機器人的昨天、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，又可以運行預先編排的程序，也可以根據以人工智能技術制定的原則綱領行動，不斷適應環境的機器人，一直是人類的夢想之一。近些年來，隨著機器人文化的發展及其技術廣泛應用于社會的方方面面，一場社會文化的嬗變正在全球各地悄然進行。

從機器人文化到現實版機器人

“機器人”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《羅素姆的萬能機器人》中，創造出了一個令人耳目一新的詞匯 ——robot （機器人）。在捷克語里，“robot”是苦役、勞工的意思。

機器人，這個不是由碳水化合物，而是由鋼鐵和線路組成的“人”，立刻引起了全社會的極大關注并得到世界的廣泛認同。1942年美國著名科幻小說家阿西莫夫提出“機器人學三大法則”：“機器人不得傷害人類；機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；機器人必須保護自己，除非這種保護與以上兩條原則相矛盾。”這三個原則被后世無數的科幻小說及影視作品引用，被人們奉為經典。雖然這只是科幻小說里的創造，但后來成為學術界默認的研發原則。機器人這個詞匯迅速風靡世界，與此同時，作為一種獨特的文化現象，機器人滲透到了科學、哲學、文學、電影、藝術等各個方面。

在阿西莫夫創作一系列機器人短篇科幻小說并提出“機器人學三大法則”時，世界上還沒有機器人。然而，僅僅過了17個年頭，到了1959年，美國英格伯格和德沃爾就制造出世界上第一臺工業機器人，宣告機器人從科學幻想變為現實。隨著機器人技術的不斷進步，機器人的用途日益廣泛，被應用于生活、生物技術、醫療等眾多領域。機器人文化現象精彩紛呈。

日本在1967年由川崎重工業公司從美國Unimation公司引進機器人及其技術，并于1968年試制出第一臺川崎的“尤尼曼特”機器人。由于日本當時勞動力顯著不足，機器人在企業里受到了“救世主”般的歡迎。經過短短的十幾年，到80年代中期，已一躍成為“機器人王國”，其機器人的產量和安裝的臺數在國際上躍居首位。

時下，日本機器人正在悄然變化，原來只能干那些險、臟、累等粗活的機器人，如今也開始文雅起來，可以與人交流，甚至成為家庭的一員。在這類機器人中最為先進的是橫濱機器人博覽會上展出的“BN-7”，它的眼睛是兩個數碼相機，捕捉人的面孔特征后，可記住7個家庭成員的面孔。家人出去時，它會說，“請早點回來”；家人回來時，它會說，“請進，請休息”等。如果主人發火打它，它會逃跑；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器人身高32厘米，重約5公斤，可靈巧地躲過障礙抵達目的地。它頭部裝有兩個照相機，鏡頭像人的眼睛一樣自由轉動，捕捉面前的事物。所拍圖像可通過因特網傳給主人，以便主人通過手機發布命令，讓機器人遙控家電，向老年人提示危險信號，向陌生人發出警告等。

《科學之社會研究》雜志2014年第3期發表了美國印第安納大學布魯明頓分校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，日本機器人的水平享有盛譽，這一點早已經成為人們的共識，但我們可能沒有意識到的是，日本機器人發展歷程也是前所未有的機器人文化的培育、塑造的過程。按照日本產業機器人工業會常務理事米本完二的說法：“日本機器人的發展經過了60年代的搖籃期，70年代的實用期，到80年代進入普及提高期。”并正式把1980年定為“產業機器人的普及元年”，開始在各個領域內廣泛普及機器人文化并推廣使用機器人。

引人注目的是，英國政府從1981年起就資助機器人產業，給購買機器人的公司以25%的價格補貼。2014年，英國政府已經制訂了一項農業科技發展戰略，欲投入1億6000萬英鎊。其認為，農場機器人是未來的發展趨勢，其不僅會帶來效益和效率，同時還會將許多艱苦而繁重的農場作業終結。有媒體斷言，用不了多久，機器人的足跡將會深入英格蘭山區。

