解碼日本人形機器人：尋找有“心”的人類伙伴

王齊龍

在人形機器人研究團隊負責(zé)人菅野重樹看來，未來，機器人和人類將是一種伙伴、朋友的關(guān)系，機器人能自我學(xué)習(xí)，也能意識到人類的重要性。到那一天，機器人將不再是一臺機器。

銀灰色的外墻上裸露著尺寸不一的管道，走在日本早稻田大學(xué)西校區(qū)布局緊湊的建筑中，宛如走進了一間工廠，與其所在的東京市中心繁華商業(yè)區(qū)新宿形成了鮮明對比。

菅野重樹的辦公室在中59號樓3層走廊的盡頭，是典型的日本式的狹小簡約風(fēng)格。約10平方米的空間里，靠墻擺放著一排書柜，再放下4張長辦公桌，過道僅允許一人走過。每張辦公桌上，都摞著一疊疊文件資料。狹小的空間里，BB-8、R2-D2等《星球大戰(zhàn)》系列電影里的機器人玩偶以及菅野重樹研發(fā)的與人共生型機器人TWENDY-ONE模型的待遇有些“奢侈”，占據(jù)了會客長桌上的約三分之一的空間。

年近59歲的菅野重樹現(xiàn)任早稻田大學(xué)創(chuàng)造理工學(xué)部部長，并擔(dān)任該校未來機器人研究機構(gòu)的人機共創(chuàng)研究所所長。自上世紀(jì)70年代首次在報紙上看到早稻田大學(xué)機器人實驗室研發(fā)出世界上第一臺人形機器人WABOT-1起，他此后的40多年都與這所高校的機器人研究歷程緊緊地聯(lián)系在一起。

看著助理用茶盤端來的大麥茶，菅野重樹告訴《中國新聞周刊》，早稻田大學(xué)人形機器人研究的靈感就是從茶敘開始的。

“這是一個夢想，對于未來的一個期望?！陛岩爸貥湔f，在他眼中，機器人不是人類的工具，而是伙伴。他研究的終極目標(biāo)是希望能創(chuàng)造出機器人的“こころ”（直譯為“心”），到那一天，機器人將不再是一臺機器。

“上茶”激發(fā)出的靈感

時隔44年，菅野重樹仍依稀記得日本學(xué)者成功研發(fā)出第一臺人形機器人時的情形。1973年9月，初中生菅野重樹從報紙上看到了日本早稻田大學(xué)科學(xué)家加藤一郎成功研制出WABOT-1的新聞和這臺機器人的圖片。

這臺取名于早稻田大學(xué)英文名（Waseda University）的機器人約兩米高，配置了機械手及人工視覺、聽覺裝置，不僅有擬人化的機械外形，而且可以行走，搬運物品，甚至能用日語與人類進行簡單對話。

約5年后，加藤一郎到中國北京訪問，還在一場報告會上播放了一盤人形機器人WABOT-1的錄像帶。

盡管受制于語言和技術(shù)等多方面的局限，在場的中國學(xué)者對加藤一郎所作的報告“聽不太懂”，但WABOT-1的影像展示著實讓他們“大開眼界”。

北京機械工業(yè)自動化研究所高級工程師曹祥康多年后向媒體回憶說，“這臺機器人看起來非常笨重，出場像‘人猿泰山一樣，十多秒才邁出一小步，但這在當(dāng)時已經(jīng)十分了不起了。”

與美國自上世紀(jì)50年代開始著重研發(fā)工業(yè)機器人不同，早稻田大學(xué)的科學(xué)家不僅關(guān)注機器人的功能，而且關(guān)注形體設(shè)計。

在投身機器人研究前，加藤一郎曾從事醫(yī)學(xué)工程，他將對人體的探索應(yīng)用到機器人的研發(fā)上，并將自己的團隊描述為從事“生物機械電子學(xué)”研究?！斑@是一項跨學(xué)科的科學(xué)，旨在用機器復(fù)制動物的有機功能”。

1964年，加藤一郎實驗室開展的人工下肢研究，成為早稻田大學(xué)人形機器人研究的起點。僅5年過后，加藤一郎就率先研制出世界上第一臺會用雙腳走路的機器人。他也由此被稱為“人形機器人之父”。

