要 靠 舵 的 操控 把 它 導正 回來 舵 大都 裝 在 船艉 的 中央 水流 流過來 給 舵 一 個 垂直 航面 的 力 還 會 產生 一 個 側 方向 的 分力 這 個 分力 會 使 船 旋轉 改變 航行 的 方向 舵手 可以 藉著 轉舵 來 調控 帆船 的 航向 這 就 是 帆船 航行 通常 要 走 之 字形 的 主因 之 一 櫓 也 是 古代 中國人 模仿 魚尾 運動 的 原理 而 獨創出來 的 搖櫓 的 人 抓住 櫓 把 水 中 的 櫓板 以 不同 的 角度 左右 擺動 造成 櫓板 前面 的 水 與 後面 的 水 流速 不同 根據 白努利 原理 不同 流速 會 產生 不同 的 壓力 差 有 壓力 差 就 會 產生 推力 把 船 往 前 推進 與 螺旋槳 的 運作 原理 相同 而且 效率 更 高 魚 在 水 中 推進 的 方式 因著 尾鰭 擺動 的 範圍 而 有所 不同 為 了 分析 牠們 游泳 的 效率 仿生 學者 把 它們 歸納為 三 大 類 並且 以 代表性 的 魚種 來 命名 像 鰻魚 一樣 全身 扭動 前進 的 就 稱為 鰻游式 只有 尾鰭 擺動 的 稱為 鮪游式 其中 包含 了 鯨豚類 另外 擺動 範圍 夾 在 兩 者 之間 的 也 是 最 常見 的 方式 稱為 鱒游式 研究 結果 發現 鰻游式 消耗 的 能量 最少 鱒游式 的 操控 性能 最好 鮪游式 在 快速 運動 中 最 有 效率 仿生 研究 的 最終 目的 是 希望 把 同樣 的 原理 應用到 工程 技術 上 既然 鯨豚類 的 游泳 在 速度 上 最 有 效率 顯然 可以 做為 船舶 推進器 改善 效率 的 仿效 對象 吳俊概 以 同 一 種 發明 連續 獲得 2007年 台北 國際 發明 暨 技術 交易展 金牌獎 以及 2008年 德國 紐倫堡 發明展 銅牌獎 他 的 發明 可以 說 是 研究 鯨豚類 游泳 的 仿生 成果 我們 這 個 機構 的 設計 就是 模仿 鯨魚 海豚 或者 鮪魚 這 種 高泳術 魚類 的 尾部 動作 那 我們 是 希望 這樣 一 個 動作 它 可以 提高 螺旋槳 的 推進 效率 那 目前 的 目標 是 推進 效率 要 比 螺旋槳 高 兩成 擺動 翼片 的 推進器 推進 效率 高達 百分之九十 比 螺槳 的 百分之七十 至 百分之七十五 高出 百分之二十 為什麼 會 高出 這麼多 呢 這 個 螺旋槳 在 推進 的 時候 它 是 旋轉 的 它 在 旋轉 的 過程 當中 水 要 通過 螺旋槳 水 也 跟著 旋轉 水 旋轉 之後 它 就 帶走 動能 這 部分 我們 說 螺旋槳 有 旋轉 動能 的 損失 可是 擺動 翼片 它 不 是 旋轉式 的 它 是 直接 推進 的 方式 上下 擺動 它 沒有 旋轉 動能 的 損失 所以 我們 說 它 的 效率 會 比較 高 我們 只要 一 個 旋轉 馬達 帶動 一 個 旋轉臂 拉桿 翼片 然後 一 個 支架 就 完成 了 仿生 研究 重視 實用性 自然 希望 研究 的 成果 能夠 走出 實驗室 走進 商業 市場 吳 老師 很 有 自信 認為 他 這 個 鯨豚 推進器 商業化 的 機率 很 大 因為 它 的 機構 設計 的 既 簡單 又 實用 在 船舶 推進器 之外 吳 老師 把 鯨豚式 推進 原理 做 了 更 廣泛 的 應用 為了 方便 解說 他 乾脆 把 這 個 裝置 穿出來 亮相 眼尖 的 人 大概 已經 看出來 這 是 一 雙 所謂 的 鯨尾鞋 這 也 是 一 個 鯨豚式 的 推進 裝置 我們 要 把 它 用來 跟 蛙鞋 做 比較 蛙鞋 是 模仿 這 個 軟性 尾巴 像 那 個 吳郭魚 的 尾部 牠 不 是 