結合 3D 列印與拓墣最佳化，軟體機器人設計流程大幅改進

作者 Alan Chen | 發布日期 2021 年 07 月 12 日 17:50 |

新加坡科技設計大學研究團隊，近期在《進階材料科技》期刊發表研究成果，運用逐漸成熟的 3D 列印以及拓墣最佳化技術，大幅改進現有軟體機器人的設計流程，使材質運用、結構強度和運動表現都優於傳統設計生產方式。

軟體機器人（Soft Robots）是受到軟體動物及海洋生物的啟發，使用軟性材質製造，可做出與傳統硬性材質機器人不同的運動方式與功能，是機器人工程的一項新興領域。

由於先前缺乏一套有效的設計工具與流程，軟體機器人設計多半以手動方式打造機體，在誤差控制上較缺乏效率，因此由 Valdivia Alvarado 博士帶領的團隊，以 3D 列印的方式改善機體製造的穩定性，並使用拓墣最佳化（Topology Optimization, TO）技術，在輸入機體外型規格數據後，讓電腦以數學模型快速計算出最佳的內部結構組成，使設計和生產流程速度和穩定度提升許多。

研究團隊運用這一套設計組合，打造一款魟魚造型機器人，這款軟體機器人運用海洋生物的流體力學設計，加上軟性材質機體，可以在水中達到比傳統遙控潛水艇更快的速度，和更靈活的轉向。

在機體設計過程中，除了軀幹部分使用軟性材質外，最重要的魚鰭部位，研究團隊分別使用傳統設計方式，打造出硬性和軟性材質的魚鰭，再加上運用 TO 技術計算出來的混合材質，共三種構型進行實驗。

實驗結果顯示，使用 TO 技術與 3D 列印打造出來的混合材質魚鰭，在速度、強度和靈活度表現上，都比傳統方式設計的材質提升了 50% 以上。

Alvarado 博士指出，新的設計工具使得將來的軟體機器工程領域，設計者能夠更快速特製自己的機器人，並且減少機體打造過程的誤差，以及結構設計上的盲點，將使軟體機器人領域的發展進度更加快速。

附圖：▲帶領研發團隊的新加坡科技設計大學 Valdivia Alvarado 博士。（Source：SUTD）
▲研究團隊使用 3D 列印與 TO 技術，打造一種魟魚造型的水中軟體機器人，擁有更好的水中運動能力。（Source：lowjumpingfrog from Salt Lake City, USA, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons）

資料來源：https://technews.tw/2021/07/12/sutd-team-advanced-the-design-flow-by-combining-3d-printing-and-to-technologies/

說到3D模型的材質，如果你是Blender的使用者，那就不一定需要使用外部的材質工具了

因為Blender本身就提供了非常棒的材質系統，讓你可以一邊經由EEVEE即時算繪引擎直接看著材質效果，一邊調整材質節點或是繪製貼圖，讓你的視覺思考保持連貫。

(想當初使用Cycles算繪時，每次調整節點之後的漫長等待真的是有夠痛苦，而且最後算出來還會長的不太一樣XD)

同時只要使用簡單的節點調整，配合好的貼圖(很重要)，不需要什麼複雜的數學公式或示瘋狂的節點連線，就可以有非常棒的效果呈現，不管是卡通或是寫實材質都是。

想想別的軟體還需要另外的算繪引擎，再看看Blender自己內建了EEVEE(即時算繪)跟Cycles(物理寫實)兩套算繪引擎，Blender超棒！

所以說，快來一起玩吧~

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#學習寫程式 #誰可以成為軟體工程師 #小吃貨轉職日記 #個人心歷路程

不知道是否還有人記得，很久以前我問了大家一個問題是，覺得什麼樣的人可以成為軟體工程師。

其實一直以來，我覺得只要會英文的人就可以學會寫程式，就可以成為軟體工程師。

為什麼會這麼覺得呢？

首先，就像是，你覺得誰學會使用電腦是一樣的道理。如果你在三十年前問大家這個問題，可能很多人會覺得，只有念相關科系的人可以學得會。

在我們還在DOS的時代，還在打指令的時代，那時只要會打字，就可以成為文書處理專業。沒錯，那個年代，文書處理是一個科系。

但現在，有誰會去大學念一個科系，只有學打字使用Microsoft Office系列。

當然，軟體工程師也並不是一個容易的職業，就像我之前提過的，這個職業也有很多利與弊，不是像外面形容的那樣，好像坐在電腦前面打打字就可以做的，或者像其他工作那樣，可能學了一技之長可以用很久，這個行業的一技之長，可能很快就過保鮮期了。

