《流言終結者》格蘭‧今原，談他為電影設計的7個古怪機器人

格蘭．今原（Grant Imahara）是《流言終結者》節目裡其中一位主持人，曾與鯊魚共游、用狙擊步槍射擊來啟動旋轉木馬、攀附在盤旋的直升機底下、用加農砲把起司轟到舊金山海灣、讓兩隻狼蛛在頭上跳舞、摔毀一臺BMW、用火箭車把汽車砍成兩半，以及製作許多優秀的機器人。這些事蹟，都是以科學的名義完成的。(本文首刊於2015年5月，格蘭．今原在2020年美國時間 7 月 13 日不幸因腦動脈瘤逝世)其實，在進入《流言終結者》之前，格蘭本身就是電影特效公司的模型師，他之前已經點亮過r2-D2的圓頂、擔任過勁量電池的電子動畫工程師並設計勁量兔子的動作， 並且擔任過光影魔幻工業特效公司（Industrial light&Magic）的模型師。 格蘭．今原的作品曾見於不少票房電影中，如《駭客帝國》續集（the Matrix sequels）、《驚爆銀河系》（Galaxy Quest）、《魔鬼終結者》第三集（terminators3）、和《星際大戰》一至三集（star Wars: episodes I-III）。 以下，就是他回顧自己過去為什麼熱愛動手製作機器人、模型的自述。我高中的時候還沒有所謂的STEm（或是STEam）課程；也沒有樂高機器人實驗室或像FIRST那樣的機器人教育組織。事實上，我從大學輔導老師的口中才得知工程師這個職業。聽她描述時，我腦中靈光乍現，馬上知道：「對，那就是我想做的。」這些年來，我炸過家庭影院設備、協助拍攝專題影片，並利用科學方法驗證不少都市傳說。雖然特效、爆炸和車輛撞擊都非常刺激，我最喜歡的仍然是製作機器人，而且是各種機器人，從平凡無奇的到極度危險的都有。現在讓我來介紹其中幾個老朋友，和我的摯愛。製作這個怪物的靈感是想要做出一臺夠大夠穩固，可以載人的行走機器人。我從2007年5月開始，用Lynxmotion hexapod組為底設計出一個六足機器人。我放大了關節，並用5/8"厚的6061鋁合金以水刀切割出腿部和軀幹。它的每條腿都有一顆重型馬達提供升力，以及一顆輕型馬達推動其前進與後退。腿部的設計前後修改過數次。我嘗試過4種不同的馬達/齒輪箱/外齒輪的組合，最後才找到最適合升降運動的速度和力矩。我的齒輪選擇受限於腿內部和腿之間的空間。最後我決定使用內建電磁制動器的輪椅馬達。控制系統主要使用Parallax BS2 p40微控制器和PSC伺服機控制器，並連接到十幾個Vantec RBSa23伺服機驅動器。這個微控制器還可以推動一組固態輸出模組來自動接合與分離馬達制動器，這樣機器人站著不動時就不用浪費電源撐住自己了。測試蜘蛛的過程是一項巨大的挑戰（它重達625磅，絕對是我製作過最重的機器人）。晚上獨自熬夜趕工，其中還有幾次差點被蜘蛛輾斃。給大家一項專業建議：不要學我。絕對不要單獨操作重型機具或是任何危險器具。控制器故障也讓我付出了巨大的代價。我換過好幾個要價100美元的鑄鐵齒輪，因為蜘蛛腳觸底反彈無法停止，而馬達又一直試圖轉動，導致輪齒紛紛脫落，像下雨一樣滴滴答答地灑在地板上。這項計劃遲遲無法完成，就是因為馬達的扭力不適當，導致腿部總是前後晃動──偏偏這又是「行走動作」最重要的部分。我原本選擇了精巧實用的尺寸，後來才發現應該換成更大更有力的馬達才能讓機器（名副其實地）邁向下一步。 下一頁還有，致命攻擊！戰鬥機器人在1995年舊金山的機器人大戰中，我曾見過一臺破壞力驚人的鐵槌機器人，名叫「雷神」。它激起我的靈感，想要製作一臺類似的機器人，但使用氣壓系統而非水壓系統。我的作品採用漆彈氮氣罐來作為壓縮氣體儲存工具；另外也使用空氣蓄壓器和高流量的高速閥門來驅動空氣活塞前後活動，藉以擺動鐵槌。我們要挺身對抗那些名稱嚇人的機器人，如「生化危機」和「穿刺王弗拉得」等等，所以我決定將它命名為「致命攻擊（DEaDBLoW）」，和一項鐵槌工具同名（致命打擊錘的設計能將敲擊的後座力減到最低）。