一 種 高 泳速 的 魚類 可是 我們 把 它 改良成 這 種 硬性 的 機構 只要 你 能夠 像 海豚 那 個 尾部 有 那麼 大 的 肌力 要 游 多 快 基本 上 就 不 受 限制 好 那 我們 現在 把 船模 搬上 管筏 然後 開始 安裝 那 再 管 筏 上面 同學 小心 一點 注意 自己 安全 小 心頭 立基 裝上去 把 船 固定 在 台 車 上 在 造船 的 末期 通常 會 做 幾 次 船模 實驗 就 是 以 十分之一 大小 的 船模 在 拖航 水槽 做 各 項 必要 的 檢測 成功 大學 擁有 一 座 國家級 的 拖航 水槽 吳俊概 的 鯨豚式 推進器 小 船 就 曾經 在 這裡 做 檢測 眼前 是 成大 造船系 在 做 自己 的 船模 實驗 陳 老師 你 好 好 壯觀 的 拖航 水槽 您 現在 在 這裡 做 什麼 樣 的 實驗 我們 在 做 一 個 船模 實驗 所謂 船模 實驗 就 是 我們 把 真的 船 縮小 比例 放 在 這 個 大 水槽 裡面 用 台車 拖 著 它 跑 跑到 一定 的 速度 我們 測量 在 那 個 速度 之下 這 時候 船 的 阻力 大小 是 怎麼樣 是 同時 我們 也 可以 順便 看 一下 船 跑到 這 個 速度 的 時候 船艏 製造出來 的 波浪 會不會 很 大 呢 還是 怎麼樣 或者 是 另外 我們 看 這 個 船 跑到 這 個 速度 的 時候 它 的 俯仰 狀況 會不會 受到 改變 這樣子 我們 是 同時 在 一 次 的 速度 裡面 就 同時 把 它們 都 測量 完畢 所以 聽起來 好像 很 有趣 的 樣子 能不能 給 我們 示範 一下 沒 問題 剛好 我們 要 進行 一 個 實驗 那 我們 接下來 還是 設 十 船 十四 節 好了 大概 我們 算 多少 一點九 每 秒 一點九二 公尺 太極拳 與 機器人 在 葉 老師 的 實驗室 相遇 如果 你 知道 葉 老師 是 太極拳 的 練 家子 或許 你 會 說 難怪 不過 你 恐怕 還是 不 明白 太極拳 與 機器人 究竟 能 擦出 什麼 樣 的 火花 來 現在 就 讓 主持人 來 探究 一下 吧 那 個 彈簧 的 效應 好像 還是 沒有 很 穩定 可能 在 安裝 時候 或是 一些 誤差 所以 彈簧 的 平衡 角度 會 有 一些 變動 可以 換 不同 的 彈簧 嗎 可以 但是 要 再 做 一些 調整 另外 一 個 比較 跟 腳步伐 滑出去 比較 有關 的 是 踝關節 部分 的 彈簧 髖關節 如果 沒有 設計好 的話 就 走 得 不 穩 腳 的 步伐 也 會 有點 改變 葉 老師 這 個 就 是 你們 的 太極 步態 機器人 對 葉 老師 一般 機器人 不 是 一板一眼 的 怎麼 會 跟 太極 有 關係 呢 我們 這 個 是 從 太極 的 觀念 來 做 機器人 的 設計 太極 它 講究 的 是 全 身 放鬆 全身 放鬆 就 是 你 不用 著力 去 控制 你 身體 的 運動 它 主要 是 利用 控制 你 的 丹田 或是 腰胯 來 產生 全身 的 運動 這 個 太極 裡面 有 一 句 話 叫做 太極 不 動手 動手 非 太極 那 事實 上 太極 也 不 動 腳 那 不 動 腳 不 動腳 的話 一樣 也 是 靠 著 腰胯 靠 著 這 個 腰胯 你 看 就是 左腳 也 是 靠 著 腰胯 的 力量 來 產生 一 個 運動 這 個 整 個 運動 都 是 由 下半身 帶動 上半身 所以 我們 希望 能夠 把 這樣子 的 一 個 原理 用 在 這 個 機器人 上面 那 我們 這 個 太極 機器人 它 的 行走 的 時候 我們 把 一半 的 馬達 可以 把 它 關掉 那 透過 這 