家用的實力。

發明展技術推薦系列報導(1)海洋大學-基於Kinect之線上手寫文字辨識系統

運用觸控式手寫板或觸控筆進行手寫辨識,已成為許多資訊設備必備的功能,隨著影像辨識技術的進步,我們能夠直接在空中,透過手勢,完成操作資訊設備或寫字,也可以實際發生在日常生活中。海洋大學團隊就將原本娛樂用途的微軟Kinect,當做影像擷取裝置,並使用OpenNI進行人體骨架追蹤,做到當一個字完整地在空中被寫出來,就能準確地辨識完成。 OpenNI是「Open Natural Interaction」的縮寫,在2010年11月開始建立時,是針對微軟Kinect的跨平台、開源碼的一種開發環境,除提供深度影像、彩色影像的讀取外,也透過一款中介軟體,提供人體骨架追蹤等功能。開發者可經由語音、手勢、肢體動作等方式,靠這些人體本身相當直覺的操作,進行各種應用。 海洋大學團隊指出,基於視覺的空中手寫辨識技術可以應用於許多地方,例如蘋果公司的iTV遠端電視控制方式,或整合至體感遊戲內作為文字編輯器。但這也是一項具有挑戰性的工作,因為空中手寫不像觸控式手寫板,可以藉由使用者的提筆與收筆,來決定系統何時該記錄軌跡與輸出結果,而且不同使用者所寫的字之大小與風格,都會存在差異性。 此次海洋大學團隊就是使用OpenNI,進行人體骨架追蹤。使用者不需要任何的起始手勢,即可在空中寫字,當一個字完整地被寫出來,並將手部靜止一秒則開始進行辨識。 這項看似能自由自在書寫的空中辦識技術,卻是海洋大學團隊成員在做菜時,因不知如何控制電視或音響聲音,而想擺脫束縛,很自然地在空中手寫文字(或手勢),開啟了開發這套系統的契機。目前準確度達95%以上,還具有智慧型學習與記憶功能,能根據使用者的特殊手寫習慣,進行學習。 海洋大學團隊指出,未來這套系統還可做到不需遙控器,便能用很直覺的方式控制例如電視、冷氣、音響等家電;與簡報系統搭配,不須鍵盤直接操控電腦;幫助聾啞人士辨識手語,在餐廳、超商、咖啡店點餐;幫助工作場所,手會油膩或骯髒的人士(例如廚師、修車工人)控制電器等。
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