科技原來那麼近

首播日期 :
2018/01/01
主持人 :
鄭朝陽&張普熏

現代科技日新月異,並深入大眾生活成為不可或缺的一部分,現代人追尋更新、更好的技術,希望讓生活可以更加便利、舒適,然而一旦提到科技產業,大部分民眾往往認為科技艱澀難懂而不願了解。因此,本節目旨在拉近民眾與科技產業的距離,請到國內具權威的學者專家,帶領大家一窺科技的奧妙,提供聽眾輕鬆了解科技產業的方法。

  「科技原來那麼近!」用一個小時的時間,打開大家思考的泉源,從貼近生活的智慧型家電到潛藏問題的科技倫理,議題從日常生活出發,令思考步入前瞻。本節目希望能拓寬聽眾視野,進而培養聽眾對科技議題的獨立思考,抱持高度彈性的創新科技思維。在小單元「賽恩斯拓荒者」裡,首先為大家帶入當集主題,請來賓簡單解釋主題,並提出簡單的問題,讓大家可以馬上進入節目狀況,接著來到主題單元「科技零極限」,直接切入主題,由淺入深,打破聽眾與科技知識的藩籬。

 

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新興學習科技應用於正式課程

新興學習科技是什麼? 隨著網路科技與資料分析的大幅成長,新興的學習科技與教學創新快速發展。像現在學校廣泛使用powerpoint,以及近年興起的磨課師,讓學生在家也能上學課。線上點名跟投票系統,也是老師跟學生互動的最有效工具。交通大學教育研究所孫之元教授說明,目前新興學習科技如何造成傳統跟現今教學的差別,過去在課堂中老師跟學生的互動,僅限簡單的眼神交流或者簡短的對話,老師很難深入了解學生的上課情況,因此使用新興學習科技就是為了幫助老師了解學生的學習,並且達到雙向的上課互動模式,讓學習更有效率。使用新興學習科技也可以增加學生的投入度,提升學生在課堂中的學習動機。時代不斷在進步,新興學習科技也不斷日新月異,BYOD(bring your own device)的概念是目前發展的方向,不使用專門的設備直接以自己的智慧型手機,就能作為課堂裡面的學習科技設備。可以藉由一隻智慧型手機進行整合等內容,包含教科書內容、數位遊戲式學習、學習輔助工具等,達到輕薄短小容易使用的目的。 應用在課堂的新興學習科技 現在的廣播DJ或者是網紅youtuber,都懂得利用社群軟體在節目一同和聽眾(粉絲)進行互動,這股風潮也蔓延至學校。交通大學教育研究所孫之元教授介紹,目前廣泛應用在課堂中的互動科技叫做「按按按系統」,老師在黑板出選擇題,在電腦可以秀出每位學生的答案,和作答的描述統計。相關研究顯示,距離老師的位置會影響學習的成效,因此使用問與答的科技可以增加互動機會。目前問與答的科技設備,可以分為使用專屬遙控器或使用自己的智慧型手機或平板,兩者最大的差異在專屬遙控器大多以選擇題的互動方式為主,智慧型手機的互動方式較為多元,但必須尋找好用的App和WiFi訊號。學生都討厭考試,那學習科技有辦法拯救學生脫離苦海嗎?孫之元教授近一步說明,透過Clickers等問答學習科技,可以進行擂台比賽的方式,就是一種富有趣味性的考試。 使用學習科技進行學習診斷 利用生理訊號,如何做到讓學生的學習更有效率?交通大學教育研究所孫之元教授說明,人在學習的過程中腦部會放電形成腦波,腦波是指認認知功能重要生理訊號。其他的器官在學習當中也會產生生理訊號,例如眼動、體溫和心跳頻率變化。透過硬體設備的監控,經過分析就能知道學生的注意力和情緒的變化。逸娟以眼動訊號為例說明,進行線上學習透過眼動偵測,可以知道學生是否跟上進度, 還是眼神放空在發呆。在學習的過程中,很多人都不知道自己在什麼時候不專心,透過腦波和眼動的偵測,可以幫忙學習者進行學習診斷,了解自己的學習障礙,才能擬定正確的學習方式。但是生理訊號偵測的技術還在發展,還是有可能發生誤判看情況,因此不能過度依賴系統,老師還是要適時的輔導學生。 以學習科技進行程式語言學習 教育部的新課綱將「程式語言」列為中小學以下必修課程,原本是大學課程是如何有辦法下放至中小學甚至是普羅大眾?孫之元教授提到,過去在大學學寫程式,都是教授寫Code在黑板上,藉由直接講述教導學生。現在程式語言學習藉由新興學習科技可以做到巧妙配合,但學習程式一定要使用電腦嗎? 其實現在還流行一種「不插電」的程式語言教學,正是因為程式語言很多都是邏輯的訓練,因此可以用其他的方式學習邏輯,例如桌遊、遊戲的有趣的方式學習。逸娟提出程式語言重要的搜尋方式「二元搜尋法」,可以利用問答的方式學習,舉例來說 「請對方猜測心中所想的人物,限制問20個問題,並且僅能得到是或否的答案,就必須把人物猜出來」, 如果能問出男生女生、國內國外、大人小孩等關鍵問題,就能學習到二元搜尋法的邏輯。透過學習程式語言同時培養邏輯推理,這就是找出真實世界問題的關鍵因素之一。同時,以程式語言利用電腦完成自己發想的邏輯思維,成為一種落實問題解決的方式。 不插電活動參考網址(https://goo.gl/SwrKHu),是交大紙飛機計畫團隊(https://www.facebook.com/EDUxENG/?fref=ts)翻譯英國Paul Curzon教授所著《不用電腦學程式》這書中的不插電活動。 來賓介紹 國立交通大學教育所孫之元教授,在互動學習科技與動機研究有豐富的研究成果,並獲得對科學與技術研究有貢獻的吳大猷先生紀念獎 徐逸娟核果資訊學院講師、交大教育所數位學習組碩士。

