島國沙龍 V：無人機Ｘ自駕車 — — 智慧世代的機械科技
台大電機系吳瑞北 教授／報告
島國前進秘書處／整理
以「島國沙龍 II：台灣資通訊產業的競爭力」作為引子，島國前進再次邀請到自主化時代科技發展專家，吳瑞北教授。吳瑞北教授目前任職於台大電機系，也是無人載具研發設計中心的主任。吳教授於2012～2016年間曾擔任資策會執行長，對於臺灣資訊產業發展的理解與掌握，不只著眼在學術與技術面上，對於政策與國際市場脈動也非常清楚。在島國沙龍V，吳教授以他這一兩年來參與無人載具開發的一些心得來與聽眾分享。
吳瑞北教授一開場便指出無人機的發展象徵了一個新的時代的來臨，目前在工研院，無人機不只是電通所在做，至少有另外3個所在做。每一個所在發展的項目與技術都不一樣。在吳瑞北教授看來「5G」大致上就是五個關鍵字：高、低、大、切、邊，「高」就是「高數據傳輸量」；「低」就是「低延遲」；「大」就是「大連結」，能夠將很多感測器（sensor）連在一起；「切」就是網路切片（network slicing）的方式；「邊」就是邊緣運算。5G這樣的發展對台灣產業是很有幫助的。因為台灣過去在做各種電腦硬體，這個「切」的概念與新作法，意味著相較於以往通訊的方式，只要你4G昇級到5G，每個裝備全部都要重買，這個「切」做下去會有新的局面，4G到5G只是比較上層做一些改變，底下其實不變，許多伺服器不需重買。就像過去所有大電腦都是IBM的，但是把硬體軟體一「切」開，中間把介面標準定義清楚，台灣做各種電腦伺服器非常擅長，就會變成了這個產業生態系中舉足輕重的一環，通訊上也是。另外，「邊緣運算」對台灣的資通訊產業來說也非常有機會，因為邊緣運算的服務的地點會靠近現地，台北市可以有台北市的伺服器就近服務，有很多應用可以立刻處理。但這兩塊不是今天無人機發展要關注的重點，無人機應用到的特性主要是這三項：「高」、「低」、「大」。
高低大能夠做什麼？「高速率」、「低延遲」、「大連結」這三件事是關鍵，但是這三項特性在5G裡是不會同時出現的。不同的運用會結合不同的特性，可能有些運用在連結上非常大，可是不會同時又要「低延遲」與「高速率」，不同產品會需要結合不同項目。而在這之中，又有哪些是5G最有可能即時應用到；並且即刻改變人類生活的特性？第一個就是高畫質串流影音：高速率＋低延遲；第二個是智慧製造：大連結＋高速率，或是高速率＋低延遲；第三個是今天的焦點，也就是「車聯網」的服務：自主服務的系統。那什麼是自主服務？有些典型的應用，像是高資訊量的部分有大數據傳送、虛擬實境（virtual reality），這些都是高速率。就「低延遲」而言，遠距醫療是一例，但是遠距醫療還是會結合高速率傳輸，因為一旦延遲比較長，沒辦法立刻反應，這樣的風險在醫療上是不能容許的。「大連結」則是連結多項感測器，會是智慧城市最主要的應用。
那麼在這之中又牽涉到什麼技術？首先是「行為識別（action recognition）」：偵測到人的動作，再去判定會出現什麼樣的狀況。以五萬人的體育館為例，應該要怎麼做安防？在這種時候就可以派出無人機，在體育館上方照相，同時無人機上面會有傳輸器、攝像頭。假設兩名步行中的女性遭遇到搶匪，其中一位女性做出抗拒的行動，無人機就會將這個「抗拒的影像」全部輸入電腦中，電腦接著會透過行為識別做出判定，再將訊息傳給安防人員，交由人員處理，這是一個可能的相關應用。此外，無人車也是一項可能的應用。目前無人車的應用有分到五個級別，其中一種做法是用類似模擬器來「遙控汽車」，這個概念是幾個人在中控室中模擬開車的操縱狀況，車上裝有5G設備，因此可以和路面聯網。所以車會知道「我要開去的前方是什麼路況」，這就可能比人還厲害了。因為5G的即時性，在行駛的過程中真的有狀況時，車會將即時傳輸回給中控室。不過這之中也涉及了AI，透過AI判定什麼時候車手要接手。舉例來說，在高速公路上的時候就可以讓車子自動駕駛，但是一旦開到市區交通狀況多的地方就要換人接手。所以在這樣的設定下，一位車手大概可以同時開5～6輛車，整個概念就好像中控室的人要操控車子的遙控。另外還有一項測試是：「遙控機器人（telexistence）」。這個概念是雖然看似是機器人與人在互動，但實際上是在遠方有一個人在利用5G通訊模擬那個機器人動作。所以當那個人和人握手；機器人就會和人握手。利用這樣的做法，很多很難、很細緻的動作機器人也可以做到，像是拿水杯倒水。最後一項可能的應用是「遙控旅行」。人不需要到現場，有一個機器人依你的意思行動並傳風景給你看，幫你和導遊互動，而操控者就像身歷其境一樣。未來如果因為疫情的關係若真的無法去旅行，這也許會是一種旅行的方法。