我畫了一個3D CaD模型，並且使用壓克力以雷射切割出原型。在對所有零件和面板的形狀滿意後，我就用CNC數控銑床切割鋁片完成「最終」零件。不過，戰鬥機器人就是要不斷的戰鬥、持續的升級。為了勝利，我陸續還換過3到4種裝甲結構，6種不同的驅動系統，和數不清的大小武器和氣壓系統。大家總是問我，花這麼多金錢和心力在這個隨時可能粉身碎骨的機器上面值得嗎？我的回答是，戰鬥機器人的世界實在太吸引人了，而進去的門票便是你手上的機器人。在這裡，你可以運用智謀，對抗大批精兵強將，也可以盡情享受戰鬥的樂趣，即使渾身是傷也是樂趣的一部分。另外，若能帶一顆巨大的螺帽（獎盃）回家也不錯。 在電影《追殺比爾》（Kill Bill）當中，烏瑪舒曼的角色「新娘」被放在木製棺材中活埋。但她沒有向命運低頭，反而使用武功反覆搥打棺蓋，擊碎棺蓋，接著向外挖出一條生路。在《流言終結者》的測試中，我們需要一個能持續搥打數小時的傢伙──有持續不懈的驚人力量。我們手邊的志願者清單短得嚇人，所以我們決定使用機器人代勞。在製作過程中，我使用小氣罐作為累加器，並且連接上一個大型高速/高容量氣閥，以及另外四個較小的空氣閥。主氣閥負責強力擊打，而小氣閥們則負責將手抽回。我們將它們連接成一個短小（但強力）的汽缸，再裝上一隻由彈道明膠製成的拳頭。整個裝置連接到一個巨大的外部氣源，並由一組數位間隔計時器來控制。我們啟動機器人，並且讓它持續砰！砰！砰！來擊打棺木數小時。大約在600拳之後，它的確在木板上打出了一道裂痕，但卻沒有打穿。抱歉了烏瑪，願妳安息！ 《星際大戰》中的R2是這樣的製作原理！下一頁告訴您這個故事發生於1997年5月，地點是英國的利維斯登工作室（Leavesden Studios）。那時《星際大戰》第一集正要開拍，而皇家空軍（Theed hangar）小隊卻還沒就位。正確地說，是R2有問題，它們不斷被門軌夾到。身為光影魔幻公司團隊中的一員，我們只有零星幾周的時間搞定這些老舊的道具機器人。那時，所有的R2零件前腳部位都有某種腳輪。我們解決門軌問題的方法是使用直徑更大的輪子，才不會卡進縫裡；並且將輪子裝載在能靈活地跟著機器人轉動的軸上。我們使用輪椅馬達作為動力來源，因為它既安靜又精確。我負責處理電力電子和無線控制系統，包含新駕駛系統元件的整合。在《星際大戰》第二集開拍之前，公司指派我更新整個R2艦隊電子零件，從圓頂燈光開始（或稱「邏輯顯示」）。在這之前，大束光纖的終端會連接一個彩色的旋轉輪，由明亮的鹵素燈負責照明（80年代早期就是如此），讓它產生螺旋圖案。我將鹵素/彩色轉輪組合換成兩個曲棍球大小的LED陣列，由微控制器執行PWm偽隨機序列碼來驅動（原先是為了《驚爆銀河系》中Protector的曲速引擎而設計的）。我也為它量身訂做了一個PCB，將所有照明功能統整在一個簡潔的小工具上。 下一頁，聞名全球最活潑的小兔子！勁量兔子在2008年初，永備電池公司（Eveready Battery Company）委託光影魔幻公司製作新一代的勁量兔子，作為他們的電視廣告明星。我的8人小組有3個月時間可以完成3隻新的機械兔子，再加上兩隻非機械的「公仔」。我的任務是所有的電子零件和無線控制系統。每隻兔子都有量身打造的電路板和遙控繼電器，加上能解讀無線控制指令並執行多項動作的8位元微控制器──例如停止打鼓、舉起手臂、轉動鼓棒、停止轉動鼓棒、放下手臂和重新開始打鼓。它們的內部結構以鋁為材料，外殼是真空成型的苯乙烯材質。一隻兔子總共有10個伺服機，3個輔助馬達和2個驅動馬達，並且需要3個操控器：一個負責頭部，一個負責手臂，一個負責行動。最大的挑戰是，（法律和廣告倫理要求）勁量兔子必須使用勁量電池運作。但是兔子的電力需求極大，遠遠超出商品電池與電池組的能耐，畢竟它裝載了十幾個馬達──包含兩個重型驅動馬達。我的解決方法是並聯一堆電池。