菅野重樹告訴《中國新聞周刊》，雖然與美國相比起步較晚，但日本機器人研發(fā)能如此快速發(fā)展，一方面得益于二戰(zhàn)后日本經(jīng)濟的快速發(fā)展，另一方面則得益于新技術(shù)進步提供的支撐。

在1964年10月1日東京奧運會前夕，連接日本東京至大阪的新干線通車運營。而在加藤一郎研發(fā)出雙足行走機器人的1969年，美國阿波羅11號飛船也成功登上月球。

菅野重樹說，一連串的科技事件背后，是電氣工程、機械工程和計算機科學(xué)等領(lǐng)域一大批新的技術(shù)創(chuàng)新投入應(yīng)用，這是“關(guān)鍵的條件”。

就在一次辦公室閑聊中，加藤一郎和好友、從事語音識別研究的早稻田大學(xué)教授白井克彥談起了對未來機器人發(fā)展的構(gòu)想。此時，辦公室助理走過來為兩位教授上茶。就是這個日常的舉動，給加藤一郎和白井克彥后來的“思維實驗”帶來了靈感：在不遠的將來，服務(wù)型機器人對人類社會來說將十分重要。

加藤一郎和白井克彥決定合作研發(fā)人形機器人，還邀請了早稻田大學(xué)里的應(yīng)用物理學(xué)和汽車工程學(xué)的兩名教授參與，希望將世界上先進的技術(shù)應(yīng)用到項目的研發(fā)上。

由于此前在上肢、下肢的機械研究上有豐富的積累，早稻田大學(xué)人形機器人的研發(fā)從1970年啟動，到1973年就有所突破。

隨著WABOT-1的出現(xiàn)，不少日本青少年對機器人的熱情也受到了激發(fā)。其中就包括菅野重樹和同為科幻小說迷的同學(xué)。他們迸發(fā)出了到實驗室近距離觀看WABOT-1的想法。

1978年的一天，已是高中生的菅野重樹直接去了加藤一郎實驗室。

菅野重樹記得，加藤一郎雖然工作很忙碌，但依然領(lǐng)著他和好友在實驗室里參觀各種機器人和機械手、機械腿假肢。菅野重樹和加藤一郎的師生情，就發(fā)端于這段有趣的體驗。

1981年，在早稻田大學(xué)理工學(xué)部修讀碩士學(xué)位的菅野重樹從激烈的競爭中脫穎而出，爭取到了在加藤一郎實驗室擔(dān)任研究助理的機會。

人機鋼琴合奏驚艷世博會

菅野重樹開始在實驗室擔(dān)任助理后不久，加藤一郎、白井克彥等4名早稻田大學(xué)機器人研究者開始尋找下一個目標(biāo)。他們經(jīng)常開會討論，希望在WABOT-1的基礎(chǔ)上，研發(fā)新一款具有前瞻性的機器人系統(tǒng)。

進入上世紀(jì)80年代，伴隨著日本汽車和電子制造業(yè)的崛起，工業(yè)機器人在日本迅速普及，1980年也由此被稱為日本的“機器人元年”。

加藤一郎和其他科學(xué)家決定把研發(fā)一款鋼琴彈奏機器人系統(tǒng)作為WABOT-2的目標(biāo)。他們并不滿足于制造一款可以24小時不停運轉(zhuǎn)的在工廠工作的工業(yè)機器人，而是希望在不遠的將來讓機器人能夠真正走進人類生活。“這樣的機器人需要具有智力，活動靈巧，擁有較強的信息處理系統(tǒng)”。

菅野重樹說，彈奏鋼琴是對機器人信息處理能力的一大考驗。首先，機器人需要具備識別樂譜的視覺系統(tǒng);其次，機器人的手指、手和手臂等需要協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，關(guān)節(jié)間還需要做出許多角度的彎曲。

而加藤一郎在實驗室里的幾個碩士生人選中挑選了菅野重樹加入WABOT-2項目，是在他知道菅野重樹會彈鋼琴后。

確定好目標(biāo)后，研究人員逐步開展實驗，并在不斷實驗的基礎(chǔ)上，修正此前的設(shè)想。

令實驗室人員感到措手不及的是，1982年的一天，加藤一郎告訴他們，應(yīng)日本政府的要求，WABOT-2將于1985年3月在日本科學(xué)城筑波舉行的科學(xué)技術(shù)世界博覽會開幕式上演出。