人因工程的助人計畫,以小小人兒線上生活百科為例

人因工程 維基百科定義人因工程是研究人和機器、環境的相互作用及其合理結合,使設計的機器和環境系統適合人的生理及心理等特點,達到在生產中提高效率、安全、健康和舒適目的的一門科學。中央大學網路學習科技研究所的陳攸華講座教授長期投入人因工程研究,解釋人因工程就是考量每一個人不同的背景,資訊系統的設計如何符合每一個人的需求和喜好,就是符合人因工程的設計。譬如說手機裡接電話跟掛電話的圖案,接電話是綠色按鍵,掛電話是紅色按鍵, 是為了符合紅燈停綠燈行的生活習慣。至於像蘋果公司在設計產品,設計方向都是以使用者為中心,當使用者習慣蘋果系統的介面,就會很難轉移到安卓系統的智慧型手機,自然也變成蘋果的果粉,也凸顯人因工程在產品設計上的重要性。人因工程的執行流程為「設計、評估、再設計」, 並且讓使用者參與設計的過程,使用者在過程中會不斷地提出意見,唯有系統能滿足使用者的需求,才算是一個好的設計,否則就要不斷循環的「再設計」過程。 小小人兒線上生活百科 生活中的物品,例如桌子、椅子和電梯的按鈕高度,都是一般人為標準進行設計。生活中能使用到的物品和設備,都是以多數人做為設計標準,相對於少數的身心障礙人士,這樣的設計是既不安全,也不舒適更不合乎人性。今天的主題是「人因工程的助人計畫,以小小人兒生活百科為例」,小小人兒就是軟骨發育不全症病友,這些小小人兒平均身高120公分,今天節目帶大家理解如何藉由人因工程的應用,解決小小人兒面對現實生活中的種種不便和困擾 。 陳攸華教授本身也是一位小小人兒,2009年回到台灣後聯合報以頭版方式報導陳教授的生命故事,陳教授因此接觸到更多的小小人兒,也發現小小人兒在生活上和心靈上有許多需要幫助的地方。 小小人兒線上生活百科的發展,內容包含食、衣、住、行,因為家屬在照顧小小人們通常很焦慮,其實也需要得到外界幫助,但是透過人因工程可以發現小小人兒和家屬在系統操作和內容呈現有很大不同。家屬畢竟是正常人因此在系統設計上跟小小人兒就會有明顯的差別,另外小小人兒畢竟是病患本身,因此在內容設計上會特別強調感同身受的同理心。 一個具備教育的資訊系統,必須很小心的考量到個別差異, 因為不同的背景就會有不同的需求。小小人兒線上百科在內容呈現上運用到多媒體與遊戲,都有考慮使用者的認知負荷程度是否過高。 資訊工程人才除了追求技術更應該考慮人因工程 在節目中陳攸華教授指出人因工程應用在資訊系統的實際情況,人因工程的理論並不是每一個設計者都重視,會有人懷疑人因工程的有效性並且抗拒,但是呼籲只有讓使用者信任這套系統,系統才有成功的機會。資訊工程背景的人才,都會希望追求技術卓越,同時也會逃避人因,因為覺得人的因素複雜又捉摸不定。陳攸華教授在中央大學資工系開設「使用者需求評估與設計」每次都爆滿,這是國內大專院校資訊工程學系還沒有將人因工程課程作為必修或選修課程,需要審慎考慮提供相關課程。 來賓介紹 陳攸華博士目前擔任中央大學網路學習科技研究所的講座教授,建立了人因整合工程實驗室(AII Lab),並且是英國布魯內爾大學(Brunel University) 的客座教授。研究成果獲得傑出人才發展基金會的傑出人才講座及科技部的傑出研究獎。另外,陳教授亦熱心公益,以自身經驗跟所學幫助身心障礙者,現今為中華民國軟骨發育不全症病友關懷協會的理事。獲得法鼓人文社會基金會的關懷生命獎智慧獎。

