Meta元宇宙中專利系列介紹（二）： 元宇宙之眼–機械仿生眼專利
科技產業資訊室 (iKnow) - 陳家駿 & 許正乾 發表於 2022年6月27日
圖、Meta元宇宙中專利系列介紹(二)： 元宇宙之眼–機械仿生眼專利
要創造元宇宙，自然需要有眾多人類的數位虛擬化身(avatars)在其中活動，而如何讓這些數位分身在實體與虛擬環境中無縫接軌互為融合，去領受到人類橫跨虛實間享有感官之沉浸式體驗，則眼睛這個「靈魂之窗」，當然就扮演了元宇宙中至為關鍵的角色。從Facebook轉型後的社群媒體巨擘Meta，其踏出的每一步常讓人驚艷，這次它就推出了特殊的「元宇宙之眼」，被認為是Meta建構元宇宙最具企圖心的項目之一！
因此，要想在元宇宙中看到高保真度的花花虛擬世界，最需要掌握的重要關鍵之一，當然就是與視覺相關的創新設計。基於此，Meta於2019年6月在美國申請名為「雙軸可旋轉機械眼球」(Two-axis Rotatable Mechanical Eyeball)之發明專利，並於2021年12月獲准，其專利案號為US 11,192,246（以下稱本專利）。本專利中所謂的機械眼球，不僅具有近似人眼的功能，而且還可整合到類似人形機器人或其他類型的機器人中。
Meta要將機械眼球置於具有人類特徵之仿生機器人體內，其當然要先創造出逼真的人類化身，因此這些技術實際上，似乎是為建構「數位人類」(digital copies of people)所鋪設之前奏，網路上因而熱議，Meta終極目標係欲創設「元宇宙人」(Metaverse Humans)！而在陸續成型之過程中，就要不斷為其添加人類特有屬性，Meta遂先設計此近似人類眼睛的機械眼球，並植入仿生機器人頭內，再逐一按步打造出Metaverse的複製人，但如何實現雄心勃勃的計劃，值得後續觀察。
回到本專利的技術本質，其係一種高性能且逼真的機械仿生眼，請見圖一，為本專利之機械眼球的外觀示意圖，而圖二則為本專利之眼球追蹤系統結合仿生裝置的應用。根據圖一的技術揭露，專利請求保護之金屬球，其技術特徵在於，外殼（標號105）被配置為圍繞在固定中心點相交的第一旋轉軸線和第二旋轉軸線旋轉；外殼則包覆多個機械組件，其中機械組件又包含齒輪系(gear train)和相對於齒輪系旋轉的可旋轉部件，可旋轉部件使外殼可圍繞一個或多個旋轉軸線旋轉，機械組件透過驅動器而可致動外殼旋轉。
值得一提的是，機械眼球之所以可以如人類眼球一般活動自如，其實就是透過馬達（標號424）提供動力，以控制機械眼球的一切動作。具體而言，機械眼球的設計目的，在於模仿人眼的結構以重建人眼之特徵，例如圖一中的外殼（標號105）類比於人類的鞏膜的球形表面；第一部分（標號110）類比於人類的鞏膜；第二部分（標號115）類比於人類的角膜；瞳孔（標號120）類比於人類的瞳孔；以及虹膜（標號125）類比於人類的虹膜；其中機械眼球的瞳孔（標號120）耦合連接至影像感測器或光學感測器，以捕捉外界的訊息。此外，該機械眼球的體積與外觀，基本上與人眼相當，並且在外殼上塗有一層類似皮膚特性的覆蓋物。由此可見，Meta是企圖想要完美的去複製人眼，讓機械眼球對觀察者來說，看起來就是真的，如同圖二中所謂的仿生裝置（標號420）。
圖一
圖二
依圖二所揭露的內容，使用者的眼球追蹤系統（標號410）可透過VR眼鏡或是任何影像感測元件，自動追蹤使用者眼球的位置與移動，然後透過網路中的控制器（標號440），去控制仿生裝置（標號420）的馬達（標號424），讓馬達即時根據使用者眼球的位置與移動，而能夠控制機械眼球的動作。
雖然機械眼球的實際相關產品尚未問世，也不知Meta在元宇宙的具體規劃為何，不過卻多少透露出，Meta可能會以此眼球追蹤系統，做為未來元宇宙的發展主軸，好讓使用者透過AR或VR，在虛擬世界即時反應出其眼球動作與臉部表情，此一先進的專利，似已為Meta在元宇宙中之進展又跨了一大步。
由於Meta的前身，就是以廣告業務為核心的Facebook，所以根據機械眼球的專利來推測，Meta可能想透過精確地追蹤人眼的運動，來觀察使用者的眼睛在螢幕上的停留時間，這是因為使用者的注視方向和其瞳孔的活動，可能隱含其興趣所在和情緒狀態的資訊。舉例而言，眼球徘徊在某一圖片上，則可能顯示出該使用者之喜好所在，因此業者就可據此眼球運動追蹤系統的專利技術，對使用者推出投其所好之特定的商品或廣告，藉此在數位廣告中促進其商業上的發展。