吳教授解釋，目前ICT產業能夠粗略分成幾類，從最早的「數位時代」、「網路時代」，到後來的「行動時代」，再來是「雲端、IoT的時代」，以及現在是「自主化科技時代」。「自主化科技時代」需要兩個基礎條件支持：1. 超高速運算，2. 超高速傳輸。由於超高速的運算與傳輸的能力，在過往可以做但沒辦法做到很好的事，現在完全變得可能。自主化科技時代的改變，在日常生活中應該已經可以逐漸看到端倪了：人工智慧、自主機器、無人飛行器、無人駕駛車……等等都是。然而在此同時，5G的出現也產生了許多問題。吳瑞北教授在2019年寫了一篇投書「5G的毫米波是台灣的存亡關鍵」。這其實在當時，吳教授注意到美國國防委員會提出了一個 5G ecosystem risks and opportunities for DoD。美國國防部那當時已經在談論這個問題了，也因此，吳教授在當時即預測了中美之間的科技戰必然會發生。從美國國防委員會提出的報告中可以見得，5G爭議其實是國安議題。雖然美國可以阻止中國進入美國，但是要是中國的華為進到歐洲去，在歐洲的盟邦都用到華為的技術的話，縱使美國的國防再嚴謹，只要有跟歐洲聯繫，機密資料就有可能會被中國竊取。所以這之中其實是有這樣的一層顧慮。
回到無人機的發展與運用，目前無人機的運用有：娛樂、農業、巡檢、測繪、安全、運輸……等等，但其實嚴格說來這些運用都回歸到兩項主要功能：照相與載貨。因此5G的到來會使上述這些應用出現幾個大的變動：第一個變動是天上出現越來越多無人機，如果無人機好好發展，做到可以載人的話，將來就不會有交通堵塞的問題了。而當很多無人機在空中時，空中飛航管理系統（UTM）就變得非常重要，缺乏妥善的管理會導致空中交通會的風險。第二個變動是「超視距飛行」。現在的無人機基本上都需要在視距內操作，飛行高度都是400尺以下。手動操縱，比較遠的就不能做了，那很顯然的，透過配合5G解決延遲的問題，就能讓超視距飛行變成可能。第三個是大數據傳送量。這三個5G帶來的改變使無人機的發展幾乎沒有限制：可以傳送的數據、影像不再有限制；地點沒有限制，甚至也沒有路途的限制。
如此推想，這樣的市場規模有多大？
吳瑞北教授以一份2016的數據說明，當時估計2016至2020年間，這五年內全球無人機產值應該有1000億美金，其中七成是國防；而除了這個以外有兩個比較大的項目：一是消費型無人機；一是商業型無人機。根據Equity Research的評估，消費型與商業型無人機的市場非常不同，消費型電子量很多，但是每台都很便宜；商用的則是量不多，但每台都很貴。那麼以2016年的估計來看，2020年消費型無人機產值會達到33億美金。吳教授稍微查證了一下，全球消費型無人機有七成到八成是中國大疆做的，而大疆2019年的營收是29億美金，由此可見這份2016年的評估有其準確性。那麼，這個評估繼續說道，到2025年之後，產值最大的不會是消費型無人機，取而代之，會是商用型無人機，產值預估會來到120億美金。120億美金是多少？台積電一年營收360億美金，所以商用型無人機的產業營收會等於三分之一個台積電！但是不同的是無人機開發不需要花費很多能源，是一個非常乾淨又賺錢的產業，所以台灣如果能做到的話將會非同小可！但是很多台灣的廠商都相當卻步，因為大眾普遍認為目前無人機市場已經有大疆了，以我國的產業規模根本拼不過大疆。確實目前消費型無人機的全球市佔率，七成都是大疆；然而，全世界無人機相關的專利，大疆擁有不到一成。我國的無人機廠商其實都很優秀，很有潛力，根據2020年交通部報告，全球無人機的應用高達1270億美金，其中最大的部分就是橋樑巡檢、農業、交通。光交通就有130億美金。由此可見雖然機器本體的營收比較小，但是應用的機會相當高。