回到學習寫程式這件事情，在台灣聽很多人都說，「啊！寫程式就是要有天份啦！」「聰明的人啊！」也看過很多網路上的人在吵，資工vs 資管 vs 非本科系什麼之類的。

最近有朋友問我說，為什麼在台灣的時候學不會，可是來英國以後我就學會了，是因為來英國以後特別努力嗎？

其實你到現在問我學會了嗎？我也不會跟你說我什麼都會。但的確光是coding這點，我覺得在台灣學習跟來英國學習最大的差異還是在，學習的動力上面。

在台灣的時候，其實有點為了學而學，從來沒有思考過自己是否真的有興趣，有時候以為自己其實也滿有興趣的，因為那些東西以前沒有碰過，可是只要碰到一點瓶頸 ，就會開始退縮，覺得好煩喔！這些東西怎麼這麼難，只要上課聽不懂老師在說什麼，就會很不想繼續學。

在台灣除了去資工系修課以外，也有去台大資訊系統訓練班上過課，也有上過一些線上的課程。

幾乎都是同樣的感覺，甚至覺得，自己是不是年紀大了，感覺什麼都學不會，聽不懂，自己好像很笨。

來了英國以後，上課的第一天，老師說，我會用英語授課，而且不會為你們放慢速度，因為你們必須要去習慣。當時覺得自己更不可能聽懂，也不可能學會。

可是我們上課的狀況通常是，一天上課兩個小時，上完以後有兩個小時的實驗課，大家坐在電腦前，老師一個一個看你做的東西，從很小的東西開始學。

我覺得這個應該算是滿關鍵的，就是有沒有動手實作。然後不會的話老師也很耐心的教，此外老師還有另外的課後時間，只要我們有問題都可以去找他。

在實驗課的時候，中間只要卡住，老師也會盡量讓我們自己去思考，而不會直接告訴我們答案，例如會問我們，為什麼你想這麼做，這麼做的原因是什麼。

我記得很久以前在台灣的大學，問了老師一個問題，老師的答案是，你以後就會知道了。當下其實就讓人覺得有點反感，而且後續問老師很多問題，老師也是都這樣，這個以後就會學到了。

我自己算是一個滿會因為老師而喜歡一個科目或不喜歡一個科目的人。就像我小時候很討厭數學課，也是因為不喜歡數學老師。也不是真的不喜歡，就是有一種覺得，反正老師也不在乎我學不學的會，只在意那些學得好的人。

在台灣也聽過很多人說，啊要學會寫程式，數學就要先打好基礎，數學不好怎麼寫程式。可是真的成為工程師以後，在工作上根本沒用到什麼基礎數學啊！

其實在英國也遇過很多數學系畢業的，可是害怕寫程式的人也很多，他們這邊通常學校會有一兩堂課是寫程式，可能學個Python, 像我之前念書的學校，學不好的很多，一些很厲害的大學的數學系，也有人就乾脆放棄那門課，不學，因為覺得很複雜，他們寧願把時間拿去研究純數。

不過現在的電腦，都會幫你做好各種基本數學運算了，大部分現在的程式語言，你要跑什麼線性回歸什麼的都幫你做好了，也想不到什麼時候會用到三角函數之類的，除非你的工作是什麼data scientist 之類，可能要建立複雜的數學模型，或者quant 那類的，不然就算你要做Machine Learning這類的東西，也有很多已經現有的工具，軟體工程師大部分就是拿來跑一跑。

要是你真的是做機器學習相關的研究，人家也不要你軟體工程師，人家要的是資料科學家背景，人家至少要你有個PhD唸完再來，你要至少會讀paper, 寫paper做研究啊!!

如果是醫學相關的軟體，需要有專業技能，人家也要找醫學背景的來，如果是金融相關的，需要有非常多的金融專業技能，當然也是從金融背景的比較容易。

通常軟體工程師，普通的軟體工程師職缺，就是不太會需要太多納些相關的專業領域，他們也願意你進去了再學，你主要需要的是快速學習、適應環境的能力，還有溝通能力，這樣如果跟其他專業領域的科學家、研究員、分析師溝通之類的，至少你可以不會有太多的障礙。