至於本專利為何只瞄準眼睛而非整個頭部？因機械眼球可用於仿生裝置（或仿生機器人）的一部分，Meta認為此機械眼球之設計，就是為了與仿生裝置的頭部配對，因而先從眼球下手。Meta這個機械眼球的創造並非單一項目，最終將是為了讓其和仿生裝置的頭部來做配套連動，故而加速其開發AR/VR方面之應用。同時為了使眼睛看來是真實的，該機械眼球將搭配前述的影像感測器或光學感測器，來幫助其「看到」真實的世界，並基於追蹤到使用者的眼球移動資料，透過機器學習來訓練並提高其識別物體之準確性。這樣的技術在未來應用場景，大家可以想像一下，以往許多網站（例如網路銀行、訂票系統），為阻絕大量的惡意程式擷取網站資源而使用的一種可區分人類與電腦的驗證機制，即所謂的「CAPTCHA人機驗證測試」（全自動區分電腦和人類的公開圖靈測驗人機辨識Completely Automated Public Turing test to tell Computers and Humans Apart），往後機械眼球透過機器學習，即可短時間內如人類的眼睛結合大腦一般，可準確辨識或回答驗證碼圖片的內容。
乍看之下，Meta似乎創造了一個深度凝視的奇怪裝置，但其實該機械眼球不僅可接受人眼追蹤訓練，還可用作更準確地跟蹤人眼運動的工具。另外，這種極度依賴眼球追蹤的技術，也可連結其既有之AR/VR產品，如Meta很夯的Oculus頭戴式產品，未來透過此項機械眼球技術的加持，將有助於該公司實現其元宇宙的企圖；甚至透過此追蹤眼球的技術，而可能在元宇宙中打造獨特之商品推薦系統。此外，該專利還簡要提到一種仿生機器人的眼動追蹤系統以及人工實境耳機，推測其涉及Meta即將推出的Cambria VR耳機，因為Meta表示，Cambria項目將包含眼球追蹤功能，讓使用者的虛擬化身，即時匹配其眼球運動和面部表情，將使這種新奇的仿生機器人的眼睛，能隨AR/VR進入元宇宙空間。
此外，本專利還提到一種「複制人類或動物」之仿生裝置，其中可能包括隱含機械部件之「類人類皮膚」，並已在研究皮膚界面(skin interfaces)之課題。其實，Meta已非首次嘗試為仿生機器人添加人類特徵，在2021年11月Meta就宣布與卡內基梅隆大學(Carnegie Mellon Univ.)合作，宣稱已開發一高解析度之觸碰感應器(high-res touch sensor)，創造出一種具有觸摸感應器(touchable sensors)之輕質薄形的仿生機器人皮膚ReSkin，可使仿生機器人有觸覺的感受。據稱，基於新的環境觸摸數據，可用來創造元宇宙中逼真之虛擬物件和實體間的互動，而機械眼球和合成皮膚之探索，正是Meta之AI部門其中一部分的機器人實驗。(2476字；圖3)
作者資訊：
陳家駿 台灣資訊智慧財產權協會 理事長
許正乾 Midas - AI技術與科技專利顧問
參考資料：
Facebook Patented a Mechanical Eyeball. GIZMODO，2022/1/14
Facebook files patent for robotic eyeball. Robotics and Automation News，2022/2/1
Facebook Patented a Mechanical Eyeball. Extreme Tech，2022/1/18
Facebook patents the “mechanical eyeball 100” with characteristics similar to that of the human. GEARRICE，2022/1/14
Facebook Robot Will Have Human-Like Skin, Eyes: Is It Coming Soon? iTechPost，2022/1/18
META will Create Digital Copies of People and Upload them to the Metaverse. Global Happenings，2022/1/23
元宇宙之眼！Meta機械仿生眼專利曝光，還要裝在仿生人體內。新智元，2022/1/17
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