機(jī)器人的昨天、今天與明天

高榮偉

研制與人類外觀特征類似，具有人類的智能、靈活性，并能夠與人交流，既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)，不斷適應(yīng)環(huán)境的機(jī)器人，一直是人類的夢想之一。近些年來，隨著機(jī)器人文化的發(fā)展及其技術(shù)廣泛應(yīng)用于社會(huì)的方方面面，一場社會(huì)文化的嬗變正在全球各地悄然進(jìn)行。

從機(jī)器人文化到現(xiàn)實(shí)版機(jī)器人

“機(jī)器人”一詞來源于捷克作家卡雷爾·恰佩克。1920年，恰佩克在他的科幻戲劇《羅素姆的萬能機(jī)器人》中，創(chuàng)造出了一個(gè)令人耳目一新的詞匯 ——robot （機(jī)器人）。在捷克語里，“robot”是苦役、勞工的意思。

機(jī)器人，這個(gè)不是由碳水化合物，而是由鋼鐵和線路組成的“人”，立刻引起了全社會(huì)的極大關(guān)注并得到世界的廣泛認(rèn)同。1942年美國著名科幻小說家阿西莫夫提出“機(jī)器人學(xué)三大法則”：“機(jī)器人不得傷害人類；機(jī)器人必須服從人類的命令，除非這條命令與第一條原則相矛盾；機(jī)器人必須保護(hù)自己，除非這種保護(hù)與以上兩條原則相矛盾?！边@三個(gè)原則被后世無數(shù)的科幻小說及影視作品引用，被人們奉為經(jīng)典。雖然這只是科幻小說里的創(chuàng)造，但后來成為學(xué)術(shù)界默認(rèn)的研發(fā)原則。機(jī)器人這個(gè)詞匯迅速風(fēng)靡世界，與此同時(shí)，作為一種獨(dú)特的文化現(xiàn)象，機(jī)器人滲透到了科學(xué)、哲學(xué)、文學(xué)、電影、藝術(shù)等各個(gè)方面。

在阿西莫夫創(chuàng)作一系列機(jī)器人短篇科幻小說并提出“機(jī)器人學(xué)三大法則”時(shí)，世界上還沒有機(jī)器人。然而，僅僅過了17個(gè)年頭，到了1959年，美國英格伯格和德沃爾就制造出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，宣告機(jī)器人從科學(xué)幻想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)器人的用途日益廣泛，被應(yīng)用于生活、生物技術(shù)、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域。機(jī)器人文化現(xiàn)象精彩紛呈。

日本在1967年由川崎重工業(yè)公司從美國Unimation公司引進(jìn)機(jī)器人及其技術(shù)，并于1968年試制出第一臺(tái)川崎的“尤尼曼特”機(jī)器人。由于日本當(dāng)時(shí)勞動(dòng)力顯著不足，機(jī)器人在企業(yè)里受到了“救世主”般的歡迎。經(jīng)過短短的十幾年，到80年代中期，已一躍成為“機(jī)器人王國”，其機(jī)器人的產(chǎn)量和安裝的臺(tái)數(shù)在國際上躍居首位。

時(shí)下，日本機(jī)器人正在悄然變化，原來只能干那些險(xiǎn)、臟、累等粗活的機(jī)器人，如今也開始文雅起來，可以與人交流，甚至成為家庭的一員。在這類機(jī)器人中最為先進(jìn)的是橫濱機(jī)器人博覽會(huì)上展出的“BN-7”，它的眼睛是兩個(gè)數(shù)碼相機(jī)，捕捉人的面孔特征后，可記住7個(gè)家庭成員的面孔。家人出去時(shí)，它會(huì)說，“請?jiān)琰c(diǎn)回來”；家人回來時(shí)，它會(huì)說，“請進(jìn)，請休息”等。如果主人發(fā)火打它，它會(huì)逃跑；主人叫它，它則笑著跑過來。此外，富士通研究所研制的看家機(jī)器人身高32厘米，重約5公斤，可靈巧地躲過障礙抵達(dá)目的地。它頭部裝有兩個(gè)照相機(jī)，鏡頭像人的眼睛一樣自由轉(zhuǎn)動(dòng)，捕捉面前的事物。所拍圖像可通過因特網(wǎng)傳給主人，以便主人通過手機(jī)發(fā)布命令，讓機(jī)器人遙控家電，向老年人提示危險(xiǎn)信號(hào)，向陌生人發(fā)出警告等。