研究團隊起早貪黑加緊工作，就在距離世博會開幕僅剩6個月的時候，WABOT-2正式對外發(fā)布。加藤實驗室的合作企業(yè)住友電氣工業(yè)株式會社在余下的時間里制造出了改進版WASUBOT。

開幕式那天，在日本政府主辦的“人類和科學(xué)技術(shù)”主題展區(qū)里共展出了3臺機器人。除了一臺由東京理工大學(xué)研發(fā)的四足機器人外，余下兩臺都來自早稻田大學(xué)，分別為兩足站立行走機器人WHL-11和WASUBOT。

機器人WASUBOT與日本NHK交響樂團共同演奏，是那屆科學(xué)技術(shù)世界博覽會讓人印象最深的畫面之一。臺下的觀眾通過舞臺大屏幕，可以清晰地看到WASUBOT的10根手指在黑白琴鍵上靈活跳躍。

菅野重樹和同事們?yōu)閃ASUBOT提前“排練”了很多首曲子，第一首曲子是當(dāng)紅的日本女歌手松田圣子的《玻璃蘋果》配樂。

“是的，就像我們常說的，我們能夠做到?！睆乃淖銠C器人，兩足站立行走機器人，再到WASUBOT在開幕式上的人機鋼琴合奏，菅野重樹說，日本政府通過展區(qū)中3臺機器人的展示，希望向外界傳達出體現(xiàn)人類的進步和成就。

“去思考機器人的概念和哲學(xué)含義，而不是技術(shù)”

在機器人研究學(xué)界里，曾擔(dān)任日本機器人學(xué)會會長的加藤一郎地位極高。事務(wù)繁忙的他，也不經(jīng)常在實驗室出現(xiàn)。

不過，相比于其他學(xué)生，作為研究助理的菅野重樹擁有更多和加藤一郎接觸的時間。加藤一郎時常會讓他思考，在未來，機器人對于人類而言，應(yīng)該怎樣去定義，人與機器人應(yīng)該是怎樣的一種關(guān)系。

“我從加藤一郎教授身上學(xué)到最多的，是如何去‘做夢，去思考機器人的概念和哲學(xué)含義，而不是技術(shù)?！陛岩爸貥涓嬖V《中國新聞周刊》。

1991年，在早稻田大學(xué)科學(xué)與工程高級研究中心，加藤一郎和參與過兩個WABOT項目的研究人員共同啟動了人形機器人的新項目。他們認為21世紀(jì)將會實現(xiàn)人與機器人共生的社會，也希望通過這一項目探索人與機器人如何實現(xiàn)和諧交流。

不幸的是，1994年6月，加藤一郎突然離世。但他在早稻田大學(xué)的人形機器人研究事業(yè)沒有因此中斷，從加藤實驗室畢業(yè)的研究人員分別支撐起了不同的研究領(lǐng)域。

其中，高西淳夫延續(xù)了實驗室著名的兩足行走機器人的研究。而研發(fā)“人類共生機器人”（human symbiotic robot）的重擔(dān)，則交到了菅野重樹的身上。

1999年，菅野重樹的實驗室成功研發(fā)出共生機器人WENDY。這款機器人有一雙粉紅色機械手臂，里面的每個關(guān)節(jié)都以被動式安全阻抗結(jié)構(gòu)來設(shè)計，能夠吸收、減緩?fù)獠繘_擊力。同時，它還有一雙靈活的仿真手掌，能往煎鍋里打雞蛋，并保持完好形態(tài)。

幾乎同一時期，日本企業(yè)索尼、本田相繼推出了寵物狗機器人“Aibo”和兩足站立行走式機器人“Asimo”等娛樂型機器人，攪動了日本的消費市場。

不過，菅野重樹認為，盡管娛樂型機器人備受歡迎，也讓兩足步行技術(shù)受到很大關(guān)注，同時醫(yī)療和工業(yè)機器人也很重要，但日本社會面臨日益老齡化的危機，人形機器人領(lǐng)域的研究仍顯得不足。