MIT在台灣,Duckie Town軟體創意專題

自動駕駛 自動駕駛以汽車為例,能利用各項感測器感測其環境,整合車上各項主動安全、動力及導航,達到完全的自動駕駛汽車。依據美國國家公路交通安全管理局對自動駕駛的分類:等級0是車輛無任何輔助自動駕駛的功能、等級1是在特定時機下會介入車輛動態穩定,例如ESP車身動態維持系統。等級2是駕駛人主要控制車輛,但車輛有自動化功能,例如主動式維持前方車聚的定速巡航、等級3是駕駛人可以暫時免於操作,但汽車會偵測需要駕駛人的情況,並立即交還駕駛人控制。等級4是有方向盤的自動車,駕駛者大部分情境只需要監看車輛運作,只有少數緊急情況要切換手動模式、等級5簡單來說就是實現無方向盤也不用駕駛人的自動車。 來自MIT的Duckietown Duckietown是日本豐田汽車的贊助下成立的,是自動駕駛的研究和教育的平台,系統就像是一個自駕車小人國,一台小型的自動車,包含感測計算和馬達的控制,同時建置一座鴨子城的道路模型,每一條路都有路名,就可以設定路名作為導航的目的地,車子藉由同步定位與建模(SLAM或Simultaneous localization and mapping),自己判斷左轉還是要右轉,偵測周遭的環境找出自己的位置同時又能在環境建立地圖。因此,Duckietown包含電腦科學、電機工程和機械工程的跨領域團隊,正因為機器人需要各式各樣的感測器,也需要有人負責分析資料,做到機器人跟人工智慧的結合。 鴨子作為自動車形象,就是為了符合波士頓城市的形象,波士頓公園就有母鴨帶小鴨的雕像。這個系統也有辦法做到母鴨帶小鴨的功能,在MIT有一個無限走廊,就讓duckietown車子一台接著一台行走,只需要有人扮演扮演母鴨,將標記貼在鞋子上,自動車的攝影機視角寬度為160度,就能輕易跟著母鴨前進。鴨子車也有獨自行走功能,以攝影機去偵測環境,建立自己的駕駛姿態,並主動偵測地面的標線了解自己的位置,自主做出相對應的控制。在現實環境裡常見的道路施工和標示不清的問題,控制演算法就有一個類似於投票系統,系統就能有效辨識哪些是車道的線段哪些屬於雜訊。 Duckietown的教育應用 當初Duckietown是MIT研究所的課程,在交大大學部開設一個「軟體創意專題」,希望藉由這個課程簡化課程內容,適合在大學裡授課。這種學習有別於語背誦教科書知識跟考試成績,能夠強化做中學教育。學誠老師的研究團隊也希望這個Duckietown機器人,會是每個人的第一台機器人,未來也希望向下扎根,用簡單的圖像和邏輯程式語言,讓中小學生也能夠學習程式,並且動手就能完成一台自動車的夢想。 自動車的社會議題討論 現階段無人巴士其實比自駕車還要簡單,原因是駕駛路線單純。自駕車輛除了功能,最重要是安全性,因此無人巴士還是有配置監控人員,在緊急的時候可以應變,才能確保車輛在行進間是安全的。現在的自動車時速不高,唯有感測器的反應率提高,才有辦法運算高速行駛的情況。商用車、公共運輸、私有車都有其目的性,因此必須透過政策制定法律做出完善規劃,讓智慧型用路交通規則更盡善盡美。 來賓介紹 交通大學電機系王學誠教授,專精機器人研究領域,今年獲選聯發科技青年講座教授,是去年才從美國麻省理工學院回台服務。 交通大學電機系呂承龍同學,是學誠老師duckietown軟體創意團隊的核心人物。