當然，軟體工程師的工作也可以細分成很多領域，像是遊戲產業的軟體工程師，或者IoT產業的軟體工程師，甚至還有像是軟體架構師、軟體分析師、資料工程師之類的，他們可能需要使用到的技能也不一樣，但也不會沒事就需要叫你算個三角函數之類的.........通常你的背景還是在於你對於寫程式的熟悉程度，你會使用那些工具，你是否是個團隊合作的人，能否跟大家一起寫程式。

總之，回到前面說的，所以到底學習寫程式需要什麼，英文真的是很重要的一環，因為程式語言本來就是英文為主，在來就是網路上的資源，也幾乎都是英文為主。還有你寫程式的環境，也幾乎都是英文，像是你使用的工具，回報給你的錯誤訊息也常常可能是英文的。

來英國以後一直在思考的一點，在台灣討論到會不會寫程式，或者學不學的會，通常英文好的話，也可能在閱讀文件方面比較快，可以快速學到一些東西。

語言也不是全部，如果已經在工作的話，工作環境也很重要，學習環境也很重要，在學校如果遇到一個很好的老師，或者有一起學習的夥伴們，也會比自己一個人獨自專研來的快，不過每個人的學習方法不同，更重要的是找到自己喜歡的學習方法。

反正如果你想學的話，也不用管其他人講什麼，想學就學啊！當初我要學的時候，也很多人覺得我不可能學的會或者不可能成為軟體工程師之類的。

其實也不是因為我原本念歷史系的原因，主要就是，大家覺得，我是一個沒有邏輯，邏輯不好的人。還有覺得我是一個三分鐘熱度的人，以及數學指考考了不到30分。這些我也都寫在部落格裡面了，所以一直以來都有在看我文章的人，大概也都知道了。

當時，我大概聚集了所有身邊當工程師的朋友，都覺得不可能會成為工程師的因素吧！但現在我還是做為一個軟體工程師賺錢就是了。

有時候想做什麼就去做，反而是一件比較容易的事情。尤其是學習這種事情，網路上也有很多資源可以學習也不一定需要花錢。

在學校的時候，除了老師給予我一些自信以外，另外也是在英國認識了一些人，給予了一些鼓勵，有些素未謀面的人，也有些一面之緣的人，可能也是因為他們不認識原本的我，所以都覺得，沒有什麼是我不能找到工作或成為軟體工程師的原因。

現在想想，或許這就是初生之犢不畏虎的概念，當初沒有想太多就跑來英國，然後來了以後才開始覺得必須要努力一點才能找到工作，中間也遇到了很多困境，工作以後也曾經想過要放棄當軟體工程師，想要去當個什麼辦公室助理之類的。

也經歷了很多覺得很困惑的時期，雖然自己現在還是滿困惑的。但我覺得如果你真的想要學習或者轉職，只要做好功課(這點真的滿重要的，至少不要覺得只是看別人好像不錯，就決定要去做，至少要衡量一下利與弊)，就可以去做吧！也不用管別人說你適不適合走這條路怎樣的。

每個人適合走的路也不太一樣，還沒走之前都看不到，就算你看身邊的人都怎樣，自己還是自己。

在我們眼前的，是麥塊最新的物理引擎。當你打破一個方塊，它會像真實世界那樣，碎裂一地。甚至一個方塊的破碎，還會影響到另一個方塊，從而實現蝴蝶效應。

當你丟出一個物品，它不再只是被扔到地上，而是像投出棒球一般，形成一個完美的拋物線。

我們要在這邊鄭重宣布：無限水源，從此刻起，永不存在。當別人還在學習一加一等於三的時候，你會代牛頓揍他一拳，告訴他，這才是真正的數學。

牛頓曾經說過：如果說我的麥塊，來得比別人更好玩，那是因為，我站在模組巨人的肩膀上。

為了實現最真實的物理效果，我們這次會安裝四種物理模組：

00:00 《真實物理》模組推薦

00:52 Physics Mod 物理引擎
https://www.curseforge.com/minecraft/mc-mods/physics-mod

02:36 Dropz 真實掉落物
https://www.curseforge.com/minecraft/mc-mods/dropz

05:02 Fluid Physics 流體物理
https://www.curseforge.com/minecraft/mc-mods/fluid-physics

07:06 Water Erosion 流水侵蝕
https://www.curseforge.com/minecraft/mc-mods/water-erosion

