仿人機器人的發(fā)展進(jìn)程和社會意義

劉皓洋，吳 波，李繼旺

科技飛速發(fā)展，機器人也不再只以單一的形式存在，市場上各種形態(tài)的機器人層出不窮，而仿人機器人集機械、電子、計算機、材料、傳感器、控制技術(shù)等多門科學(xué)于一體，它的一舉一動可以像人一樣，甚至可以擁有與人類相似的外貌、思維、情感。人類把很多的期待寄托在這類機器人身上，自此，仿人機器人開始問世，可以說，仿人機器人代表著一個國家的高科技發(fā)展水平[1]。

1 仿人機器人的發(fā)展歷程

仿人機器人的發(fā)展進(jìn)程包括國內(nèi)外的設(shè)計制造史，每個國家有代表性的仿人機器人，以及技術(shù)層面的有關(guān)于機械結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)控制的變革和創(chuàng)新。

1.1 發(fā)展史

20世紀(jì)60年代末一些國家開始著手研究仿人機器人。在此領(lǐng)域的研究最為深入的當(dāng)屬日本、美國和韓國，日本以來自早稻田大學(xué)加藤一郎教授為首，組成大學(xué)和企業(yè)之間的聯(lián)合研究組織來研究仿人機器人，1973年研制出了WABOT-1，它是世界上第一臺具有真正意義的仿人機器人，2000年日本本田公司研制出了ASIMO，它是全球最早具備人類雙足行走能力的類人型機器人，日本比較側(cè)重于機器人外形的仿真，美國則側(cè)重于模擬人腦，韓國重點發(fā)展服務(wù)型機器人，雖然中國對于仿人機器人的研究起步相對較晚，但國防科技大學(xué)也于2001年12月獨立研制出了屬于中國的第一臺仿人機器人[2]。目前，我國正在大力開展機器人方面的競賽，鼓勵學(xué)生去學(xué)習(xí)機器人的相關(guān)知識，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，鼓勵科技教育，推動科技教育在中小學(xué)的全面覆蓋和影響。

1.2 技術(shù)革新

結(jié)合現(xiàn)當(dāng)代仿人機器人研究領(lǐng)域的發(fā)展形式，我們得知仿人機器人的運動結(jié)構(gòu)和控制形式多種多樣。

在機械運動結(jié)構(gòu)方面，仿人機器人結(jié)構(gòu)精巧，自由度高，運動靈活。多數(shù)仿人機器人通過進(jìn)行各關(guān)節(jié)的調(diào)節(jié)可以控制重心穩(wěn)定。相比于其他機器人結(jié)構(gòu)，仿人機器人依靠自身靈巧的結(jié)構(gòu)更適于在較復(fù)雜環(huán)境中運作。大部分仿人機器人的步態(tài)是依照人的相應(yīng)動作進(jìn)行設(shè)計的，部分仿人機器人依靠分析構(gòu)造的方法進(jìn)行機構(gòu)設(shè)計，但較為復(fù)雜和困難。

在控制系統(tǒng)方面，一個能靈活運作的機器人，控制系統(tǒng)就如同其大腦一樣，起到了決定性的作用。

在各類機器人比賽中，我們經(jīng)常會用到基于單片機控制的機器人。單片機通過運行相應(yīng)程序代碼，就能使機器人完成相應(yīng)的動作。當(dāng)然，控制系統(tǒng)只有單片機是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，一套完整的機器人控制系統(tǒng)要包含硬件系統(tǒng)，控制系統(tǒng)、輸入輸出設(shè)備、傳感器等重要部分。它們各司其職，協(xié)調(diào)統(tǒng)一，共同實現(xiàn)機器人相關(guān)動作的運行。

在此，以大學(xué)機器人比賽中常用的雙足循跡機器人為例。雙足循跡機器人是一種仿人機器人。它通過模仿人的動作來執(zhí)行規(guī)定操作。賽用雙足循跡機器人主要由機器人機械硬件部分和控制系統(tǒng)部分組成，其中控制部分占比很重。在比賽中，機器人需要沿賽道軌跡線進(jìn)行競走動作。在行進(jìn)過程中，機器人需要通過自身傳感器實時監(jiān)控自己與規(guī)定軌跡的偏離差，并將數(shù)據(jù)實時傳入控制系統(tǒng)，以便快速進(jìn)行調(diào)整[3]。這種閉環(huán)控制使得機器人能夠按照規(guī)定路線行進(jìn)，避免脫離賽道軌跡。