個 機構 它 跟 彈簧 之間 的 一 個 交互作用 讓 它 產生 一 個 擺腿 的 動作 那 我們 希望 透過 這樣子 的 方式 來 做 機器人 能夠 讓 機器人 在 行走 的 時候 能夠 更 省電 更 省 能 這樣子 您 剛剛 提到 說 它 一半 的 馬達 關掉 換句話說 它 兩 隻 腳 的 時候 只 有 一 隻 腳 有 動力 另外 一 隻 腳 沒有 動力 對 就 是 我們 透過 支撐腳 我們 把 它 稱做 實腳 它 的 一 個 運動 來 控制 腰胯 的 運動 進而 帶動 擺動腳 我們 把 它 稱做 虛腳 的 運動 是 這樣子 的 我 聽說 你 的 機器人 是 半 主動 的 那 什麼 叫做 半 主動 的 機器人 你 傳統 上 可以 把 它 分成 主動 跟 被動 那 像 我 手 上 這 個 很 古老 的 一 個 一 個 翻筋斗 的 機器人 它 就 是 靠 著 重力 來 讓 它 往 下 那 這 裡面 完全 沒有 動力 他 還是 可以 去 達到 下 樓梯 的 動作 像 這 個 機器 螃蟹 這 個 完全 要 靠 著 電力 所以 我們 這 機器人 雖然 說 是 從 太極 觀念 出發 可是 它 也 是 結合 了 主動 跟 被動 也 就 是 半 主動 的 方式 一方面 結合 主動 的 優點 和 被動 的 優點 主動 是 它 的 性能 被動 是 它 的 省 能 能夠 把 這 兩 個 優點 能夠 把 它 結合 起來 這 是 我們 的 一 個 目標 不過 不管 它 是 主動 或是 半 主動 在 我們 這些 外行人 的 眼 裡 這 搖搖晃晃 的 步態 怎麼 看 都 比較 像 醉拳 不 太 像是 太極拳 葉 老師 解釋 說 這 個 走 太極 步態 的 機器人 跟 一般 練 太極 的 人 一樣 練 功 的 精髓 在 全 身 重心 的 移動 功夫 越 深 越 能 精確 的 移動 重心 步態 才 會 越來越 穩定 練 功 的 顯然 不 是 機器人 而是 機器人 的 研發 團隊 相信 在 葉 老師 這 個 練 家子 的 指導 之下 研發 團隊 的 功力 一定 會 與時俱進 成功 大學 的 顏鴻森 教授 醉心 於 失傳 的 中華 古 機械 比方說 指南車 木車馬 木牛 流馬 地動儀 等 更 喜歡 動腦筋 復原 有憑無據 的 古 機械 比方說 魯班 的 木車馬 古人 做 工藝 設計 往往 沒有 數據 或 科學 原理 可以 依賴 所以 就 向 大自然 取經 就 機械 的 發明 來 看 生物 的 動作 常常 成為 靈感 的 來源 顏 老師 我們 知道 您 的 專長 是 中國 古 機械 那 這 個 木車馬 也 就 是 中國 古 機械 那 您 我 想 瞭解 的 是 說 它 的 活動 它 的 這 個 原理 是 什麼 它 既然 木車馬 就 像 馬 馬 的 話 應該 就 有 四 條 腿 既然 是 馬 那 我們 就 是 研究 馬 的 步態 牠 是 慢走 快 走 四 條 腿 步行 的 這 個 步調 是 不大 一樣 的 所以 我們 就 從 仿生學 的 觀點 來 研究 牠 的 步態 然後 看 馬 的 大腿 小腿 牠 的 比例 是 怎麼樣 那麼 從 古書 的 記載 人家 的 考証 的 結果 像 這 種 連桿 機構 的 傳動 在 戰國 時代 已經 算是 都 存在 所以 我們 就 用 連桿 機構 來 傳動 因為 馬 牠 有 四 條 腿 那 每 一 條 腿 怎麼樣 去 傳動 呢 就 用 了 這 個 所謂 的 連桿組 這 種 概念 我們 這邊 提供出來 就 是 一 個 每 一 條 腿 有 八 個 連桿 八 個 連桿 那 像 這樣 的話 左邊 一 條 腿 右邊 一 條 腿 那麼 它 可以 連動 它 可以 這樣 連 動