【摘要】 “機器人”作為專有名詞加以引用只有幾十年的歷史，但是機器人的概念存在于人類的想象中已有約三千多年的歷史了。近年來，機器人的研究與應(yīng)用取得了空前的發(fā)展，機器人的時代已漸行漸近。機器人產(chǎn)業(yè)對提高創(chuàng)新能力、增強國家綜合實力、帶動整體經(jīng)濟發(fā)展都具有十分重要的意義，機器人技術(shù)及應(yīng)用已成為塑造創(chuàng)新發(fā)展新優(yōu)勢的“必爭之地”。人工智能和莫拉維克悖論是制約當(dāng)前機器人發(fā)展兩大瓶頸。當(dāng)前人工智能研究的難點不僅在具體的技術(shù)實現(xiàn)上，更多的是在深層次對認知的解釋與構(gòu)建方面。莫拉維克悖論則說明，最難以復(fù)刻的人類技能是那些無意識的技能。機器人的發(fā)展也引起了一些顧慮，包括安全問題、恐怖谷理論和機器人威脅論等。當(dāng)今乃至可見的未來，人與機器人之間的關(guān)系不應(yīng)該是取代而是共存，未來的世界可能是人與機器人共在。
【關(guān)鍵詞】 機器人 人工智能 莫拉維克悖論 恐怖谷 認知科學(xué)
【中圖分類號】F752 【文獻標(biāo)識碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2016.15.003
引言
近年來，隨著高性能計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、智能感知、人工智能、新材料等技術(shù)的快速發(fā)展，機器人的研究與應(yīng)用取得了空前的發(fā)展，已經(jīng)走出實驗室，進入工業(yè)中，現(xiàn)在又開始進入人們的日常生活。無論人們是歡迎還是擔(dān)憂，機器人的時代已漸行漸近。
機器人被譽為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)對提高創(chuàng)新能力、增強國家綜合實力、帶動整體經(jīng)濟發(fā)展都具有十分重要的意義。世界主要大國都將機器人的研究與應(yīng)用擺在本國科技發(fā)展的重要戰(zhàn)略地位。2011年，美國推出國家機器人計劃（National Robotics Initiative, NRI）；2012年，韓國發(fā)布《機器人未來戰(zhàn)略2022》；2014年，歐盟啟動“SPARC計劃”；2015年，日本發(fā)布《機器人新戰(zhàn)略》（Japan's Robot Strategy），縱觀這些主要國家的發(fā)展戰(zhàn)略，機器人技術(shù)及應(yīng)用已成為塑造創(chuàng)新發(fā)展新優(yōu)勢的“必爭之地”。
同樣，在我國無論是實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略還是“中國制造2025”戰(zhàn)略，機器人技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展都是重要內(nèi)容。今年（2016年）4月，我國發(fā)布了機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016～2020年），對機器人作為重點發(fā)展領(lǐng)域作出總體部署，以推進我國機器人產(chǎn)業(yè)快速健康可持續(xù)發(fā)展。
機器人的定義與分類
“機器人（Robot）”一詞出現(xiàn)的歷史并不長。1921年，捷克劇作家卡雷爾·恰佩克（Karel Capek, 1890-1938）創(chuàng)作了科幻舞臺劇《羅素姆的萬能機器人》（Rossum'sUniveral Robots），劇本中首次使用了機器人的英文“Robot”一詞。“Robot”這個詞來源于捷克單詞“Robota”，意為“努力工作”或“奴役”。
機器人三定律。在卡雷爾·恰佩克創(chuàng)造機器人（Robot）一詞21年后，著名科幻小說家艾薩克·阿西莫夫（Isaac Asimov）在于1942年發(fā)表的作品《我，機器人》（I, Robots）中第一次明確提出了“機器人三定律”（Three Laws of Robotics）。即：（1）機器人不得傷害人類，或因不作為（袖手旁觀）使人類受到傷害；（2）除非違背第一法則，機器人必須服從人類的命令；（3）在不違背第一及第二法則下，機器人必須保護自己。
“機器人三定律”只是一個文學(xué)概念，并不是一個嚴密科學(xué)的定律，內(nèi)部各法則之間也有對抗性，現(xiàn)實中在人工智能安全研究和機器人倫理學(xué)領(lǐng)域的很多專家并不認可它，沒有人將它作為指導(dǎo)方案。甚至，即便在阿西莫夫自己的科幻小說里它也會出問題。但是，“機器人三定律”仍然在媒體、網(wǎng)絡(luò)和科幻愛好者群體中產(chǎn)生了廣泛的影響，很多人對機器人最初的認識都是伴隨著“機器人三定律”而來的。