現在，在英國已經有越來越多的農場機器人走出了實驗室，它們有更好的能力來執行繁瑣而苛刻的實驗室任務，對于大型農業器械而言，這些都是不可能完成的任務。如葡萄酒機器人可穿梭于葡萄園來進行藤條修剪，生菜機器人可鋤凈植物根部的雜草等。英國全國農民聯盟的主席彼得·肯德爾表示：“無人操縱機器人的使用并不是夢想，人們正致力于此。除了田間作業，無人操縱機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、韓相繼提出以企業為主、產業化為先導的機器人總體發展規劃，并通過機器人競賽促進教育的開展，如美國三一學院的機器人滅火、韓國的FIRA、日本的RoboCup、FLL挑戰賽等。機器人文化正在全球范圍內點燃人們的熱情，機器人文化滲透到社會生活的方方面面。2010年上海世博會上，日本館的機器人秀、法國館的舞蹈機器人、上海聯合館的炒菜機器人等都賺足了人們的眼球。

1986年我國“863”高科技發展計劃正式啟動“智能機器人”主題，“九五”期間，“普及機器人文化”被列為該主題第一專題的宗旨之一。1998年中國科技大學在國內率先進行了機器人足球的教學實驗。2002年以后，隨著我國教育信息化的發展、“校校通”工程的推進，智能機器人技術向教育領域的滲透呈加速度發展的趨勢。媒體報道，2011年央視春晚上，同時出現兩個“李詠”——其中“李詠2”能點頭眨眼，他就是按照1：1比例制造的仿真硅像機器人。

2013年，中國首次成為全球機器人最大消費國，在全球總銷量中占比超過五分之一。被視為中國機器人產業發展元年的2014年，中國國產工業機器人銷量近1.7萬臺，同比增長達到驚人的77%。2015年發展更加迅猛，5月份中國工業機器人產量同比增長1.3倍。今年對中國機器人產業更是意義非凡的一年，《中國制造2025》部署實施制造強國戰略，把機器人列為中國制造業亟需強力發展的關鍵技術。

仿人機器人的誕生及其應用

何為仿人機器人？大多數的機器人并不像人，有的甚至沒有一點人的模樣，這一點使很多機器人愛好者大失所望。很多人問為什么科學家不研制像人一樣的機器人呢？其實，科學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器人。

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

2000年11月，日本推出了最新一代的仿人機器人ASIMO。在2005年愛知世博會上，大阪大學展出了一臺名叫ReplieeQ1expo的女性機器人。該機器人的外形復制自日本新聞女主播藤井雅子，動作細節與人極為相似，以至于參觀者很難在較短時間內發現這其實是一個機器人。

在仿人機器人領域，日本方面側重于外形仿真，而美國則側重用計算機模擬人腦的研究。美國麻省理工學院研制出了仿人機器人科戈（COG）。“科戈”機器人的大腦是由16個摩托羅拉68332芯片構成的，“科戈”的大腦放在與之相鄰的室內，通過電纜與之相連。“科戈”最多用250個摩托羅拉芯片。“科戈”的大腦與人類的大腦一樣，能同時處理多項任務。據悉，本田公司最新開發的新型機器人“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，在福岡舉行的機器人世界杯大賽上，人形機器人首次閃亮登場。它們的教練聲稱，50年以后這些機器人將打敗人類足球冠軍。這一舉動頗有象征意義，可以說是機器人向文明社會進軍的宣言。

仿人機器人不僅是一個國家高科技綜合水平的重要標志，也在人類生產、生活中有著廣泛的用途。由于仿人機器人具有人類的外觀特征，因而可以適應人類的生活和工作環境，代替人類完成各種作業。它不僅可以在有輻射、粉塵、有毒的環境中代替人們作業，而且可以在康復醫學上形成動力型假肢，協助癱瘓病人實現行走的夢想。將來它可以在醫療、生物技術、教育、救災、海洋開發、機器維修、交通運輸、農林水產等多個領域得到廣泛應用。