那麼台灣呢？目前台灣製造的無人機成果如何？
根據統計分析，台灣目前可以做無人機的廠商有15間。大疆一間公司29億美金；台灣15間公司總和也才15億台幣。在台灣無人機主要系統廠商的整合商裡面，有做定翼機、多旋翼……等等，不同無人機型的廠商，各有其擅長的地方。但由於台灣無人機的需求主要來自公務單位，市場需求不大；同時，公務單位多購買國外的無人機，鮮少買國產的，他們也不太把產業發展當成其重點考量。真正對產業發展有責任、有任務的，其實是我國經濟部。經濟部對台灣各個大公司、大產業也是相當重視，但是對小公司的支持相對少。對於無人機的研發，政府提供的經費補助不多，也缺乏長期支持。因為是小廠商，政府持保守態度，但其實無人機未來多往智慧化的發展，台灣在這個領域不只很有能力，也很有機會。除此之外，我國政府的採購案中，有七成是採購大疆的無人機，總值三億多！美國政府2020年12月19日因為資安疑慮，已經下令禁止進口大疆的無人機，並將大疆列入貿易黑名單，吳教授認為台灣目前則還在盤點階段，應該儘速跟進，避免資安疑慮。
然而縱使無人機的市場這麼大，有哪些是台灣可以做的？我們每一項都要做到嗎？吳教授認為台灣還是應該挑選特定幾個，台灣有能力也有優勢的利基市場，並列舉了數項。
第一項是無人機的農業應用。無人機在農業上有兩類，一類是栽種；一類是觀測。像是國土資源的調查，可以利用RGB及NR近紅外光等四種光源去判定土地種植的物種。此外，養殖、栽種需要施肥施藥，近距離施作會造成身體負擔，應該開發無人機代行。有些開發其實不應該用產值去看，而是從國民生活健康安全的角度去思考。
第二項是橋樑安全應用。2019年南方澳跨海大橋崩塌造成6死13傷，政府因而花費1.85億元的經費裝置特殊性橋樑監測系統。然而，全台灣大約有三萬多座橋樑，平均年齡25年。三萬座橋一年只花3.7億維護，平均一座橋每年只有一萬元的預算進行維護。因此考量我國人民的生命安全，吳教授認為橋樑檢測的無人機開發至關重要。
然而上述這些科技應用，當然有相應的技術需要克服，諸如：鏡頭的活動性，要能夠仰視、平視、俯視。另外，橋下沒有辦法做GPS定位，因此無人機要能夠在沒有GPS定位時依舊能夠飛行、操作。再者，無人機上的攝影機也要有能力判定讀取到的訊息，故這之中AI是關鍵。這些都是全球無人機研發團隊公開、試圖解決的問題。關鍵在於政府應該如何配合、協助民間廠商，讓廠商在這個領域中取得領先機會。
吳瑞北教授也提到了工研院電通所闕志克所長在「島國沙龍 II：台灣資通訊產業的競爭力」提及的無人機飛行競賽，這是一項結合5G與無人機技術進行開發的無人機遊戲競賽。國外主辦單位2017來台灣辦理國際競速大賽時，由一位台大資工系畢業的學生以一小時一百公里的成績得到最速獎，但是以目前世界紀錄，一小時大概可以到三百多公里。因此，這種技術可以配合虛擬實境，創造遊戲商機。
過去，各界就有在開發無人機的物流實驗，2020年開始，這項技術實驗已經到了一個關鍵性，可以開始做物流運送，這之中包括Google的wing計畫，UPS、Amazon都有開始嘗試無人機物流。同一時間，當FAA開始同意無人機物流時，相關規範也會出現。事實上至2019年底，FAA已經用三年的時間要求無人機上要配置物件來配合無人機的空中管理。如果平時稍微有在關注，就會知道現在全球每年進行最多研發的公司是Amazon，Amazon一年投注268億美金投在研發上。全台灣一年全部的研發經費合起來，大概是100億美金，Amazon一間公司就268億美金。物流很顯然是Amazon的重點開發項目，那麼台灣有沒有可能成為提供Amazon無人機的基地？吳瑞北教授再次強調台灣在無人機全球供應鏈上的機會不容小覷。無人機在開發物流運送時所需要的技術很多：乘載的公斤數、行駛到山區需要抗風性、強續航力……等。這在台灣有一些先行計畫，但都僅僅曇花一現，如果沒有時常去關注、投注，就很難發展成為一個產業。