《科學(xué)之社會(huì)研究》雜志2014年第3期發(fā)表了美國印第安納大學(xué)布魯明頓分校Selma Sabanovic的文章：Inventing Japan s “robotics culture”： The repeated assembly of science， technology， and culture in social robotics。在Selma Sabanovic看來，日本機(jī)器人的水平享有盛譽(yù)，這一點(diǎn)早已經(jīng)成為人們的共識(shí)，但我們可能沒有意識(shí)到的是，日本機(jī)器人發(fā)展歷程也是前所未有的機(jī)器人文化的培育、塑造的過程。按照日本產(chǎn)業(yè)機(jī)器人工業(yè)會(huì)常務(wù)理事米本完二的說法：“日本機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)過了60年代的搖籃期，70年代的實(shí)用期，到80年代進(jìn)入普及提高期?！辈⒄桨?980年定為“產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的普及元年”，開始在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛普及機(jī)器人文化并推廣使用機(jī)器人。

引人注目的是，英國政府從1981年起就資助機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，給購買機(jī)器人的公司以25%的價(jià)格補(bǔ)貼。2014年，英國政府已經(jīng)制訂了一項(xiàng)農(nóng)業(yè)科技發(fā)展戰(zhàn)略，欲投入1億6000萬英鎊。其認(rèn)為，農(nóng)場機(jī)器人是未來的發(fā)展趨勢，其不僅會(huì)帶來效益和效率，同時(shí)還會(huì)將許多艱苦而繁重的農(nóng)場作業(yè)終結(jié)。有媒體斷言，用不了多久，機(jī)器人的足跡將會(huì)深入英格蘭山區(qū)。

現(xiàn)在，在英國已經(jīng)有越來越多的農(nóng)場機(jī)器人走出了實(shí)驗(yàn)室，它們有更好的能力來執(zhí)行繁瑣而苛刻的實(shí)驗(yàn)室任務(wù)，對于大型農(nóng)業(yè)器械而言，這些都是不可能完成的任務(wù)。如葡萄酒機(jī)器人可穿梭于葡萄園來進(jìn)行藤條修剪，生菜機(jī)器人可鋤凈植物根部的雜草等。英國全國農(nóng)民聯(lián)盟的主席彼得·肯德爾表示：“無人操縱機(jī)器人的使用并不是夢想，人們正致力于此。除了田間作業(yè)，無人操縱機(jī)器人在水果采收甚至牲畜管理方面都大有潛力。”

近些年來，美、日、韓相繼提出以企業(yè)為主、產(chǎn)業(yè)化為先導(dǎo)的機(jī)器人總體發(fā)展規(guī)劃，并通過機(jī)器人競賽促進(jìn)教育的開展，如美國三一學(xué)院的機(jī)器人滅火、韓國的FIRA、日本的RoboCup、FLL挑戰(zhàn)賽等。機(jī)器人文化正在全球范圍內(nèi)點(diǎn)燃人們的熱情，機(jī)器人文化滲透到社會(huì)生活的方方面面。2010年上海世博會(huì)上，日本館的機(jī)器人秀、法國館的舞蹈機(jī)器人、上海聯(lián)合館的炒菜機(jī)器人等都賺足了人們的眼球。