WENDY系統(tǒng)同時具備的靈活性和安全機制，在菅野重樹看來，才是攻克機器人與人類如何共同相處難題的關(guān)鍵點。

在出席一場學(xué)術(shù)會議時，菅野重樹發(fā)表的關(guān)于WENDY系統(tǒng)的報告和相關(guān)展示，引起了日本一家大型企業(yè)的重視。這家企業(yè)希望與菅野重樹合作研發(fā)新一款人類共生機器人，并牽頭協(xié)調(diào)多家企業(yè)共同出資投入。

從菅野重樹實驗室公布的信息來看，除了部分企業(yè)至今不愿意公開名字等信息外，包括富士通、豐田中央研發(fā)實驗室等企業(yè)或機構(gòu)都相繼成了這一項目的合作伙伴。

歷時7年多后，菅野重樹實驗室研發(fā)的更高性能的人類共生機器人TWENDY-ONE亮相。菅野重樹說，這也是世界上第一臺完全意義上的人類共生機器人。與WENDY相比，TWENDY-ONE有著強大的動力。

2007年11月28日，在早稻田大學(xué)舉行的發(fā)布會上，約1.47米高、有著橢圓形曲線設(shè)計的TWENDY-ONE機器人的兩只前臂足以承載34公斤的重量，能協(xié)助躺在床上的人坐到輪椅上。其中的奧妙之處，就在TWENDY-ONE的一雙手。

在早稻田大學(xué)41號樓的展示室里，參觀者能看到TWENDY-ONE機器人的原型機。

TWENDY-ONE的手掌上雖然只有4根手指，但設(shè)計得與人類手指幾乎一樣。指尖采用了軟性材料，并嵌入了有壓力控制功能的指甲，同時還嵌有6維力覺傳感器和分布力覺傳感器，得益于此，TWENDY-ONE機器人能夠做很多精細動作，包括拿起吸管、做早餐等。

在菅野重樹看來，如果一款機器人能夠做家務(wù)，那么它就同樣能夠被應(yīng)用到公共服務(wù)中，比如當(dāng)司機和服務(wù)生。

TWENDY-ONE機器人的出現(xiàn)正契合已經(jīng)進入老齡化社會的日本的養(yǎng)老和看護需求，作為菅野重樹實驗室合作伙伴的很多企業(yè)都希望能讓這款機器人投產(chǎn)。但菅野重樹說，原型機的研發(fā)費用高達數(shù)十億日元，單是一只手的造價就高達2000萬日元（約合人民幣120萬元）。

早稻田大學(xué)創(chuàng)造理工學(xué)部部長菅野重樹。

盡管成本高昂，但所有合作企業(yè)或機構(gòu)均能從TWENDY-ONE項目中獲取一切研究成果信息。菅野重樹透露，已有牽頭的匿名企業(yè)將項目成果應(yīng)用到實際生產(chǎn)設(shè)計中，并生產(chǎn)出多款機器人。

“我們認為每件物品中都有‘心和‘靈魂”

在東京的大型商場里，軟銀機器人Pepper、Magokoroid Robot等人形機器人被擺放在顯眼的位置上。但它們顯得有些“孤獨”，路過的顧客少很停下腳步和它們互動。即便有采購商品的需求，人們更多是找商場里的服務(wù)員。

2015年6月，日本軟銀開始對外發(fā)售Pepper人形機器人，曾一度受到追捧。僅一年間，這款售價1萬元人民幣的機器人在全球范圍內(nèi)共售出了近1萬臺。有媒體認為，這昭示了機器人正在從科幻、科研、生產(chǎn)領(lǐng)域，逐步走入人們的生活。

日本政府也看到了這一風(fēng)口，在2015年1月對外發(fā)布了為期5年的《機器人新戰(zhàn)略》，希望讓日本這一“機器人大國”不僅能夠在工業(yè)機器人市場中占據(jù)優(yōu)勢，而且要在新興的服務(wù)型機器人市場占據(jù)先機，鼓勵從制造業(yè)工廠生產(chǎn)到民眾日常生活等各個領(lǐng)域都廣泛應(yīng)用機器人。

然而，從軟銀機器人Pepper的應(yīng)用實踐來看，市場上的人形機器人與人類的交互性仍較差。甚至有批評聲音認為，每月需要商家繳納維護費用的Pepper，只不過是店里吸引孩子的“玩具”。

