當大火蔓延、地下涵洞無訊號，人類難以深入的險境該由誰挺身而出？工研院串連產學研打造的國產四足機器人能匍匐爬梯、可於攝氏百度的酷熱與濃煙，替代真人穿梭火場、深井等危險場域，減少人員風險，也讓臺灣機器人產業鏈得以串聯茁壯，打造下一波產業競爭力。
四足機器人被視為人形機器人的試金石，隨著新一代AI具身智慧技術快速發展，四足機器人因重心較低、結構穩定、驗證場域多元，可加速驗證足式運動控制、小腦平衡演算法、實體AI大腦感知及關鍵供應鏈，成為市場商業化的重要先鋒測試平台。
面對複合式災害及基礎設施維護需求，打造「韌性社會」已成為重要政策方向。在經濟部產業技術司支持下，工研院攜手國內產學研團隊，整合機械、馬達、感測、資通訊、半導體與AI技術，建立國產四足機器人研發平台，打造出大型、小型與群控等應用。
小型四足機器人能爬樓梯、匍匐穿越狹窄通道，大型則搭載熱影像、氣體感測器與光達（LiDAR），擔任火場先遣偵察；多隻四足機器人可分工搬運物資，代替人員進入高風險環境，加強資料收集，現已完成地下涵洞巡檢、自主導航、群體協作及消防救災等驗證。工研院副院長胡竹生表示，本次展出的四足機器人從頭到尾皆由工研院研發設計，透過此平台除證明工研院研發實力，也提供臺灣零組件廠商來此驗證，進一步協助他們打入國際市場。
走出平坦工廠 進入高風險場域
既然機械手臂與輪型機器人早已進入工廠、醫院與物流中心，為何還需要控制更複雜的四足機器人？答案就在於它能走進「輪子到不了的地方」。工研院機械與機電系統研究所智慧機器人技術組組長游鴻修指出，工廠、醫院屬於可預測的環境，火場與災區卻隨時可能因煙霧或坍塌改變路徑，四足機器人能代替人類進入高風險場域執行火場偵察、基礎設施巡檢與環境監測，降低第一線人員的工作風險。
工研院開發的兩款原型機各有優勢：小型機種可負載約5公斤，最高速度約每小時7.2公里，適合狹窄涵洞；大型機種可負載約20公斤，能搭載光達、熱影像及氣體感測設備，適合執行高負載任務。不過要四足機器人靈活運作並非易事，每次抬腿、落腳與轉向，背後都是機械、控制、感測、通訊與AI的即時協作，必須仰賴跨領域的共同研發，才能讓各項技術穩定運作。
游鴻修以人體比喻工研院跨領域團隊的分工：機械領域負責「身體與小腦」，掌握機構、關節驅動、步態與自主平衡；資通領域負責「大腦」，處理自主導航、路徑規劃與多機協作；感測領域則如同「眼睛與感覺神經」，提供慣性量測、熱影像、深度影像及各類感測模組。這些技術必須從硬體、運動控制、智慧決策一路整合至場域應用，才能讓四足機器人辨識環境、穩定移動並完成任務；系統整合並非把功能疊加在一起就好，增加感測器雖能提升辨識能力，卻也會增加重量、耗電與運算負擔，提高馬達扭矩可增強負載能力，卻又牽動散熱與續航，如何在性能、重量與能源之間取得平衡，正是跨部門研發最艱難的挑戰。
軟硬體合作無間 達成動態平衡
在一般環境中，四足機器人可透過RGB攝影機辨識地形、障礙物與周遭狀況，一旦進入火場視覺受到遮蔽，單靠攝影機無法看清，必須結合熱影像、LiDAR及其他感測設備，蒐集熱源、空間位置與環境狀況，並將資訊即時回傳，協助現場指揮官判斷火場風險與搜救方向。游鴻修進一步說明，尋找受困者不能只憑單一訊號，熱影像雖可偵測溫度差異，但火源、高溫管線與設備也會產生熱訊號，為提高辨識準確度，系統須透過AI融合熱影像與RGB影像，綜合判斷眼前目標再搭配LiDAR建立的空間資訊，掌握目標所在位置，才能降低誤判，提升火場偵察與搜尋受困者的成功率。
數位孿生加持 已通過高溫偵察驗證
除了辨識火場環境，四足機器人也需在未知地形中穩定移動，有時表面看似平坦，底下卻可能懸空，當其踩踏後發現腳底落空，就會啟動姿態平衡機制，結合慣性量測、關節位置及足部接觸資訊，重新調整重心與其餘3條腿的支撐力量，避免機身傾倒。由視覺負責預測前方環境、足部感知與姿態控制則處理突發狀況，兩者合作無間，四足機器人才能迅速調整步態、維持穩定。