吳瑞北教授也另外提到了一個思考面向的機會。台灣坐擁群山環繞的自然資源，有潛力成為全球的登山聖地，不只是台灣人，全世界的人都愛登山，台灣以登山健行為主要運動的人口約有五百萬人，曾經攀登3000公尺以上高山的人口約有50萬，所以登山是一個台灣很重要的活動。然而，每年登山罹難的人口也不在少數。過去五年，平均每年發生210件山難，有20人死亡。2019年開始，行政院計畫開放山林，但是以我國在目前開放山林的配套措看來，開放山林很有可能會造成每年登山罹難人數增加。2020年因為COVID-19的疫情導致國人不能出國，轉向登山。雖然樂見如此，但山難也因此增加。所以建立登山緊急救難機制是必須的，要讓登山是一件安全的事。在諸間無人機廠商中，台灣有一家公司叫智飛，控制技術做得相當好，2019年底在鎮西堡發生山難時有派出翼展3.5公尺的定翼型無人機進行搜查，但不幸最終還是無功而返。
因此無人機要作為登山救難機制的一環，其中的技術需求有：飛機要能夠長滯空、對抗非常惡劣的天候環境、不需要太長的跑道就能夠起飛。這些技術有一定的難度，譬如說，考量到山區都是樹，現在所使用的光學酬載技術要在山區救難相當不方便。再者山區範圍很大，要用熱感應搜尋也有困難。所以吳瑞北教授認為安全高山的解決方案有兩個關鍵：一是不是要想怎麼把人救回來，而是要儘快找到人，再空投生存物資。因此，吳教授提出的解決方案是登山客應該要隨身攜帶一個「信標」，最好是連結WiFi，不需要靠4G的基地台也可以用，讓登山客的人身安全可以被掌握與定位。吳教授目前正在做信標的相關研究，由此也可以連結到無人機的辨識與定位。
針對台灣2019年三次報導無人機入侵機場造成國安問題，吳教授也寫了投書進行評論，並提出了他握有「無線聽波定位」技術，也已申請了專利，可以做進一步的開發。三次無人機誤入機場的結果都是查無無人機。這背後的原因在於現在無人機很多，只要在機場，有任何光點跑出來，就會被疑似為無人機。因此，要解決這個問題的根本要件，就是要能夠分辨什麼是光點什麼是無人機。吳教授表示政府雖有意購買相關設備技術，但是他作為研究方，需要政府先投注成本協助開發，才有可能發展成有用有效的工具。在政府預算有限，分配有大有小的現況下，吳瑞北教授認為「軍民通用」是一個可行的做法。國軍一年投人無人機的預算高達好幾十億，軍方向美國買武器時只要規定需提撥1%給產官學研究，就綽綽有餘了，做出來的成果軍方、民間都可以用。通訊部分的功能可以這樣做，酬載也一樣。上述的幾項應用：農業、橋樑巡檢、電競、高山巡檢、軍民通用，其實各國政府都在積極開發中。
再來看到法規的面向，要合法飛，需要有一些配套規範。場域也是。台灣在場域應用上比較吃虧，以美國紐約為例，美國政府提供了一個50英里的飛行長廊作為無人機開發試飛的場域。這在無人機開發上市是必要的，沒有適合的試飛的空間就沒有辦法發展產業。韓國在仁川松島也有開發無人機的產業發展基地。國際上，日本、韓國、歐洲、美國都有成立相關組織在做測試參與。
那麼在細節上，各個國家怎麼做？
美國北達科達州成立無人機園區（Grand Sky Drone Park），原是空軍基地，現為美國第一間商業飛機測試基地，讓學校、研究機構去做研發，附近北達科達大學內部也成立自主化系統研究所 (Research Institute for Autonomous System)，但箇中關鍵就是政府有提供研究單位空間、經費去做這些研發。
我國姑且不和這些大公司、大國家做比較，但是以丹麥為例，縱使國家規模不大，但也設有全國無人機發展策略，其中包括成立聯盟、測試中心；讓學校機構做研究；配合國家政策。丹麥的優勢在於它的上方就是北海，有好幾百公頃的空間可以做試飛、測試。丹麥政府也資助了幾間重點學校，三間學校分別為Danish University, Aalborg University, Aarhus University，這三間學校都在附近。吳教授認為台灣應該多學習這種小國的發展模式，目前丹麥已經是歐洲展無人機的基地了！