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以下為本段內容文稿：

我還記得在學生時代的時候，「化學」這一門課，我一直學的不好。

但是我一直記得，化學的「元素週期表」的發現者，叫做門德．列夫。他自己說喔，「元素週期表」是他在睡覺的時候想到的。

是這樣喔，有一天晚上，他一個人在家，他邊玩接龍、邊想著宇宙的本質的時候，想著、想著就打了瞌睡…。

當他打瞌睡醒來之後，他就知道宇宙的原子，應該要怎麼排列。於是創造出這個大家都知道，也大家都覺得很頭痛的「元素週期表」。

其實我們知道門德．列夫，他不是唯一從「夢中」得到靈感的科學家。然而關於「好好的睡一覺」這件事，到底對於我們的大腦運作，或者是我們的創意發想，有什麼幫助呢？

我讀到了一個實驗研究，很有意思哦。這個實驗研究，就是給學生去做一個數學的難題；而這些學生並不知道這個難題，事實上有一個「捷徑」可以馬上解出來。

但他們可能在解題的過程當中，會發現這個「捷徑」。研究者就很好奇，有沒有任何方法，可以加快學生會發現這個捷徑的速度？

答案是有的，如果你讓學生先睡一覺再說的話！

他們的實驗是這樣做的喔，第一組學生是早上10點，到實驗室來解題目。如果解不出來的話，就告訴他們晚上10點，再來做一次。

而第二組學生，是晚上10點鐘來做題目，也是一樣做不出來；於是呢告訴他們，明天早上10點鐘，再來做一次。

這兩組、兩次做題目的間隔時間，都是12個小時。只不過第一組，是早上10點到晚上10點；而第二組，是晚上10點到，第二天的早上10點。

雖然同樣經過12個小時，但是第二組的人，是回家睡了一覺，然後再到實驗室報到。

結果發現哦，第二組的人，在早上進實驗室再做一次的時候；在22個裡面，有13個人發現了捷徑。在比例上面，是有60%的人發現了捷徑。

而第一組呢？第一組只有20%的人發現了捷徑。這些人都是大學生，他們的知識背景、智力的條件，都是很相似的；唯一不同的就是，第二組回家睡了一覺。

後來這個實驗的模型，被其他的研究者，不斷的重複去做其它的題目的測試。但是發現一件有趣的事，不管怎麼改變實驗的過程，有睡覺的那一組，和沒睡覺的那一組，在解題成功率上面的比例，幾乎都是三比一。

那當然，科學的研究是會進步的。在近幾年大腦的研究，跟相關的實驗也發現，好好的睡一覺，對於視覺的辨識；像是從一堆相似的物體當中，找到目標的能力，這是「視覺的辨識」。

還有「動作的適應」，比如說彈性調整動作跟技巧的能力。或者是在一些序列性的動作上，比如說記得一個專業的技術、記得一段舞蹈動作。這些表現都跟你有沒有好好睡一覺，有相當的關聯。

所以從這個結果來看哦，對於學習的角度來說，「睡眠」是你的好朋友。

那麼我想當你聽到這一段內容的時候，清明連假即將要開始，你有好幾天的時間，可以好好的休息。

所以我很鼓勵你，何不趁這個連續的假期，把一些難解的問題，做一些簡單的整理跟思考之後，就不要再鑽牛角尖了。

好好的睡一覺，搞不好當你睡飽之後，回頭想想這個問題，答案就自己跑出來了！

祝福你，希望今天的分享，能夠帶給你一些啓發與幫助，我是凱宇。

如果你喜歡我製作的內容，請在影片裡按個喜歡，並且訂閱我們的頻道；別忘了，訂閱旁邊的小鈴鐺按下去，這樣子你就不會錯過，我們所製作的內容。

然而如果你對於啟點文化的商品，或課程有興趣的話，我們在4月1號，推出的一門線上課程，叫做「人際斷捨離」。

在我們的生命當中，難免會碰到一些我們不喜歡的人、不舒服的相處；這個時候，你怎麼樣去有效的劃清界限？甚至於，透過「建設性的衝突」，把自己的原則說清楚，讓傷害最小，但是你的自在最高呢？

我想這樣的問題，是很多人在乎、也很想圓滿它，但是卻不知道該怎麼做的。那麼「人際斷捨離」這一門課，就會一步一步的讓你學會，怎樣在人際之間，去畫出屬於你自己的界限？

並且，當遇到你不舒服的狀態的時候，怎樣讓傷害最小的狀況底下，讓這些有毒的、有害的、讓你不舒服的關係，或讓你不舒服的人，淡出你的生命；活出你想要的清爽與自在。

「人際斷捨離」這一門課，會帶給你這些前進與幫助，詳細的課程內容，在我的影片說明裡都有。我很期待跟你一起學習、一起前進，謝謝你的收聽，我們再會。