我將44顆aa電池統統塞進一個香蕉型盒子中，像一個aK-47彈匣那樣，然後和其他電子零件一起藏在鼓裡。 下一頁，動會講話的骷髏iPad即可控制？金剛手臂這樣打造2010年，克雷格．費格斯（Craig Ferguson）請我設計一款「機器人骷髏搭檔」，好跟他一起主持CBS的深夜秀。他要求「簡單大方就好」。我採用標準型的生物課塑膠骷髏，但是將軀幹換成鋁板，以便裝載伺服機和其他電子零件。「Geoff」裝有3個大功率伺服機──分別位於兩隻手和脖子──它們每個都能夠提供27英呎-磅的矩力。在它的頭上也有一個負責控制下顎的小型伺服機。一開始，Geoff配備複雜的iPad無線控制系統和板載無線路由器。微控制器會解讀iPad的觸發命令，並撥放相應的聲源檔案，同時搭配上動作，Geoff就栩栩如生了。基本上，只要按下一個按鈕，機器人便會自動作出回應。每次節目拍攝前，製作人都會從資料庫裡選擇並為它加載一堆預先設定好的片段，好對克雷格作出應答（順便一提，這也是為什麼「球」這個字會成為Geoff的名言之一，因為它可以用在許多不同場合）。而最近他們也開始請魁儡師現場操縱Geoff，以便提供更多自主性和喜劇效果。我們不斷改良Geoff，它的最新技能是眨眼睛。在《金手指》當中，詹姆斯．龐德的剋星使會射出一頂鑲著利刃的禮帽作為武器，速度致命，角度精確。《流言終結者》中，我們也嘗試自製索命圓刀，內部鑲有鋒利的鋼圈。不幸地是，它太重了，沒有人可以精準地拋擲。我們需要超人的力量、速度和精確度，因此，我製作了一個鋼架機器人，搭配一個有巨大氣壓缸的投擲臂。這隻手臂也有「手肘」，也就是第二個氣壓缸，負責抓穩「前臂」，還有一隻氣壓「手指」負責抓住帽子。氣壓缸會提前加壓，手臂便會擁有1噸的快速釋放閂的張力。投擲的秘訣是時間必須抓得非常精準。我使用限位開關來觸發氣閥，主臂旋轉時會擊打這些開關，讓前臂伸展開並放開手指讓帽子在最精確的時間拋出。 下一頁，原來是這些小零件就可以讓鐵人活起來回想起這幾年的作品時，我發現總有幾樣零件會不斷用到──就像是我的樂高組一樣。這裡列出我的前10名，並且附上當選原因。沒錯，定位螺釘可以固定旋轉的齒輪或軸輪，但是有負載的狀況下容易滑動。而使用軸鍵時則絕對不會發生這種事情。固定環若你同時使用軸鍵和固定環，就算定位螺釘完全滑脫也不會造成影響。軸承是機器人移動時不可或缺的零件，但它們在安裝時需要精密公差。當我發現預裝軸承後，就再也回不去了。可以快速並輕鬆地連接距離遙遠的零件，毋須先測量或擔心它們之間的距離。此外，這個聯軸器還提供了一點氣墊的功能。非常適合用來固定小型零件到骨架上，完全不用鑽洞。只要將它環繞在管子周圍，並使用螺絲起子拴緊即可。簡單快速又可以調整鬆緊度。如果說機器人的生命來自電源，那麼線路就是它的循環系統。隔離條讓所需的電力輸送更簡單，也讓你在重新配置線路時不需切割或焊接。有時候你只會需要暫時的連接。我會使用背面可黏貼的「貼條」種類（當我需要安裝小型零件如無線電控制接收器和電池匣時），以及兩面皆可黏貼的「貼帶」類型（用來束緊大型電池）。它能確保你的連接點不鬆脫，但是若要調整的話也不至於困難。可靠的壓接工具是絕對必要的。我會使用切換開關來開啟或關閉機具，並使用瞬時開關來偵測機械零件是否已經到達理想位置。它能將線路整理得服服貼貼，不受外部干擾。不建議用在固定結構──除非你已經走投無路了。 Make：國際中文版15機器人大軍！ 1920年，「機器人」這個字首次出現，當時甚至還沒出現真的機器人。到了現在，多了各種小型又便宜的控制系統，加上3D列印和連網伺服機這類複雜技術的協助，一般人也能挑戰複雜、刁鑽且高階的機器人專題。 Maker Faire Taipei 2015（連結www.makerfaire.com.tw）最熱鬧的DIY創意嘉年華2015年5月30、31在華山1914創意文化園區 一起來動手做，玩創意！