在亞洲，新加坡是我們可以參考的例子。新加坡不比台灣大，但他們也成立了緯壹科技城，以成為亞太航空產業強國為目標，目前甚至已在科技城中測試空中無人計程車的概念了。他們的策略，簡單來說就是：開設一個科技園區，丟入多筆開發經費，讓研究人員或開發人員可以在園區內測試各種新的想法。
台灣也可以朝這個方向去做，像宜蘭北邊就有這樣的空間潛力。如果我國在宜蘭設立航空園區的話，宜蘭有機場，外面也有幾百公頃的空地可做測試飛行，也可以有大學（宜蘭大學、台灣大學、海洋大學）作為研究基地，吳瑞北教授一再強調台灣應該學習丹麥的經驗，以台灣現有的技術與資金規模，我們應該是做得到的。丹麥政府一年提供1200萬歐元的研發經費；反觀台灣，其實我國交通部有主導一項無人機產業發展計畫，也有訂定產業小組，希望籌組台灣的無人機國家隊，為此也有無人載具創新實驗條例，但就是沒有經費、沒有好的機制，因此就現況而言很難做到。
在台灣各部會之間，目前交通部在相關議題上是相對積極，可惜交通部不負責做研究開發，是做服務；研發基本上是由經濟部主導。然而我國政策主事者對於發展無人載具的疑慮是產值低，吳教授強調但是在李國鼎時代電子產業產值也不高，但是當時的主事者有遠見，才造就了台灣當前在電子產業的先行優勢。所以產業價值不能從表面思考。
在吳瑞北教授等人的倡議下，台大在2020年初成立了台大無人載具研發設計中心。吳教授在中心成立後廣邀師生，總共有70幾位師生有興趣，目前都是中心成員。然而中心成立至今因為沒有經費，尚未有人投入研發，成員之間只是作為興趣在切磋討論。不過可以見得，對無人機開發有興趣、有技術的人很多，一旦經費到位學校就已經有人才與研究能量投入研發。目前吳教授也投入了許多心力在人才培育上，有開設無人機培訓班。另外，吳教授的另一個重心在計畫於台大校園建立UTM系統，接下來也將努力爭取研發計畫，組織相關專業的老師投入研究。下一階段則規畫與產業公協會合作成為無人機的產業國家隊，最後，如果可能的話，吳教授希望有機會參與國家航空園區的建設。
2017年吳瑞北教授參選台大校長時便提出了一個政見：在台灣利用台灣兩條河：淡水河和基隆河，兩線：捷運及高鐵沿線，兩條兩線，大台北地區加上基隆地區，在河邊一公里上下可以開發物聯網、無人機，做一個空中走廊。裡面開放創新頻帶 (Innovation band) 作為通訊用。因為無人機絕對是台灣產業的新藍海。
回到世界當前的處境，吳瑞北教授直言台灣現在坐擁關鍵的歷史機緣，除了是目前新冷戰的焦點外，很多國家也因為台灣優異的防疫表現注意到台灣。在這之中有不少機會，第一個機會是現在適逢AIoT（AI+IoT）重要發展時刻，美國在成立淨網計畫時也有將台灣納入，這是台美之間的機會。此外，台灣因為防疫表現獲得世界的信任，在發展軟體產業上，信任是關鍵。因為疫情，世界各國的趨勢是硬體「零接觸」；但是在軟體服務上要做到「零距離」。上述的世界環境與全球情勢使自主化時代比起過去所預期地更早到來，影響的層面比我們過去所想像的更廣、更大。最重要的是，這也讓台灣也更有機會在之中扮演重要角色。
吳瑞北教授認為經濟部應該扶持台灣的產業關鍵技術，面對新時代、新技術，應該也要有一些新的做法。吳教授的建議是IS-DOT，其中IS代表創新社會(Innovation Society），這樣的做法近年來在歐洲相當盛行。而政府就把研發以DOT的方式（develop operate & transfer）推動，廠商得以獎補助方式提供計畫，智財權屬於國家，但開發者享有一定年度專屬授權，或者優先50%議價技轉。吳教授再次強調政府要鼓勵、敢用台灣的發展成果，擴大限制性招摽。
吳教授最後小結，無人機象徵著「自主化新時代」的到來。受到新冠疫情的影響，商用無人機及相關服務的產值大輻提昇，在此同時，5G帶來的高資料量傳輸及低延遲使無人機的發展如虎添翼。來到全球歷史情境，中美之間的科技戰爭勢必會延燒，除了研究方、製造端的努力，政府也應該積極參與，特別是經濟部與交通部應該積極主導，組成無人機國家隊，以物流運送、橋樑巡檢為主要應用開發，同時，國防部應推動「軍民通用無人機」，積極布局。 透過產學研合作，無人機市場有望成為台灣產業的新藍海。