雙足循跡機器人的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為基礎(chǔ)和典型，大多數(shù)機器人的控制系統(tǒng)與之類似。隨著智能制造，人工智能的崛起，現(xiàn)當(dāng)代機器人的控制領(lǐng)域有著飛速的發(fā)展?？刂瓢l(fā)展的核心是算法的發(fā)展，比如較為簡單的選用攝像頭作為傳感器的雙足循跡機器人，圖像處理算法是整個控制流程的核心所在。但對于仿人足球機器人，人形救援機器人等較為復(fù)雜的仿人機器人，顯然單靠圖像處理算法并不能完成一系列復(fù)雜動作，這時候就需要一種更為復(fù)雜的控制形態(tài)出現(xiàn)。對于需要進(jìn)行更為智慧思考的機器人來說，有著像人一樣的學(xué)習(xí)能力便可以完成更多復(fù)雜的動作，這便是深入學(xué)習(xí)領(lǐng)域的產(chǎn)生的原因。深入學(xué)習(xí)可以使機器人結(jié)合以往的經(jīng)驗對隨機復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行判斷處理而不需要進(jìn)行人為干預(yù)。很顯然，這種控制算法在面對更為復(fù)雜多變的環(huán)境中更為高級，更為實用，擁有深度學(xué)習(xí)能力的仿人機器人將是未來仿人機器人發(fā)展的重要方向。

2 仿人機器人的社會意義

現(xiàn)實中設(shè)計出來的機器人是為人類服務(wù)的，現(xiàn)如今，越來越多的仿人機器人走進(jìn)了人們的生活，充當(dāng)著各種各樣的角色，但與此同時也引起了人們對于其倫理道德和法律層面的約束。

2.1 實際應(yīng)用

在現(xiàn)代社會，各式各樣的仿人機器人已經(jīng)出現(xiàn)在公眾面前甚至應(yīng)用，目前處于熱度最高的仿人機器人包括仿人服務(wù)機器人、仿人足球機器人、仿人醫(yī)療機器人等。

2.1.1 服務(wù)機器人

根據(jù)國際定義，服務(wù)機器人與一般的工業(yè)機器人不同，服務(wù)機器人是一種以完成有利于人類健康的服務(wù)工作，并定位于服務(wù)的機器人[4]。服務(wù)機器人可以幫助人們進(jìn)行打掃家務(wù)、教育、娛樂等活動，提高人們的生活質(zhì)量。仿人服務(wù)機器人具有人形特征，并且大多可以進(jìn)行語音交流和動作交互。

仿人服務(wù)機器人內(nèi)置多種傳感器、攝像頭，可以充分模擬人與人之間的交互，并且可以通過深度學(xué)習(xí)算法，通過云端對人類語言進(jìn)行語義分析，讓機器人可以準(zhǔn)確理解說話人的意圖，從而進(jìn)行無障礙的交流?？蛇\用于多種場合，包括大型商場、家庭等，比如智能迎賓機器人，具有語音對話、視頻講解、身份識別、智能導(dǎo)航等多項功能，可進(jìn)行迎賓、展廳接待講解、銀行服務(wù)、商場導(dǎo)購等多項應(yīng)用。

2.1.2 醫(yī)療機器人

醫(yī)療服務(wù)機器人是指用于醫(yī)院、診所的醫(yī)療或輔助醫(yī)療以及健康服務(wù)等方面的機器人，主要用于患者的救援、醫(yī)療、康復(fù)或健康信息服務(wù)，是一種智能型服務(wù)機器人[5]。醫(yī)療機器人可以提高患者醫(yī)療的品質(zhì)與要求，給予患者更好的醫(yī)療體驗，也可以輔助醫(yī)生進(jìn)行醫(yī)療工作，為醫(yī)生提供相關(guān)的醫(yī)療工作。仿人醫(yī)療機器人可分為康復(fù)機器人與手術(shù)機器人。康復(fù)機器人可以對人體康復(fù)進(jìn)行評估，通過康復(fù)規(guī)律，給予人體康復(fù)訓(xùn)練方案并輔助人體進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。手術(shù)機器人是一種智能化的手術(shù)平臺。手術(shù)機器人已運用于多個臨床學(xué)科。其中達(dá)芬奇機器人影響最廣，它可以進(jìn)行三維成像、觸覺反饋和寬帶遠(yuǎn)距離控制，可以進(jìn)行多項手術(shù)工作[6]。

2.2 倫理

對于未知的事情，我們要做到未雨綢繆，當(dāng)機器人越來越接近人類，它們也需要有一套屬于自己的道德標(biāo)準(zhǔn)，以確保人類的主體地位不被動搖，文明得以延續(xù)。

英國出臺首個機器人倫理標(biāo)準(zhǔn)，是由英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會發(fā)布的一個官方指南，針對于機器人設(shè)計者，機器人生產(chǎn)制造者提出的一系列嚴(yán)格、細(xì)致的要求，目的是讓他們設(shè)計出來的機器人符合倫理規(guī)范，相比較于機器人三守則[7]，這份指南更加具體，更加全面，告知我們什么怎樣才能做出健康的安全的機器人。

對于恐怖谷理論[8]，可以理解為橫坐標(biāo)是機器人與人的相似程度，縱坐標(biāo)是人對機器人的好感度，人類會對行為舉止極其像人但是又不是人的東西感到恐懼，因為人類害怕自己無法掌控局面，生命受到威脅。

