漫 話 機 器 人

文/陳德彰

漫 話 機 器 人

文/陳德彰

說起機器人，人們已經不陌生，我國每年都有專門的展覽會，還有中學生機器人制作比賽。有趣的機器人足球賽等更是吸引了無數成人和兒童。1921年，捷克著名劇作家卡爾·恰佩克（Karel Capek，1890—1938）的話劇《羅素姆的全能機械人》（Rossum’s Universal Robots）在布拉格首演。robot一詞是恰佩克將捷克語的“強迫勞動”（robota）和波蘭語的“工人”（robotnik）兩詞合成創造出來的。此詞于1923年首次出現在英語，后來被用于指“機器人”的新詞匯。

不過大多數機器人在工廠里代替人類做一些笨重或危險的工作。后來戰場也出現了機器人，比如用以掃雷（mine clearance/sweeping）。現在還出現了機器人導盲犬（guide dog）。一些醫院里也有專門的機器人，不僅能從事一些簡單的工作，還能進行復雜的手術。有些餐飲行業推出了機器人服務員。其實，我國探月的玉兔（jade rabbit）月球車（moon rover）也是一種機器人。

但是，機器人的歷史并不算長，1959年，被稱為“機器人之父”的美國人英格伯格（Joseph F. Engelberger，1925—2015）帶領團隊制造出世界上第一臺工業機器人，機器人的歷史才真正開始。

英格伯格制造的工業機器人是第一代機器人，屬于示教再現（teaching and playback）型，即人手把著機械手，把應當完成的任務做一遍，或者人用“示教控制盒”（demonstration control box）發出指令，讓機器人的機械手臂運動，一步步完成它應當完成的各個動作。

20世紀70年代，第二代機器人開始有了較大發展。第二代是有感覺的機器人：它們對外界環境有一定感知能力，并具有聽覺、視覺、觸覺等功能。機器人工作時，根據感覺器官，即傳感器（sensor）獲得信息，靈活調整自己的工作狀態，保證在適應環境的情況下完成工作。如有觸覺的機械手,可輕松自如地抓取雞蛋，具有嗅覺的機器人,能分辨出不同飲料和酒類。

第三代機器人是智能（intelligent）機器人，不僅具有感覺能力，而且還具有獨立判斷和行動的能力，并具有記憶、推理（inference；reasoning）和決策的能力，因而能完成更加復雜的動作。智能機器人的中央電腦控制手臂和行走裝置發生故障時，能自我診斷出故障部位，并能自我修復。今天，智能機器人的應用范圍大大地擴展了，除工農業生產外，機器人已應用到各行各業。從某種意義上說，機器人已具備了人類的特點。

機器人智能化、擬人化（personalize）的發展是沒有止境的。有些機器人雖然外表并不像人，也不以人類的方式操作，但可以代替人力自動工作。

展望未來，對機器人的需求是多面的。在制造工業，多數工業產品的商品壽命逐漸縮短、品種需求加多，這就促使產品的生產從傳統的單一品種成批大量生產逐步向多品種小批量柔性生產過渡。由各種加工裝備、機器人物料傳送裝置和自動化倉庫組成的柔性制造系統，以及由計算機統一調度的更大規模的集成制造系統將逐步成為制造工業的主要生產手段之一。

目前，微型機器人大多還處于實驗室或原型開發階段，但可以預見，將來微型機器人將廣泛出現。例如微型管道機器人，其特點是能在狹小的管狀通道或縫隙行走，進行檢測維修等作業。近年來隨著微電子機械技術的發展和晶體壓電效應和超磁致伸縮材料磁-機耦合（coupling）技術應用的發展, 新型微驅動器的出現和應用成為微管道機器人的重要發展基礎。

日本名古屋大學（Nagoya University）研制成一種微型管道（micro pipe）機器人,可用于細小管道的檢測,在生物醫學領域的小空間內做微小工作。我國上海大學和上海交通大學都研制出了慣性沖擊式（inertial impact type）管道微機器人。這種微機器人采用層疊型壓電（cascading piezoelectric）驅動器驅動，有層疊型和雙壓電薄膜兩種類型。