1986年我國“863”高科技發(fā)展計(jì)劃正式啟動(dòng)“智能機(jī)器人”主題，“九五”期間，“普及機(jī)器人文化”被列為該主題第一專題的宗旨之一。1998年中國科技大學(xué)在國內(nèi)率先進(jìn)行了機(jī)器人足球的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。2002年以后，隨著我國教育信息化的發(fā)展、“校校通”工程的推進(jìn)，智能機(jī)器人技術(shù)向教育領(lǐng)域的滲透呈加速度發(fā)展的趨勢。媒體報(bào)道，2011年央視春晚上，同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)“李詠”——其中“李詠2”能點(diǎn)頭眨眼，他就是按照1：1比例制造的仿真硅像機(jī)器人。

2013年，中國首次成為全球機(jī)器人最大消費(fèi)國，在全球總銷量中占比超過五分之一。被視為中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展元年的2014年，中國國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人銷量近1.7萬臺(tái)，同比增長達(dá)到驚人的77%。2015年發(fā)展更加迅猛，5月份中國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量同比增長1.3倍。今年對中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)更是意義非凡的一年，《中國制造2025》部署實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略，把機(jī)器人列為中國制造業(yè)亟需強(qiáng)力發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

仿人機(jī)器人的誕生及其應(yīng)用

何為仿人機(jī)器人？大多數(shù)的機(jī)器人并不像人，有的甚至沒有一點(diǎn)人的模樣，這一點(diǎn)使很多機(jī)器人愛好者大失所望。很多人問為什么科學(xué)家不研制像人一樣的機(jī)器人呢？其實(shí)，科學(xué)家和愛好者的心情是一樣的，一直致力于研制出有人類外觀特征、可模擬人類行走與其基本操作功能的機(jī)器人。

模仿人的形態(tài)和行為而設(shè)計(jì)制造的機(jī)器人就是仿人機(jī)器人，一般分別或同時(shí)具有仿人的四肢和頭部。世界上最早的仿人機(jī)器人研究組織誕生于日本，1973年，以早稻田大學(xué)加藤一郎教授為首，組成了大學(xué)和企業(yè)之間的聯(lián)合研究組織，其目的就是研究仿人機(jī)器人。加藤一郎教授突破了仿人機(jī)器人研究中最關(guān)鍵的一步——兩足步行。1996年11月，本田公司研制出了自己的第一臺(tái)仿人步行機(jī)器人樣機(jī)P2，1997年10月又推出了仿人形機(jī)器人P3。P3通過它的身體的重力感應(yīng)器和腳底的觸覺傳感器把地面的狀況送回電腦，電腦則根據(jù)路面情況作出判斷，進(jìn)而平衡身體，穩(wěn)定地前后左右行走。它不僅能走平路，還可以走臺(tái)階和傾斜的路。它站立穩(wěn)定，推不倒，腳底不平也能保持身體的直立姿態(tài)。

2000年11月，日本推出了最新一代的仿人機(jī)器人ASIMO。在2005年愛知世博會(huì)上，大阪大學(xué)展出了一臺(tái)名叫ReplieeQ1expo的女性機(jī)器人。該機(jī)器人的外形復(fù)制自日本新聞女主播藤井雅子，動(dòng)作細(xì)節(jié)與人極為相似，以至于參觀者很難在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)這其實(shí)是一個(gè)機(jī)器人。

在仿人機(jī)器人領(lǐng)域，日本方面?zhèn)戎赜谕庑畏抡?，而美國則側(cè)重用計(jì)算機(jī)模擬人腦的研究。美國麻省理工學(xué)院研制出了仿人機(jī)器人科戈（COG）?！翱聘辍睓C(jī)器人的大腦是由16個(gè)摩托羅拉68332芯片構(gòu)成的，“科戈”的大腦放在與之相鄰的室內(nèi)，通過電纜與之相連?！翱聘辍弊疃嘤?50個(gè)摩托羅拉芯片?！翱聘辍钡拇竽X與人類的大腦一樣，能同時(shí)處理多項(xiàng)任務(wù)。據(jù)悉，本田公司最新開發(fā)的新型機(jī)器人“阿西莫”，身高120厘米，體重43公斤，它的走路方式更加接近人。幾年前，在福岡舉行的機(jī)器人世界杯大賽上，人形機(jī)器人首次閃亮登場。它們的教練聲稱，50年以后這些機(jī)器人將打敗人類足球冠軍。這一舉動(dòng)頗有象征意義，可以說是機(jī)器人向文明社會(huì)進(jìn)軍的宣言。