要讓4條腿迅速完成調整，關鍵在於精密的關節控制。四足機器人共有12個主要關節，控制主機必須同步掌握每顆馬達的位置、速度與扭矩，由東元電機與工研院共同開發整合驅動器、減速機、編碼器與控制系統的高扭矩關節模組，不同於沿固定軌跡運作的機械手臂，四足機器人每次落腳都會衝擊馬達與減速機。工研院另外研發出具儲能效果的「彈簧腿」，在踩踏時透過機械結構吸收能量，並於下一步釋放，有效降低馬達負擔、提升續航力，這項設計對整機的節能與行動效率很有幫助。
不過，具備靈活關節只是讓四足機器人「能動」的第一步，要在面對不同的坡度、障礙與地面條件時知道如何落腳，還需要大量訓練，若全靠實機反覆嘗試，不僅耗時，也可能損壞昂貴機體。團隊導入「Sim-to-Real」數位孿生技術，先在虛擬環境中訓練控制策略，再移植至實機驗證，平台運用NVIDIA Taipei-1超級電腦與NVIDIA Omniverse模擬平台，超過4,000隻虛擬四足機器人同步在不同坡度、摩擦力與障礙下反覆練習，模擬過程還會加入重量變化、反應延遲與感測雜訊，四足機器人的足底觸覺也會同步回傳受力方向，協助控制系統修正動作。
為了驗證四足機器人在高溫、濃煙與視線受阻等環境的穩定性，工研院自2025年前往南投竹山消防訓練場實測，通過消防署認定的第三方單位測試，成為國內首例完成消防四足機器人功能測試的案例。測試中，四足機器人可在距離火源2公尺、天花板溫度達攝氏100度的環境中，持續執行15分鐘偵察任務，並在濃煙下穩定回傳資訊，先替消防員進入高風險區域蒐集寶貴情報。
除了火場，地下涵洞也是極需四足機器人代勞的高危環境。狹窄黑暗的涵洞內，不僅無法接收GPS訊號，還得克服通訊中斷、積水的挑戰。搭載LiDAR的四足機器人可在未知環境中建圖、定位、避障並判讀儀表，針對涵洞內的通訊死角，可透過點對點（Ad-hoc）架構建立臨時區域網路來傳輸資訊。更重要的是，四足機器人的避障與動態平衡控制都在機器端獨立完成，即便外部網路中斷，仍能維持平衡並持續執行任務。
多機協作、技術自主 形成國產供應鏈
在多機運作模式上，小型四足機器人體積小、機動性高，適合進入地下涵洞或危險區域探路；大型四足機器人具備高負載力，可搭載熱影像、氣體感測器與LiDAR蒐集更完整的現場資訊。當任務範圍擴大，例如接力完成長距離巡檢或物資運送等，就能同步控制多隻四足機器人分工合作。
游鴻修指出，多機協作的難度高於單機控制，因為每隻機器人不僅要完成自身任務，還必須分享資訊互相支援。透過工研院建立的群控研發平台，可依不同場域需求，持續開發通訊協作與多機配合等功能，讓不同尺寸與能力的四足機器人一起完成任務。
相較國外四足機器人多採封閉式架構，國內業者難以依臺灣場域需求做客製化，更換零組件或調整機體，也不易將自行開發的零組件裝上實機測試。為此，工研院建立開放式研發平台，讓業者能依不同應用需求，進行零組件驗證、系統整合與場域開發。目前國內大廠如所羅門、仁寶、英業達、創博、來達科技與東元電機等業者，已投入整機製造、系統整合、控制器、LiDAR、關節馬達、慣性量測與AI軟體開發，透過共同平台，各家技術能在同一套系統中整合、測試與驗證，逐步形成自主機器人的國產供應鏈。
工研院產業科技國際策略發展所經理黃仲宏指出，全球四足機器人市場目前以消費型為主，軍用、工業用單價高、成長快，帶動高值應用；技術發展上，高性能塑膠複合材料聚醚醚酮（PEEK）是輕量化的重點，未來四足機器人可在無地圖環境中，依語言指令自主導航，大幅拓展應用場景；市場競爭態勢方面，主要會由歐、美、亞洲業者共同參與，呈現技術與市場雙輪驅動、競爭與合作並存的複雜生態。
資料來源