機器人的定義。各國相關(guān)組織機構(gòu)對機器人的定義主要有以下幾種：
（1）美國機器人協(xié)會（RIA）的定義：機器人是“一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過可編程序動作來執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力的多功能機械手”。
（2）日本工業(yè)機器人協(xié)會（JIRA）的定義：工業(yè)機器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的，能夠轉(zhuǎn)動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機器”。
（3）美國國家標(biāo)準局（NBS）的定義：機器人是“一種能夠進行編程并在自動控制下執(zhí)行某些操作和移動作業(yè)任務(wù)的機械裝置”。
（4）國際標(biāo)準化組織（ISO）的定義：機器人是“一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手，這種機械手具有幾個軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)”。
在我國，對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。”
機器人的分類。機器人定義上的模糊和多樣，使得機器人在分類上也有很多方法。常見的有按運動方式、智能程度、按機器人用途分類。
按機器人運動方式分類可以分為：固定式機器人和移動機器人，移動機器人又可以分為：輪式機器人、履帶式機器人、足式機器人、飛行機器人、水下機器人等。
按機器人智能程度可以分為：一般機器人、智能機器人。智能機器人根據(jù)其智能水平又可分為：傳感型機器人、半自主機器人、自主型機器人。按用途分類是根據(jù)不同的應(yīng)用行業(yè)和工作任務(wù)進行分類，是當(dāng)前機器人技術(shù)最常用也是最常見的分類方法。一般可以分為工業(yè)機器人、服務(wù)機器人和特種機器人。
機器人的歷史
盡管“機器人”作為專有名詞加以引用只有幾十年的歷史，但是機器人的概念存在于人類的想象中已有約三千多年的歷史了。
中國古代的機器人。我國古代最早關(guān)于機器人的記錄是《列子·湯問篇》中“能倡者”的故事：工匠偃師給周穆王獻上了一個木偶，木偶外表看起來和人類完全一樣。《北史·列傳卷七十一》記載隋煬帝為了與寵臣柳?隨時相見，便令人模仿他的模樣造了一個“偶人”。唐朝《朝野僉載》中記載一個可以行乞的木僧，木僧可以發(fā)出聲音，寬泛的說，這可以算作具有“語音”功能的“機器人”了。
其它類似記載還有很多，如《三國志·諸葛亮傳》中的木牛流馬、《墨子·魯問》中公輸子削木為鵲的故事，等等。雖然古籍中對這些機器人的結(jié)構(gòu)并沒有詳細介紹，很有可能只是古人虛構(gòu)的作品，但卻表明了古人對機器人的豐富想象。
國外古代的機器人。國外有關(guān)機器人的記載可以追溯到古希臘，據(jù)荷馬史詩《伊利亞特》記載，火神兼匠神赫淮斯托斯（Hephaistus）創(chuàng)造出了一組金制機械助手。他的這些機械助手身體強健、可以說話，且非常聰明。
文藝復(fù)興時期，達·芬奇（Leonardo da Vinci）設(shè)計了一個機械騎士，也就是著名的達芬奇機器人（Leonardo's Robot），也叫日耳曼裝甲騎士。這個機器人被設(shè)計成一個騎士的模樣，可以做出一些動作，包括坐起、揮動胳膊、搖頭及張閉嘴巴等。后來人們根據(jù)達芬奇的手稿，復(fù)制了達芬奇機器人。
18世紀后期，瑞士鐘表名家德羅及其兒子和徒弟，分別制造了3個小機器：寫字人偶、繪圖人偶、彈風(fēng)琴人偶?，F(xiàn)在它們還被收藏于瑞士那切特爾藝術(shù)與歷史博物館中。
近代機器人。1954年，美國發(fā)明家喬治·德沃爾（GeorgeDevol）申請了一項關(guān)于可編程通用自動化設(shè)備的專利，德沃爾的專利第一次實現(xiàn)了數(shù)字式可編程機器人，標(biāo)志著現(xiàn)代機器人工業(yè)的建立。后來，德沃爾同他的合作伙伴約瑟夫·恩格爾伯格（Joseph Engel Berger）創(chuàng)建了世界上第一家機器人企業(yè)Unimation。1962年，NormanHeroux根據(jù)上述專利制造了世界上第一臺工業(yè)機器人Unimate，這臺機器人首先應(yīng)用在了通用汽車的裝配生產(chǎn)線上。同年，美國機床鑄造公司（AMF）研制出了Verstran機器人，采用液壓驅(qū)動，機械臂可以繞底座旋轉(zhuǎn)，沿垂直方向升降或沿半徑方向伸縮。它們的控制方式與數(shù)控機床大致相似，但外形特征迥異，主要由機械臂組成。Unimate和Versatran是世界上最早的工業(yè)機器人，人類社會從此邁入了機器人時代。
