机器人简史

2014-08-16 00:36

弗兰克·拉扎格

要准确找出生物体立体仿制品的历史源头着实困难。目前已有的最早迹象,是发现于欧洲的旧石器时代(公元前32000年-28000年)留下的一些动物和女性形体模型,多由象牙、石块或者骨头制成。

机械之始:水钟与其他

在新石器时代,人类学会利用一些简单的机械原理,可谓一大跃进。公元前800年时的一座雕像刻画的是阿蒙神伸出手臂的样子,在卢浮宫中也珍藏了一个带有铰链设计的图腾面具,上面印有长着胡狼头的阿努比斯。

以此为灵感,巴比伦人发明了可能是史上首个全机械装置,称为漏壶或水钟。它的工作原理是让水逐渐从一个器皿流向另一个,抬高指针指示时间。公元前246年,埃及的克特西比乌斯改良了这一液压装置,发明了史上首个全自动仪器,上面带有钟面,可以准确根据阳历记时。

亚里士多德(公元前384年-322年)在研究了自动系统的概念之后,将工程学的理论基础进一步强化。他认为,高贵的人可以摆脱单调乏味的工作,用好自己的知识与智慧,努力成为称职公民。

亚里士多德在2000多年前就力推的想法仍然适用于当今的机器人技术革新。也差不多在同一时间,公认的史上首个机械装置——木鸽子诞生了。这一开创先河的仪器由柏拉图的一名挚友阿尔库塔斯于公元前380年发明。这一自我驱动的木头装置内部设计精妙,通过压缩的蒸汽运作并飞行。

然而,一直到了公元1世纪,亚历山大里亚的希罗才提出了更为完整的机器人构想。他刻苦钻研工程学及数学,发明了热驱的气转球以及会喝水的鸟型铜器。尽管他当时的作品在现代人的眼里不值一提,却足以载入史册。

人性的注入

公元850年,巴努穆萨三兄弟发表著作《精巧机械手册》,使机器人在阿拉伯半岛上风靡一时。工程师加扎利发明了一系列让人叹为观止的计时仪器,他登峰造极的能工巧艺也将机械制造的浪潮推入了11世纪。

在整个文艺复兴期间,机器人开始成为有钱人的玩具。托马斯·弗兰基尼与莱昂纳多·达芬奇皆为当时的艺术巨匠,他们在机械方面的造诣也为之后启蒙运动时期的名家雅卡尔·德·沃康桑开启了思想之门。

沃康桑的发明再次突破了人类的极限。他发明的“消化鸭”名噪一时。这只全机械的鸭子能喝能吃,会叫会游,连消化系统与真鸭也并无二致。装置的主体是一个雕花圆柱体,内置复杂杠杆结构,长度及腿,并可通过程序操作。“消化鸭”置于一个精美的架子之上,支架由穿孔铜板制成,允许人们可以一窥鸭身内部工作时的复杂工序。

19世纪末期,对于机械品的狂热已经散布到全世界。不论是大阪的机械玩偶还是巴黎行宫中各种魔术把戏,仪器运作原理的复杂程度节节攀升。

机器人的诞生

1854年,一名从教于爱尔兰科克皇后学院的教授通过布尔代数,基于0和1的两位数字,完成了从简单上色的机械制品到真正机器人的关键转变,并为一个世纪后电脑的出现奠定了基础。

跨入20世纪,“机器人”这个词语首次跃上纸面,捷克作家卡雷尔·恰佩克于1920年出版了科幻题材作品《罗素姆的万能机器人》。机器人(robot)这个词的来源还要归功于斯拉夫人。“rabota”这个词在斯拉夫语中意思是封建时期的苦力。在1941年发表的短篇小说《撒谎的人》当中,艾萨克·阿西莫夫第一次使用“机器人的”(robotic)这个词。

的确,1940年代电子产品与电脑数码蓬勃发展,也成功塑造了机器人技术的发展轨迹。

与此同时,科学家们也在紧锣密鼓地商谈,酝酿设立数个组织。其中的一个组织便成功召开了梅西会议。1942年到1953年共召开十次年会。各界精英共赴纽约,济济一堂,讨论制定科学研究的规则——认知科学。现代控制论就深受这些会议论坛的影响。规则的出现回应了人们的需求,为自然和人工交流系统提供了一般科学解释,并成为实现机器自动控制的一种途径。

控制论通过更好理解对控制权执行的过程得以提升。为了研究动物行为,威廉·格雷·沃尔特设计了一种移动的龟型机器载体。此后,理论转变成了现实。他的后代——埃尔西与艾尔马使用可根据光源进行调整的光电遥感器继续研究。