除了靈活性和安全性，菅野重樹告訴《中國新聞周刊》，人形機器人真正走入人類日常生活，還需要實現(xiàn)可適應(yīng)性。

菅野重樹舉例說，大型超市或醫(yī)院往往很擁擠，機器人跟隨人類同伴出行，很可能會與其他人相撞，所以機器人必須學(xué)會如何保護自己的安全。而這也是菅野重樹和他領(lǐng)導(dǎo)的實驗室正在努力攻克的一個難題。

雖然實際應(yīng)用中遇到不少難題，但日本軟銀旗下自動駕駛公司SB Drive已經(jīng)開始研發(fā)Pepper機器人的新用途，讓其在無人駕駛公交車上充當(dāng)向?qū)А?/p>

SB Drive的首席執(zhí)行官佐治友基說，不久前在沖繩進行無人駕駛公交車實地道路測試中發(fā)現(xiàn)，如果在車上放置顯示器發(fā)布實時信息，較少能吸引乘客的注意，但換上Pepper機器人來扮演這一角色，乘客獲取信息的幾率較高。

“人形機器人的外形與人類相似，外觀的熟悉感更能引起人們的注意?！弊糁斡鸦嬖V《中國新聞周刊》。

與歐美國家作對比時，人們會發(fā)現(xiàn)日本社會對人形機器人的接納程度顯然高得多。

“Robot（機器人）”這一詞語最早來源于捷克作家卡雷爾·卡佩克筆下的科幻戲劇作品《R.U.R.》里的“機器勞工”。此后，出現(xiàn)在歐美地區(qū)的科幻作品里的機器人，則比較多地被描述成“會對人類造成傷害”，在外形上也多為仿造生物。

早稻田大學(xué)教授高西淳夫在前往德國、荷蘭等歐洲國家進行交流時也發(fā)現(xiàn)，他們對人形自動機器從根本上還存在抵觸情緒。

“對方提出‘技術(shù)方面的話題大約占用一半時間，剩下一半請您給我們講講為什么只在日本會有這么多仿人機器人吧。”高西淳夫曾表示，在歐洲人的意識深處，基督教文化影響根深蒂固，他們認為“造人非上帝不能為之”。

但日本人則不同，他們有著悠久的自動機械人偶制造歷史。早在17世紀(jì)的江戶時代，時鐘工匠竹田清房就利用發(fā)條結(jié)構(gòu)制作出端茶玩偶。

這份對機械玩偶的喜愛，也延續(xù)到了現(xiàn)代日本人身上。2003年4月7日，是日本漫畫作家手冢治蟲創(chuàng)作的機器人角色阿童木的“誕生日”，日本社會再度掀起了阿童木熱潮，日本鐵路公司JR全線火車站當(dāng)天播放著阿童木動漫的主題曲。

“在日本，我們認為每件物品中都有‘心和‘靈魂。我們稱之為‘萬事萬物之神（日語為‘八百萬の神）?！陛岩爸貥淠闷鸩璞P上的茶杯說，“我能感覺到它里面有魂?！倍坏C器人有著人類或動物的外形，日本人對它們的這份感受將更加強烈。

這份獨特的感知也影響著早稻田大學(xué)機器人科學(xué)家的探索道路，加藤一郎生前就和菅野重樹開始研究機器人的“心”項目。加藤一郎認為，人類在21世紀(jì)將迎來個人機器人和“改造人”的時代。

菅野重樹說，人工智能僅是“機器人之心”的一部分，還包括了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等，涉及生物技術(shù)、生物力學(xué)等學(xué)科的內(nèi)容。擁有“心”的機器人將會擁有真實的情緒、真實的智能，這些都不是通過提前編程來實現(xiàn)的。

“這一項目的研究成果將是某種生物，不再是機器嗎？”針對《中國新聞周刊》的這個提問，菅野重樹很確定地回答：“這是一個夢想，是機器人發(fā)展的終極目標(biāo)?！痹谒枥L的未來世界里，機器人和人類將是一種伙伴、朋友的關(guān)系，機器人能自我學(xué)習(xí)，也能意識到人類的重要性。

但菅野重樹也坦言，“距離這一目標(biāo)還遠著呢?！?