機器人視覺的視障安全導航

機器人領域的導航 導航是用來指引人由出發點到目的地的技術的總稱,像我們熟悉的GPS車用導航,在過程中導航機會監視位置和速度,透過與目的地的比對引導使用者到目的地的過程。交通大學王學誠教授進一步的解釋目前機器人的主要是利用感測器,藉由攝影機跟陀螺儀的彙整做到定位,同時機器人也可以做到更多的導航功能,比如盲人導航系統,協助盲人從甲地到乙地,不需要依靠別人的協助,這就要藉由立體視覺的感測器,藉由躲避障礙物走到目的地。 機器人視覺的視障安全導航 國際公認盲人專用識別手杖「白色手杖」,是視障朋友可以行動自主的工具,這類輔具是不是有某些限制,才促使「盲人導航系統」研發?王學誠教授說明,白色手杖一定要藉由接觸前方的障礙物,在人潮擁擠的場所,手杖很容易觸碰到其他用路人,因此由許多盲人會避免在人潮擁擠的時候出來活動,否則要請親朋好友幫忙協助,這對視障朋友其實是很不方便。系統最想要幫助視障者達到「行動自由」,在室內環境利用紅外線偵測深度建立立體視覺,還能夠標記障礙物知道障礙物是什麼物體,讓視障朋友可以輕易地找想要使用的設備,例如想找一個椅子坐下來休息,同時避免那個椅子上已經有做人了。立體視覺目前偵測範圍可以到3公尺到10公尺的範圍。如何將立體視覺的資訊傳達給視障朋友,發現以聽覺作為訊息傳達的方式,容易造成視障朋友忽略周遭環境的變化。舉例來說:在過馬路的時候很有可能會聽不到車子的聲音造成意外事故的發生,因此以多顆振動馬達,透過腰部的震動給予視障朋友方向性不同強度不同的頻率不同規則,例如:一長二短的振動,視障者只要透過簡單的學習就能輕易地上手。進階的功能可以做到長距離和短距離的研判,那就必須要靠長期的學習才能習得。一般人也能夠在沒有光線的情況下使用,透過紅外線的偵測以及藍牙的訊息傳送資訊,協助所有人在黑暗中行走。白色手杖就像是身體的延伸,再配合機器人視覺的盲人導航系統,可以讓視障者的生活更加便利。目前發現先天失明的使用者因為已經很習慣白色手杖因此對於系統會比較抗拒,後天失明的使用者才是有較高的系統接受度,後續還要透過一連串以使用者為中心的設計,繼續開發做到符合所有使用者的需求。 科技身障輔具對社會的影響 台灣在2008年已經停止鋪設導盲磚的進度因為導盲磚有可能會造成用路人的安全疑慮,導盲磚的鋪設是一次性的,可能因為道路施工就破損無法使用。義大利新創公司的最新發明「手機視覺導航」,藉由鋪設雙色線(可以是油漆也可以是膠帶,顏色也可以配合建築物或者是活動),平整化的融入設計會是一個具有潛力的應用。雙色線鋪設在室外或者是特定場所,例如配合博物館的導覽,當視障者走到定點就可以透過語音了解展覽說明。 科技輔具對產業是一項創新產品,對社會更是重要的貢獻。目前普遍遇到一個門檻,以自動車或機器人為例,產品很辛苦的研發但是政策和法律卻跟不上腳步,造成許多矛盾與爭議, 造成商品化過程是一段辛苦的歷程。也因為身障朋友地社經地位普遍不高,還需要尋求另外一種商業模式,才能將系統推廣至使用者。而且政府也需要建立這類科技輔助的安全檢測機制,才能確保科技輔具可以安全地在環境中使用,以上各點都需要政府跟社會凝聚共識,才有機會應用在實際的生活中產生正面的助益。 來賓介紹 交通大學電機系王學誠教授,去年才從美國麻省理工學院回台,也是聯發科技青年講座教授,是一位在機器人領域追求創新的學者。 交通大學電機系林倪敬同學,有過義大利科技新創公司實習回台,研究興趣為人機互動的介面設計。    