近年來,醫療機器人技術的研究與應用開發進展很快,微型醫療機器人是其中最有發展前途的應用領域，據日本科學技術政策研究所預測,到2017年醫療領域使用微型機器和機器人的手術將超過全部醫療手術的一半。美國馬里蘭州的約翰霍普金實驗室研制出一種“靈巧藥丸”，實際上是裝有微型硅溫度計和微型電路的微型檢測裝置，吞入體內可以將體內的溫度信息發給記錄器。瑞典科學家發明了一種大小如英文標點符號的機器人，未來可移動單一細胞或捕捉細菌，進而在人體內進行各種手術。國內許多科研院所主要開展的無創傷微型醫療機器人研究取得了一些成果。無損傷（zero damage）醫用機器人主要應用于人體內腔的疾病醫療，可以大大減輕或消除目前臨床上使用的各類窺鏡（sight glass；speculum）、內注射器（intrinsic syringe）、內送藥裝置（intrinsic medicine delivery device）等醫療器械給患者帶來的嚴重不適應及痛苦。

中國科學技術大學在國家自然科學基金的資助下研制出了基于壓電陶瓷驅動的多節蛇行游動腹腔手術微型機器人。CCD攝像系統手術器械及智能控制系統分別安裝在該微型機器人的頂端，通過開在患者腹部的小口伸入腹腔進行手術。其特點是響應速度快，運動精度高，作用力與動作范圍大,每一節可實現兩個自由度方向上±60°范圍內迅捷而靈活的動作。

浙江大學也研制出了無損傷醫用微型機器人的原理樣機。該微型機器人以懸浮方式進入人體內腔（如腸道、食道），可避免對人體內腔有機組織造成損傷,運行速度快，速度控制方便。

有意思的是，美國著名科幻小說（science fiction，常略為sci-fi）家艾薩克·阿西莫夫（Isaac Asimov，1920—1992）曾在他的科幻小說里描述了規范機器人行為的三定律：

第一定律：機器人不得傷害人，或任人受到傷害而無所作為；

第二定律：機器人應服從人的一切命令，但命令與第一定律相抵觸時例外；

第三定律：機器人必須保護自身的安全，但不得與第一、第二定律相抵觸（contradict）。

這些“定律”構成了支配機器人行為的道德標準。機器人必須按人的指令行事，為人類生產和生活服務。不久前，英國標準協會（British Standards Institute，簡稱 BSI）正式發布了一套機器人倫理指南（ethical guidelines），比阿西莫夫三定律更加復雜和成熟。我們的社會已經到了要給機器人制定行為規范的時候了，這不禁讓人產生一種科幻與現實交織（interweave；intertwine）的奇妙感覺。

英國標準協會是有著100多年歷史的英國國家標準機構，在世界范圍內具有很高的權威性。這個倫理指南的全稱是《機器人和機器系統的倫理設計和應用指南》（Guidance to Ethical Design and Application for Robots and Machine Systems），主要針對的人群就是機器人設計研究者和制造商，指導他們如何對一個機器人做出道德風險評估（risk assessment）。其最終的目的，是要保證人類生產出來的智能機器人，能夠融入人類社會現有的道德規范（code of ethics; moral rule）里。

這個標準的文件代號為BS8611，發布于2016年 9 月 15 日英國牛津郡的 “社會機器人和 AI ”（Social Robotics and AI）大會上。西英格蘭大學機器人教授艾倫·溫尼弗雷德（Alan Winfield）表示，這是業界第一個關于機器人倫理設計的公開標準。

該文件內容雖然用詞枯燥，但是里面所描繪的場景，簡直跟從科幻小說里蹦出來的一樣。機器人欺騙、令人成癮（get addicted）、具有超越現有能力范圍的自學能力，這些都被列為危害因素，是設計人員和制造商需要考慮的。

