你在電影或展覽中看過會走路、會說話，甚至會做家務的機械人嗎？近年來，越來越多人形機械人被研發出來，將有望用於軍事、工廠和家庭等各種人類的生活環境。它們的外形和功能有甚麼關聯？它們怎樣模仿人類的關節和平衡力？一起來認識這些越來越厲害的「機械夥伴」吧！
識別人形機械人
擁有人類外觀特質的機械人被統稱人形機械人（Humanoid Robot）或仿生人，它們通常擁有如人類般的軀幹、四肢和頭部。只是根據功能的不同，其中一些只模仿部分人類軀體，一些則更貼近整體人形。
▲服務型機械人的技術重點在於語音識別和提供指示，所以外觀毋須特別似人。（Photo by Kukarobot/ CC BY-SA 4.0）
▲圖為機械人索菲亞，它的發明意圖在於以豐富的表情和肢體動作與人類互動，所以它的面部和手部都類似真人。（Photo by UNCTAD/ CC BY-SA 2.0Photo 2.0）
▲運動型機械人旨在完成更高難度的操作，因此它的外觀只需大致模仿人類的軀幹。（Photo by RoboCup2013/ CC BY 2.0Photo 2.0）
趣味知識：恐怖谷理論
日本機械人專家森政弘於1970年提出，人類會對與自身相似的機械人有好感。然而，但當相似度超過某個程度時，好感度就會驟然降低，甚至產生負面情緒，直到幾乎與人完全相似時，才再次產生好感。
▲這是恐怖谷理論曲線圖，橫軸代表相似度的百分數，豎軸上方「+」表示好感，下方「-」表示反感。
▲跌入恐怖谷的人形機械人。（Photo by glynneh/ CC BY-SA 2.0）
當機械人與人類的外觀十分相像，但它們的行動和說話卻較僵硬和反常時，就會給人猶如面對殭屍的詭異感，產生抗拒和害怕的情緒。
人形機械人的突破
近年來，人形機械人的研究有不少突破，使機械人的靈敏度和平衡力都大大增加。
靈活的關節
部分人形機械人的頸部擁有2個自由度（Degree of freedom，簡稱DOF），既能上下轉動，也能左右轉動。
▲自由度可理解成某關節能自由變化的方向數量，如圖展示了6個自由度。其中，上、下活動算是1個方向，即1個自由度，其他同理。
▲高端人形機械人。（Photo by Tesla/ CC BY 3.0）
高端人形機械人的手部不僅擁有10個以上的自由度，還增設了觸覺傳感器。
人的皮膚可感知剪切力，亦即兩個物體接觸時互相朝反方向滑過的力，例如用手指抓雞蛋時，雞蛋向下滑的力與手指向上抓的力就是剪切力。觸覺傳感器可以同時感知剪切力和壓力，使機械人既能抓取雞蛋，又不會將其捏碎。
強大的平衡能力
以上圖機械人為例：
目前的缺點
雖然機械人的發展迅速，人形機械人目前還有一些缺點，包括：
❶ 續航時間短，充一次電僅能使用約1至4小時。
❷ 活動速度慢，機械人每一次做出精確的動作，其電腦內都要經過大量的計算，以控制幅度和力度，而目前的計算用時較長。
❸ 售價昂貴，多在10萬元以上。
人形機械人正一步步走進我們的生活。不過，由於上述的缺點，如果想家家戶戶都能擁有一部超級智能的人形機械人，可能還要等待5至10年。未來的人形機械人會演變成怎麼樣？就讓我們拭目以待吧。
(內文插圖取自：《兒童的科學》第236期)