科技不在深有用才靈, 系統工程的創新轉化

系統工程 系統工程是聚焦在設計一個複雜但有效率的實體性整體系統,目的是適當的定義系統零組件的複雜運轉方式,以及操作者與系統間的相互作用的特點,最終使系統成為一產品達到目的,例如機器人技術、自動車駕駛系統。一般能夠想像到或看到的的系統,屬於整合完成的系統,舉例:車就是一個系統,如何兼顧安全、省油又是獨立系統。系統其實是站在一個比較高的角度,因為系統以下還會包含小(次)系統,但是每個小(次)系統又可以自成為一個完整系統,以車用安全系統為例,包含演算法跟感測器,整合起來就是一套完整系統。 系統工程以「自動化領域」為常見的應用領域,所牽涉到的產業為「智慧機械」,如何設計無人工廠就是一個很大的智慧自動化應用,底下蘊含許多次系統例如自動物流和自動化工作機器人。也因為有許多自動化設備,因此需要智慧化達到良好的溝通協調,機器才不會互相衝突。系統工程本身是一個跨領域的學科,強調以數學模型來描述系統行為,同時又和工程管理、資訊安全、科技法律、人機互動與科技倫理…等多相關領域相互緊密結合。 以交通大學為例,系統工程隸屬電機系,其中課程多開設在電控工程研究所, 自動化跟控制有比較大的關聯, 因此在電控所發展許多跟系統工程有關的研究,例如智慧型機器人、自動車與人工智慧的應用。 培育系統工程創新人才的挑戰 我們身處科技演進與產業升級最快速的世代,今日的教育是未來保有競爭力讓國家持續發展的重要關鍵,吳炳飛教授一直身體力行的研究帶領教學的理念,就是「教不在巧,有心則靈;研不在深,有用才靈。」炳飛老師說明,智慧型產業發展迅速,學校不能一直給予一成不變的教學內容,必須要跟外界有所連結。教授的研究需要跟社會和產業做連結,再將具體的研究成果轉化到教學內容,因此教材的更新必須依靠關注產業內容和研究發展。因為產業的變化實在太快,如果老師還是執著於教導當初拿博士學位的學問,可能有跟社會脫節的疑慮。 台灣正在努力創新轉化,學生是否達到產業跟國際的要求即可?炳飛老師說明,系統工程其實是問題解決的方式,問題有千千百百種,不一定要追趕國際潮流,反而是你找的這條路有沒有創新的想法,何謂創新的就是不一定要第一但一定要是唯一。人才培育跟國家政策發展有很大的關係,我們要認清一個事實就是台灣不是一個大國, 台灣也沒有豐富的資源,系統工程應用的範圍很廣,前期政府提出MG+4C,目前政府提出5+2產業,還是要思考如何尋求一個適合台灣達到單點突破的議題, 要有一個亮點不能太過分散。 系統工程創新教學實例 交大電控所的目標是在2025年做到自動駕駛等級四(有方向盤的自駕車)的次系統零組件,因為台灣的用路環境較為複雜,所製作出自駕車相關系統會有很大的應用空間。炳飛老師的「控制系統設計」課程和擔任助教的梁家維博士生,說明如何培養學生創新與實作能力。控制系統設計主要是學習馬達控制, 過去的教學方式就是研讀教科書、考試、做報告。