2011年2月24日，“發現號”航天飛機從美國佛羅里達州卡納維拉爾角升空。“發現號”此行搭乘6名宇航員，要向國際空間站運送一個永久性多功能艙，并為它帶來一個“常駐民”，即人形機器人宇航員R2。這是人類首次將人形機器人送入太空。R2機器人是NASA與美國通用公司制造的，它是首個進入太空的仿真機器人，它要成為空間站的“居民”——NASA計劃讓這款機器人長期駐守在空間站。宇航員R2將成為太空中首個模擬人類的靈活性機器人，也是美國為空間站建造的第一款機器人。雖然這僅是機器人研究領域發展的一小步，對于仿真人類機器人的發展卻是一大步！“機器宇航員2號”機器人最大的特點就是擁有類似人類的靈巧手指，可以幫助人類完成枯燥、重復或者危險的任務。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“發現號”的單程票，一旦進入國際空間站，“有生之年”將不再返回地球。

我國政府也逐漸開始關注這個領域。國防科技大學、哈爾濱工業大學研制出了雙足步行機器人，北京航空航天大學、哈爾濱工業大學、北京科技大學研制出了多指靈巧手等。長沙國防科技大學于1988年2月研制成功了六關節平面運動型雙足步行機器人，隨后于1990年又先后研制成功了十關節、十二關節的空間運動型機器人系統，并實現了平地前進、后退，左右側行，左右轉彎，上下臺階，上下斜坡和跨越障礙等人類所具備的基本行走功能。經過十年攻關，國防科技大學研制成功我國第一臺仿人機器人——“先行者”，實現了機器人技術的重大突破。“先行者”有人一樣的身軀、頭顱、眼睛、雙臂和雙足，有一定的語言功能，可以動態步行。

2012年7月6日，由北京理工大學研發的“匯童”仿人機器人亮相“國家高新技術產業開發區建設二十年成就展”。能夠自主行走、打招呼、打太極拳的“匯童”4代仿人機器人和可以進行乒乓球機器對打、人機對打的“匯童”5代仿人機器人在“二十年成就展”上一展絕技。兩個不到1.7米的機器人揮拍打起乒乓球，數十回合沒有失誤，身邊一個身材稍高，長著標準人臉模樣的機器人，微笑著與圍觀的觀眾打招呼，聊比賽……

據這些機器人的研發團隊負責人、北京理工大學教授黃強預計，15年內，這些能陪人健身、聊天，甚至能洗衣做飯的智能機器人將走進家庭，給市民當保姆。匯童仿人機器人的誕生，標志著我國仿人機器人研究已經跨入世界先進行列，系統綜合性能和功能達到了國內領先、國際先進水平。

機器人發展前景預測

實際上，在人類文明的悠遠長河中，對機器人的夢想和追求已有3000多年的歷史。如今，人類進入了信息社會，信息技術的發展造就了有感覺、能思考、會決策的智能機器人，將人類和機器人的文化探索推向了前所未有的新高潮。

1990年中國著名學者周海中教授在《論機器人》一文中預言：到21世紀中葉，納米機器人將徹底改變人類的勞動和生活方式。機器人不僅將極大促進社會生產力的發展、產業結構的調整，并成為一個新的經濟增長點，它還一定會帶來我們已經預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，機器人模塊化、平臺統一化的趨勢越來越明顯。比爾·蓋茨預言，家用機器人很快將席卷全球。2007年2月1日的《環球科學》（《科學美國人》中文版）上，發表了比爾·蓋茨名為《未來家家都有機器人》的文章，他向世界預言：機器人將與30年前的個人電腦一樣邁入家家戶戶，徹底改變人類的生活方式。一場新技術革命悄然來臨，當前機器人正經歷20世紀80年代 “PC式”發展，人類正從PC（個人電腦）時代向PR（個人機器人）時代邁進。屆時，家用機器人將像門鈴、計算機、移動電話、電冰箱等一樣普及。隨著云計算、大數據、物聯網等新一代信息技術的快速發展，社會智能化發展趨勢日益顯現，機器人的服務也從工業制造領域，逐漸拓展到教育娛樂、醫療康復、安防救災等人類生活領域。在此背景下，各國紛紛將發展機器人產業上升為國家戰略。就國際形勢來看，美國“再工業化”戰略、德國“工業4.0”戰略、歐洲“火花計劃”、日本“機器人新戰略”等，均將“機器人產業”作為發展重點，試圖通過數字化、智能化奪回制造業優勢。站在歷史的新高度，從戰略全局出發，《中國制造2025》明確提出了我國實施制造強國戰略的三個十年規劃，將機器人產業列入重點戰略。