《指南》開頭給出了一個廣泛的原則：機器人的設計目的不應是專門或主要用來殺死或傷害人類；負責任的主體是人類，而不是機器人；要確保找出某個機器人的行為負責人的可能性。《指南》也聚焦了一些有爭議性的話題，例如，人類與機器人之間可否產生情感聯系（emotional bonding/feelings）， 尤其是當這個機器人本身設計目的就是為了與小孩和老人互動。

謝菲爾德大學教授諾埃爾·夏基（Noel Sharkey）認為，這就是機器人在無意的情況下欺騙人類的例子。機器人是沒有感情的，但是人類有時候并不這么認為。他指出，最近有一項研究，把小機器人放到一所幼兒園里，孩子們很是喜愛，并且認為這些機器人比家里的寵物具有更高的感知能力。

《指南》建議設計者更應關注機器人的透明性，但是科學家們表示這個在現實里很難實現。這是因為人們無法確切了解 AI 系統（尤其是深度學習系統）是如何做出決定的。

一個人工智能體，并沒有用固定的程序來指導它完成任務，它是通過數百萬次的學習和嘗試，才找出成功的解決方法。這種學習和做出決策的過程，有時候是其人類設計者都無法理解的。

《指南》里也提到了機器人的性別和種族歧視問題。這是因為深度學習系統很多都是使用互聯網上的數據進行訓練，而這些數據本身就帶著偏見。

機器人的偏見是會直接影響技術應用的。它會對某些群體的學習更深入，而對另一些群體有所忽視，這在以后的應用中，意味著機器人會“看菜下飯，看人說話”。

現在已有的例子就是，聲音識別系統對于女性的理解要弱一些，再比如機器識別白種人的臉更容易，識別有色人的臉更難。長遠來看，在未來的醫療應用中，機器人在診斷女性和少數族群的時候，其專業程度會降低。

夏基教授說：“我們也需要一個機器人黑盒子，可以打開來仔細審查。如果一個機器人表現出種族主義的傾向，我們可以把它關掉，從街上拽回來。”

兩周前，路透社有文章指出，有科學家表示性愛機器人會使人成癮，因為機器人不會拒絕。

《指南》 也提到了這種“過度依賴機器人”的現象，然而并沒有給設計者一個確切的可遵循的準則。這也是在未來的工作中需要繼續補充的。

1976年上映的美國電影《未來世界》（Futureworld）里面，有很多機器人，包括與真人毫無兩樣的400型。有人愛上了一個美麗的女性機器人，只不過那個女性機器人屬于400型，沒有安裝性愛方面的軟件。還有更先進的700型，沒有臉也還能和人打撲克的200型機器人，這機器人甚至會偷看牌。不過，電影里大多數機器人倒是很遵守道德規范和操節，令人深思。看來，給機器人，實際是制造機器人的人，定出道德規范還是很有必要的。

作為一種特殊的、智能化了的機器，機器人能夠并肯定會超越它們的設計者的某些局限性，這意味著，機器人在高效的同時可能也是危險的。人們一般都認可，在一個限定的操作范圍內，機器人要比人類的反應快得多，也精確得多。即使機器人無法超越人類的智能，但很可能比人類更出色地完成任務。由于有程序化的（programmed）儲存，機器人下棋時會在一瞬間對全局和每一步所有可能的結果做出通盤考慮，哪怕再好的職業棋手也不可能做到這一點。由于人類行動節奏緩慢，因此我們對于機器人的有效控制很可能趕不上節拍，猶如等到我們能對感知器官傳達過來的信息作出反應、踩下正在駕駛的汽車剎車時，汽車可能已經一頭扎進墻里了。

機器人與其制造者的關系猶如奴隸和奴隸主的關系。奴隸主要求奴隸絕對服從自己，不折不扣地（to the letter）為其服務。但很多情況下，奴隸可能比奴隸主聰明得多，他們會用各種辦法騙過奴隸主，甚至造反（rise in rebellion），這在古希臘的歷史中有大量的例子。也就是說，奴隸主制定的道德規范限制不了奴隸，相當于機器人很可能會擺脫其制造者的有效控制。在這種情況下，奴隸主，也就是制造機器人的人，必須有嚴格的道德規范約束自己。