其實學控制的目的就是「穩」, 因此課程提出一個具有挑戰性的創意競賽「雙輪平衡自走車」,學生除了要靠自己完成一台雙輪自走車,還要完成平衡的考驗,例如在車上放置一個物品,學生必須要想辦法讓車走完路線同時物品也不能掉落,競賽的元素則是提高趣味性提升實作的動機。家維補充在專題導向式學習的過程中, 學生時時刻刻都在思考,該怎麼做才能符合要求,也因為競賽激發求勝的企圖心,讓學生由被動轉向主動學習,就會運用之前所學或主動搜尋文獻。舉例來說,分數就是競賽獎品,我們設計一個雙輪車拔河競賽,獲勝的小組就能拿到該局的分數,分數會成為期末成績的加分。這種教學設計建立了與老師、助教、同學三方互動的學習模式,學生所想的致勝方程式就能寫成演算法,課程則負責提供豐富的教學、技術、零件資源,就能產生良好的學習效果,有效培養學生的創意和實作能力。 系統工程對智慧科技產業的展望 物聯網的概念正火紅,物聯網的簡單意義在要讓物體彼此要能溝通和操控,也因為雲端網路發展,除了硬體自身資訊運算外還要利用雲端網路運算。資通訊科技產業的目標不只是這些技術的發展,更重要的是結合其他產業,最終形成涵蓋各行各業的智慧型產業。炳飛老師說到系統工程在智慧型產業的機會,應該著重在「創新應用服務」上,應用型產業必須要考慮市場規模的「量」,因此不能忽視國際市場。台灣具備素質良好的人才,政府也在釋放可應用的數據,因此需要建立一個舞台提供實現的機會。系統工程是一項整合的應用,因此要考慮好所有的子系統, 再藉由系統工程的整合做出應用服務,否則現在聽到的智慧型產業或人工智慧都只是其中一項技術。 物聯網其實是連結所有的系統元件, 元件一定要跟子系統連結,子系統藉由系統做整合。 系統工程其中一項關鍵是人工智慧技術。nvidia過去是一個製造繪圖處理器公司,但現在卻有機會成為人工智慧的龍頭,就是因為GPU是以平行處理方式進行圖形運算,人工智慧中的深度學習適合以平行處理方式來運算龐大資料的運算。特斯拉(Tesla)的演算法是自家發明,但也都是藉由nvidia提供的硬體平台實現,才能實現自動駕駛功能。GPU硬體的發展一定趕不上應用的需求,但我們同樣要注意發展一個成熟的智慧型產業需要一定時間,像馬克斯宣傳自動車駕駛系統和福特要在2021年實現自動駕駛都被批評太過浮誇,或出現不斷發生集資的智慧型產品不符合之前預告或沒有如期問市。人對科技的好奇是無止盡的,我們能很快速的發想未來環境,包含智慧家庭、智慧醫療、自動車駕駛、智慧型產業…等五花八門的想法隨處可見,除了探索未來的美好外,理想的系統工程知識應用不只是為了賺錢,同時還為了將來的環境著想。 來賓介紹 交通大學電機系吳炳飛特聘教授,專長領域智慧車安全與控制系統、影像辨識與處理等,研究成果獲得許多學術性跟實作競賽榮譽,有IEEE fellow、科技部傑出研究獎、名列交大校史館的榮譽教學教師和教育部師鐸獎。 交通大學電控所博士生梁家維,研究興趣為智慧型機器人,同時也是一位十足創客精神的實踐者。    

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