作者：陸向陽
機內使用樹莓派電腦運作的電子寵物：MiRo-E（圖片來源：Consequential Robotics）
談到電子寵物大家第一個想到的莫過於Sony的Aibo電子狗，或曾經轟動一時的Pleo小恐龍，但近期英國一家新創公司也推出電子寵物，同樣是電子狗，稱為MiRo-E（E有Education教育的意味）。MiRo-E也訴求情感陪伴，但也期望透過它激發低年齡層學童的程式學習興趣。值得一提的是，MiRo-E的核心是樹莓派（Raspberry Pi，RPi），到底MiRo-E與RPi有什麼關係？本文將介紹其開發歷程並分析其技術規格。
MiRo-E開發源起
Sebastian Conran是一位消費產品設計師，他在倫敦開設一間SCA design studio（Sebastian Conran Associates）設計工作室，而後與英國Sheffield大學機器人研究所的Tony Prescott教授、博士兼仿生機器人學家Ben Mitchinson及英國布里斯托機器人實驗室（Bristal Robotics Lab）合作，共同開發出MiRo電子寵物狗。
之後他們成立了Consequential Robotics公司，Conran為執行長，Prescott為共同創辦人兼總監，Mitchinson則為共同創辦人間技術長。公司的相關研究合作夥伴除原來的Sheffield大學外也包含加州電子系統開發商Buzzamo、量產工程與品質控制專業的Gadget Lab，以及英國開發與供應輔助技術的業者Inclusiviti。
MiRo目標是實現一個電子寵物，但MiRo本身也是一個機器人平台，期望有廣泛的程式設計師開發出能在MiRo上執行的程式，因此Consequential Robotics也提出MiRoCODE的開發環境供程式師撰寫程式。
撰寫好後需要將程式載入到MiRo內讓MiRo實際跑看看才知道程式是否合乎需求，若手邊沒有MiRo，Consequential Robotics也提供MiRo模擬軟體MiRoSim（根基於Gazebo robot simulator），將程式載入到模擬軟體上，在電腦畫面上以模擬方式展現MiRo的行為，從而評估與修正程式。
雖然模擬可以獲得一些驗證成效，但畢竟在現實環境中的狀況與變數更多，加上本意是要實現一個實際的陪伴型電子寵物，所以最終還是需要一隻實體的MiRo。
MiRoCODE程式畫面與模擬畫面。（圖片來源：Consequential Robotics）
MiRo-E的規格剖析
MiRo一開始推出的版本是MiRo-B，MiRo-B的系統電路板是完全客製打造的，後來發現學校的學童對樹莓派電腦比較熟悉，MiRo的另一個目標是引發學童學習程式的興趣，所以Consequential Robotics改變策略，改以樹莓派電腦為主控系統，從而實現MiRo-E。MiRo-E主要用的是RPi 3B+，即第三代樹莓派B型（Model B）的改進款，不過要換成效能、規格更佳的RPi 4B也是可以的。
由於MiRo-B是比較早初的設計，且使用RPi為核心的是MiRo-E，所以本文主要針對MiRo-E的規格進行更深入的剖析。
MiRo-E在沒有電池時約2.9公斤重，裝上電池（鎳氫電池，4.8V電壓、10Ah電量）後為3.3公斤，MiRo-E是以輪子行走，每秒可移動40公分的距離，MiRo-E在一般情況下其電池電量可讓其活動約6小時，待機則約12小時。
為了盡可能逼近一般寵物表現MiRo-E身上配置的感測器特別多，包含4組麥克風，取樣率20kHz、解析度16位元；並有2組攝影機，在1280×720長寬畫面解析度下每秒可取樣15個畫面，解析度降至640×360時則增至25個畫面，320×240則增至35個畫面；MiRo-E還有1組超音波測距器可量測3公分到1公尺的距離。
MiRo-E身上配置的感測器特別多（Source）
進一步的，MiRo-E共計有28處電容式觸控感測器（模擬寵物皮膚被觸摸拍打的感受），14個在頭部、14個在身體；光線感測器也是4組並配置在身體的裙側；還有2組Cliff（懸崖）感測器避免MiRo-E跌落；此外在頭部與身體也各埋設1組加速度感測器。
有感應就要有反應，一樣是為了有逼近真實寵物MiRo-E配置相當多致動器（actuator），讓MiRo-E擁有豐富的肢體語言，包含可以搖尾巴、轉頭頸、轉耳朵、眼睛開閉等，也可以發聲（8kHz），身上並設有6組RGB三色LED燈號。
MiRo-E機內主要的感測器、致動器。（圖片來源：Consequential Robotics）
MiRo-E內部功效部件圖。（圖片來源：Consequential Robotics）
由於MiRo-E有許多感測器與致動器要操控，而這類的低階控制動作或信號處理並不是勞煩到RPi，而是有4顆微控制器（MCU）代勞，3顆STM32F030負責P1工作，1顆STM32H743負責P2工作。
P1指Spinal脊椎，負責馬達特徵、反射、硬體抽象層轉換等工作，並透過I2C介面與感測器、致動器聯繫。接著P1透過SPI介面連接P2，P2稱為Brainstem腦幹，負責MiRo-E的反應管理、空間意識、關注、動作選擇等。
至於P3則是Froebrain前腦（執行Linux，即RPi的Raspbian，也包含ROS），P3與P2是透過USB連接，P3負責執行使用者開發的程式，以及負責Wi-Fi與USB的轉換工作。另外還有個P4，P4指的是電腦、智慧型手機，比較吃重的工作是可以移出MiRo-E由電腦手機代為計算的。
MiRo-E的P1、P2、P3控制處理分工圖。（圖片來源：Consequential Robotics）
附帶一提的是，MiRo-E有個搭配的手機App稱為MiRoApp，該App可以用來維護管理MiRo-E，以及診斷MiRo-E是否有故障等。而電腦上為了MiRo-E的程式開發也要安裝MDF（MiRo Developer Kit）。
小結
最後，雖然MiRo-E很可愛很有趣，但也有人對牠有些意見，例如用輪子移動感覺是過於簡單的設計，不像Aibo電子狗、Pleo小恐龍等是以肢體走動，同時MiRo-E現階段似乎太貴，零售價2,450英鎊還未含加值稅。
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