第一代机器人:机械手臂大显其能

人工智能的使用渐渐得以普及,技术方面的进步也开始惠及整个工业界。首先得益的是能源行业。雷蒙德·高尔兹为法国原子能委员会设计了遥控手腕;汽车行业紧随其后。1962年,通用汽车购入了史上首个工业机器人——一个名为Unimate 001的机械手臂。这个两吨重的庞然大物受代码控制,在通用汽车位于新泽西州特伦顿的压铸工厂内负责排序堆放滚烫金属板的工作。

来自麻省理工和斯坦福大学的研究人员自行研发生产出了机械手臂,帮助美国一跃成为全球首屈一指的机器人大国。在随后的30年,美国也一直占据着这把宝座。来自远东的竞争者也不甘示弱。二十世纪八十年代末,日本政府大力扶持机器人产业,推行优惠政策,包括川崎在内的机器人公司也因此得以大规模生产液压臂。

第二代机器人:智能为先

美国人对机器人道德影响的担心给他们带来了另一个棘手的问题:人类会否终有一日被机器取代,甚至超越?机器是否可能倒戈相向,对付它们的发明者?有社会批评家极力反对这种理论。而司马贺则大胆预测,到1985年,“机器便可完全胜任人类所有的工作。”

工业界的机器人设计精良、可靠耐用。但它们毕竟不是活物,几乎没有能力适应周边环境的变化。而这种局限让人类从六十年代开始探索全新的研究方法。发明家们开始通过编程,设计出可移动机器。因为感应技术的问世,机器便可在不同的场景下做出相应的变化。

最初,这些机器人的外形就像是由部件拼接起来的大机器。在朝不同方向行进时,它们能够通过摄像头、雷达传感器以及感应设备侦测周边的环境。

最早一批在移动平台上进行试验的机器人穿梭在斯坦福大学和约翰·霍普金斯大学的实验室走廊里。这些试验品体型笨重无比,可能要花上数小时才能完成最简单的任务。

第三代机器人:机器大解放

随着1970年代微处理器和微计算的出现,机器人又向真正的人工智能迈出了坚实一步。计算机主板的设计更易操作,1984年问世的程序语言“Robot Basic”也大大提高了软件水平。

这些已经具备了“思考能力”的机器不用再受制于外部环境,可以通过摄像头、感应设备、软件以及制动器随机应变。它们已经具备了适应环境的能力,甚至还能随时改编程序。

史上首个真正做到能说会走的机器人是由早稻田大学发明的Wabot-1机器人。它可以行动,会搬运物品,甚至还能用日语简单对话。

现在几乎每个行业都能看到机器人忙碌的身影。机器人的表现(操作、行为、准度、自主性……)也在创新的洪流中稳步改进。

下一代机器人:超越人类?

移动设备的遍地开花将各种技术全部浓缩在我们的小口袋当中。而正是这种熟悉度会让我们轻易忽略机器人未来发展的关键:微型化与连接性。

纳米技术的出现助力电子部件以更快的速度向微型化发展。电脑处理器的尺寸皆以纳米为单位。量子计算机的想法应运而生。它们的工作原理就是,最基本计算单位“量子比特”已经不局限于1或0,而是可以输入许多叠加态。态的叠加使量子比特的数量急剧上升,从而产生超强计算能力。处理器技术的成熟也使得树莓派这一只有信用卡大小的计算机提供了开源解决方法。任何计算机爱好者就能够设计生产自己的机器人,并赋予其多种功能。

再来谈谈连接性。这个世界已经做到了永续联网。诸如无线局域网、4G网络等协议可以让发明家们将代码“织入”作品之中。智能手机的大规模推广也使得部分机器人具备了挖掘资源的能力。

互联网的兴起为人类与信息的关系和旧习惯带来了翻天覆地的变化。有了这些功能强大的机器人,我们也拥有了处理更多数据的能力,从而创造出一种无所不能的智能——也许有一天,Google会附刻在电子芯片上,植入人类的体中……

机器人可能终有一日会发展成一种人类与机械的混合体。社会要继续进步,我们要学会与不断强大的机器人和平共处。我们在朝未知世界进发时,也有必要谨终慎始,并对道德问题进行一场深入大讨论。

(本文由《上海交大巴黎高科评论》提供中文版权,有删节。欲读全文及了解更多科技评论请访问www.sptreview.org)

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弗兰克·拉扎格

Humanoides.fr网站的创始人,现任其主编。Humanoides.fr是法国领先的机器人新闻、文章与视频的网站。拉扎格毕业于法国高等矿物与有机化学学校,获化学与工程管理硕士学位。