仿人機(jī)器人不僅是一個(gè)國家高科技綜合水平的重要標(biāo)志，也在人類生產(chǎn)、生活中有著廣泛的用途。由于仿人機(jī)器人具有人類的外觀特征，因而可以適應(yīng)人類的生活和工作環(huán)境，代替人類完成各種作業(yè)。它不僅可以在有輻射、粉塵、有毒的環(huán)境中代替人們作業(yè)，而且可以在康復(fù)醫(yī)學(xué)上形成動(dòng)力型假肢，協(xié)助癱瘓病人實(shí)現(xiàn)行走的夢想。將來它可以在醫(yī)療、生物技術(shù)、教育、救災(zāi)、海洋開發(fā)、機(jī)器維修、交通運(yùn)輸、農(nóng)林水產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2011年2月24日，“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)從美國佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角升空。“發(fā)現(xiàn)號(hào)”此行搭乘6名宇航員，要向國際空間站運(yùn)送一個(gè)永久性多功能艙，并為它帶來一個(gè)“常駐民”，即人形機(jī)器人宇航員R2。這是人類首次將人形機(jī)器人送入太空。R2機(jī)器人是NASA與美國通用公司制造的，它是首個(gè)進(jìn)入太空的仿真機(jī)器人，它要成為空間站的“居民”——NASA計(jì)劃讓這款機(jī)器人長期駐守在空間站。宇航員R2將成為太空中首個(gè)模擬人類的靈活性機(jī)器人，也是美國為空間站建造的第一款機(jī)器人。雖然這僅是機(jī)器人研究領(lǐng)域發(fā)展的一小步，對于仿真人類機(jī)器人的發(fā)展卻是一大步！“機(jī)器宇航員2號(hào)”機(jī)器人最大的特點(diǎn)就是擁有類似人類的靈巧手指，可以幫助人類完成枯燥、重復(fù)或者危險(xiǎn)的任務(wù)。美國國家航空航天局官員布蘭迪說，對于“R2”而言，它只獲得搭乘“發(fā)現(xiàn)號(hào)”的單程票，一旦進(jìn)入國際空間站，“有生之年”將不再返回地球。

我國政府也逐漸開始關(guān)注這個(gè)領(lǐng)域。國防科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制出了雙足步行機(jī)器人，北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京科技大學(xué)研制出了多指靈巧手等。長沙國防科技大學(xué)于1988年2月研制成功了六關(guān)節(jié)平面運(yùn)動(dòng)型雙足步行機(jī)器人，隨后于1990年又先后研制成功了十關(guān)節(jié)、十二關(guān)節(jié)的空間運(yùn)動(dòng)型機(jī)器人系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了平地前進(jìn)、后退，左右側(cè)行，左右轉(zhuǎn)彎，上下臺(tái)階，上下斜坡和跨越障礙等人類所具備的基本行走功能。經(jīng)過十年攻關(guān)，國防科技大學(xué)研制成功我國第一臺(tái)仿人機(jī)器人——“先行者”，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人技術(shù)的重大突破?！跋刃姓摺庇腥艘粯拥纳碥|、頭顱、眼睛、雙臂和雙足，有一定的語言功能，可以動(dòng)態(tài)步行。