要想使機器人能像人一樣思考，一種方法就是基于深度學(xué)習(xí)的方法建立模擬人腦進(jìn)行分析學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這項技術(shù)不再通過編寫程序，讓機器按照某種既定方式完成任務(wù)。面對問題，機器將通過模擬高達(dá)數(shù)十萬次不同的解決方式，自己探索出最成功策略。因此它們需要海量的數(shù)據(jù)來支撐，這些數(shù)據(jù)的來源一般都是互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)上的信息十分混雜，包羅萬象，有積極的，有消極的，但機器人無法分辨正誤，人類也不能知道它們到底會做什么，說什么，會帶來什么的影響，就目前的技術(shù)而言，是無法達(dá)到機器人大腦訓(xùn)練數(shù)據(jù)過程的公開透明的。因此，可能給人類帶來的影響有，第一，可能會表現(xiàn)出對人類的性別歧視，具有種族主義傾向，缺乏對多元文化的尊重；第二，人類過度依賴于機器人；第三，影響經(jīng)濟的發(fā)展和人類的就業(yè)。

2.3 法律

仿人機器人涉及的法律有侵犯肖像權(quán)，有些仿人機器人是仿照明星和名人的外形設(shè)計的，比如：人形機器人索菲亞[9]，“姚明”高仿真人投籃機器人[10]。這樣做一方面可以迅速集中社會的注意力，占領(lǐng)市場，另一方面是名人的肖像、聲音、身材、神態(tài)等資源信息披露程度高，容易獲取到，會使制作出的仿人機器人更加逼真。信息化時代，科技手段不斷精進(jìn)，這類仿人機器人會被不法分子作為謀取利益的工具，隱藏著極大的風(fēng)險。全國人大常委會2019年4月發(fā)布的《民法典人格權(quán)編（草案二次審議稿）》，其中第799條第一款規(guī)定：“任何組織或者個人不得以丑化、污損，或者利用信息技術(shù)手段偽造等方式侵害他人的肖像權(quán)。未經(jīng)肖像權(quán)人同意，不得制作、使用、公開肖像權(quán)人的肖像，但是法律另有規(guī)定的除外?！盵11]我們應(yīng)該借鑒國際經(jīng)驗，逐步制定和完善我國的人工智能和機器人技術(shù)風(fēng)險治理規(guī)范，為創(chuàng)建人機和諧共生的智能社會提供有效的制度保障。

3 仿人機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

國內(nèi)，目前來講大型的仿人機器人研發(fā)公司、大型仿人機器人研究研發(fā)的創(chuàng)業(yè)團隊數(shù)量較少，一些科研機構(gòu)和某些大學(xué)的實驗室在進(jìn)行大型仿人機器人的研究。

國外，有代表性的仿人機器人有日本本田公司研發(fā)的ASIMO機器人，已經(jīng)能夠完成跑、跳、在不平整的地面上行走運動，語音及其識別，自動檢測環(huán)境等，法國機器人公司Aldebaran Robotics的NAO機器人擁有與人類一樣的肢體語言，能夠聽、看、說，與人互動，機器人互相之間也能互動。由于這款機器人具有可愛的仿人外形，且達(dá)到一定的人工智能水平，NAO機器人已經(jīng)被用于特殊教育領(lǐng)域，緩解和調(diào)節(jié)自閉癥兒童的狀態(tài)，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，設(shè)計也比較完善和成熟，認(rèn)可度高。還有波士頓動力公司的Atlas,能夠完成一定難度的動作，身體具有一定的協(xié)調(diào)性[12]。

不論是國內(nèi)還是國外，仿人機器人的發(fā)展都沒有達(dá)到非常完備的性能狀態(tài)，還需不斷探索，不斷學(xué)習(xí)，不斷嘗試，國內(nèi)已有公司完成三代機器人的研發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)直立行走、上下臺階等動作，在目前仿人機器人的市場還未完全打開時，通過“產(chǎn)學(xué)合作”的模式來壯大自己，可以培養(yǎng)青少年的創(chuàng)新精神和實踐能力。

仿人機器人的市場前景十分可觀。在將來的5年左右，醫(yī)療機器人和服務(wù)類機器人的應(yīng)用規(guī)模會持續(xù)擴大，影響范圍會更廣，在將來的15年左右，醫(yī)療機器人和服務(wù)類機器人的訂單將會占據(jù)機器人市場的一半左右。

4 結(jié)語

隨著科技水平的不斷發(fā)展，人們的理論聯(lián)系實際的能力不斷增強，目前，國內(nèi)外仿人機器人大多數(shù)都處于研發(fā)，試行階段。我國也要抓住機遇，面對挑戰(zhàn)，加強相關(guān)人才的培養(yǎng)與儲備，嘗試研發(fā)重點核心零部件，大力發(fā)展機器人企業(yè)。國外許多國家，也都將仿人機器人的發(fā)展作為科研重點，一些發(fā)達(dá)國家的研發(fā)水平會更加超前。仿人機器人的外形特點會更能贏得人類的好感，它是社會發(fā)展，經(jīng)濟發(fā)展和科學(xué)技術(shù)發(fā)展到某一特定階段的產(chǎn)物，未來，技術(shù)，經(jīng)濟，社會相互融合，會為仿人機器人創(chuàng)造出更加光明的未來，人類的生活也會因仿人機器人的存在更加美好。