1960年代，傳感器開始應(yīng)用于機器人領(lǐng)域。1966年，斯坦福大學(xué)研究所人工智能研究中心開始研制世界上第一臺具有自主能力移動機器人——Shakey。Shakey于1972年研制成功，綜合了機器人學(xué)、計算機視覺、自然語言處理等方面的知識，是第一臺混合了邏輯推理和物理動作的機器人，開創(chuàng)了許多先例。
進入20世紀70年代，人工智能開始與機器人技術(shù)結(jié)合，一方面，機器人為人工智能提供了一個很好的試驗平臺和應(yīng)用領(lǐng)域；另一方面，人工智能也讓機器人的功能和運行更加智能。隨著自動控制理論、機電技術(shù)及信息技術(shù)的迅速發(fā)展，機器人技術(shù)也進入了一個新的發(fā)展階段。1974年，CincinnatiMilacron公司推出第一臺計算機控制的工業(yè)機器人，命名為“The Tomorrow Tool”，可以舉起45.36kg重的物體，并可以跟蹤裝配線上的移動物體。1975年，IBM公司研制出一個帶有觸覺和力覺傳感器的機械手，由計算機控制，可以完成有20個零件的打字機機械裝配工作。
機器人發(fā)展現(xiàn)狀。進入21世紀，工業(yè)機器人的發(fā)展逐漸趨向成熟，而服務(wù)機器人則持續(xù)快速發(fā)展，受到越來越多的關(guān)注。在仿人機器人、仿生機器人、家用機器人等方面都取得了重要進展。
在仿人機器人方面，日本本田公司于2000年發(fā)布了首款仿人機器人ASIMO，經(jīng)過不斷的改進和升級，2011版ASIMO已經(jīng)可以同時與多人進行對話，遭遇其他正在行動中的人時，ASIMO會預(yù)測對方行進方向及速度，自行預(yù)先計算替代路線以免與對方相撞?？梢圆叫小⒈寂?、倒退走，還可以單腳跳躍、雙腳跳躍，也可以在些微不平的地面行走，甚至能邊跳躍邊變換方向。奔跑速度可以達到9km/h。它的手可轉(zhuǎn)開水瓶、握住紙杯、進行倒水，手指動作更纖細，甚至可以邊說話邊以手語表現(xiàn)說話內(nèi)容。
其他的人形機器人還有很多，例如波士頓動力公司2013年發(fā)布的雙足人形機器人Atlas，它有四個液壓驅(qū)動的四肢。Atlas由航空級鋁和鈦建造，身高約6英尺（1.8米）高，重達330磅（150公斤），藍光LED照明。它配備了兩個視覺系統(tǒng)——一個激光測距儀和一個立體照相機，由一個機載電腦控制。它的手具有精細動作技能，它的四肢共擁有28度的自由度。2013年的原型版本被系鏈到外部電源來保持穩(wěn)定，Atlas可以在崎嶇的地形行走和攀登獨立使用其胳膊和腿。Atlas參加了由國防高等研究計劃署（DARPA）舉辦的機器人挑戰(zhàn)賽，一同參加比賽的還有很多其它研究團隊的人形機器人，它們都具有很高的研究水平。
在仿生機器人方面，與Atlas同出自波士頓動力公司的四足仿生機器人BigDog同樣取得了巨大的成就。它沒有車輪或者履帶，而是采用四條機械腿來運動。機械腿上面有各種傳感器，包括關(guān)節(jié)位置和接觸地面的部位。它還有一個激光回轉(zhuǎn)儀，以及一套立體視覺系統(tǒng)。BigDog有1米長，0.7米高，75千克重，幾乎相當(dāng)于一頭小騾子的體積。目前能夠以每小時5.3公里的速度穿越粗糙地形，并且負載154千克的重量。它還能夠爬行35度的斜坡。其運動是由裝載在機身上的計算機控制的，這臺計算機能夠接收機器上各種傳感器傳達的信號，導(dǎo)航和平衡也由這個控制系統(tǒng)控制。
在醫(yī)療機器人方面，2000年左右研制成功并使用的達芬奇外科手術(shù)系統(tǒng)（Leonardo Da Vincisurgical robot）是一種高級機器人平臺，它可以通過使用微創(chuàng)的方法，實施復(fù)雜的外科手術(shù)。它由三部分組成：外科醫(yī)生控制臺、床旁機械臂系統(tǒng)、成像系統(tǒng)。達芬奇機器人的使用，使手術(shù)精確度大大增加，術(shù)后恢復(fù)加快，并減少了醫(yī)護人員的工作量。
在家用服務(wù)機器人方面，自20世紀末研制出第一臺掃地機器人以來，已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展。掃地機器人是服務(wù)機器人領(lǐng)域里面產(chǎn)業(yè)化程度最高和應(yīng)用最多的機器人，其技術(shù)也從之前的隨機清掃方式進化到路徑規(guī)劃式清掃，為人們的生活帶來了巨大的便利。