2012年7月6日，由北京理工大學(xué)研發(fā)的“匯童”仿人機(jī)器人亮相“國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)建設(shè)二十年成就展”。能夠自主行走、打招呼、打太極拳的“匯童”4代仿人機(jī)器人和可以進(jìn)行乒乓球機(jī)器對打、人機(jī)對打的“匯童”5代仿人機(jī)器人在“二十年成就展”上一展絕技。兩個(gè)不到1.7米的機(jī)器人揮拍打起乒乓球，數(shù)十回合沒有失誤，身邊一個(gè)身材稍高，長著標(biāo)準(zhǔn)人臉模樣的機(jī)器人，微笑著與圍觀的觀眾打招呼，聊比賽……

據(jù)這些機(jī)器人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、北京理工大學(xué)教授黃強(qiáng)預(yù)計(jì)，15年內(nèi)，這些能陪人健身、聊天，甚至能洗衣做飯的智能機(jī)器人將走進(jìn)家庭，給市民當(dāng)保姆。匯童仿人機(jī)器人的誕生，標(biāo)志著我國仿人機(jī)器人研究已經(jīng)跨入世界先進(jìn)行列，系統(tǒng)綜合性能和功能達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。

機(jī)器人發(fā)展前景預(yù)測

實(shí)際上，在人類文明的悠遠(yuǎn)長河中，對機(jī)器人的夢想和追求已有3000多年的歷史。如今，人類進(jìn)入了信息社會(huì)，信息技術(shù)的發(fā)展造就了有感覺、能思考、會(huì)決策的智能機(jī)器人，將人類和機(jī)器人的文化探索推向了前所未有的新高潮。

1990年中國著名學(xué)者周海中教授在《論機(jī)器人》一文中預(yù)言：到21世紀(jì)中葉，納米機(jī)器人將徹底改變?nèi)祟惖膭趧?dòng)和生活方式。機(jī)器人不僅將極大促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，并成為一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，它還一定會(huì)帶來我們已經(jīng)預(yù)知甚至無法料想的未來。2006年6月，美國微軟公司推出Microsoft Robotics Studio，機(jī)器人模塊化、平臺(tái)統(tǒng)一化的趨勢越來越明顯。比爾·蓋茨預(yù)言，家用機(jī)器人很快將席卷全球。2007年2月1日的《環(huán)球科學(xué)》（《科學(xué)美國人》中文版）上，發(fā)表了比爾·蓋茨名為《未來家家都有機(jī)器人》的文章，他向世界預(yù)言：機(jī)器人將與30年前的個(gè)人電腦一樣邁入家家戶戶，徹底改變?nèi)祟惖纳罘绞?。一場新技術(shù)革命悄然來臨，當(dāng)前機(jī)器人正經(jīng)歷20世紀(jì)80年代 “PC式”發(fā)展，人類正從PC（個(gè)人電腦）時(shí)代向PR（個(gè)人機(jī)器人）時(shí)代邁進(jìn)。屆時(shí)，家用機(jī)器人將像門鈴、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、電冰箱等一樣普及。隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，社會(huì)智能化發(fā)展趨勢日益顯現(xiàn)，機(jī)器人的服務(wù)也從工業(yè)制造領(lǐng)域，逐漸拓展到教育娛樂、醫(yī)療康復(fù)、安防救災(zāi)等人類生活領(lǐng)域。在此背景下，各國紛紛將發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)上升為國家戰(zhàn)略。就國際形勢來看，美國“再工業(yè)化”戰(zhàn)略、德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略、歐洲“火花計(jì)劃”、日本“機(jī)器人新戰(zhàn)略”等，均將“機(jī)器人產(chǎn)業(yè)”作為發(fā)展重點(diǎn)，試圖通過數(shù)字化、智能化奪回制造業(yè)優(yōu)勢。站在歷史的新高度，從戰(zhàn)略全局出發(fā)，《中國制造2025》明確提出了我國實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的三個(gè)十年規(guī)劃，將機(jī)器人產(chǎn)業(yè)列入重點(diǎn)戰(zhàn)略。