机器人的昨天、今天与明天

高荣伟

研制与人类外观特征类似，具有人类的智能、灵活性，并能够与人交流，既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，不断适应环境的机器人，一直是人类的梦想之一。近些年来，随着机器人文化的发展及其技术广泛应用于社会的方方面面，一场社会文化的嬗变正在全球各地悄然进行。

从机器人文化到现实版机器人

“机器人”一词来源于捷克作家卡雷尔·恰佩克。1920年，恰佩克在他的科幻戏剧《罗素姆的万能机器人》中，创造出了一个令人耳目一新的词汇 ——robot （机器人）。在捷克语里，“robot”是苦役、劳工的意思。

机器人，这个不是由碳水化合物，而是由钢铁和线路组成的“人”，立刻引起了全社会的极大关注并得到世界的广泛认同。1942年美国著名科幻小说家阿西莫夫提出“机器人学三大法则”：“机器人不得伤害人类；机器人必须服从人类的命令，除非这条命令与第一条原则相矛盾；机器人必须保护自己，除非这种保护与以上两条原则相矛盾。”这三个原则被后世无数的科幻小说及影视作品引用，被人们奉为经典。虽然这只是科幻小说里的创造，但后来成为学术界默认的研发原则。机器人这个词汇迅速风靡世界，与此同时，作为一种独特的文化现象，机器人渗透到了科学、哲学、文学、电影、艺术等各个方面。

在阿西莫夫创作一系列机器人短篇科幻小说并提出“机器人学三大法则”时，世界上还没有机器人。然而，仅仅过了17个年头，到了1959年，美国英格伯格和德沃尔就制造出世界上第一台工业机器人，宣告机器人从科学幻想变为现实。随着机器人技术的不断进步，机器人的用途日益广泛，被应用于生活、生物技术、医疗等众多领域。机器人文化现象精彩纷呈。

日本在1967年由川崎重工业公司从美国Unimation公司引进机器人及其技术，并于1968年试制出第一台川崎的“尤尼曼特”机器人。由于日本当时劳动力显著不足，机器人在企业里受到了“救世主”般的欢迎。经过短短的十几年，到80年代中期，已一跃成为“机器人王国”，其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。

时下，日本机器人正在悄然变化，原来只能干那些险、脏、累等粗活的机器人，如今也开始文雅起来，可以与人交流，甚至成为家庭的一员。在这类机器人中最为先进的是横滨机器人博览会上展出的“BN-7”，它的眼睛是两个数码相机，捕捉人的面孔特征后，可记住7个家庭成员的面孔。家人出去时，它会说，“请早点回来”；家人回来时，它会说，“请进，请休息”等。如果主人发火打它，它会逃跑；主人叫它，它则笑着跑过来。此外，富士通研究所研制的看家机器人身高32厘米，重约5公斤，可灵巧地躲过障碍抵达目的地。它头部装有两个照相机，镜头像人的眼睛一样自由转动，捕捉面前的事物。所拍图像可通过因特网传给主人，以便主人通过手机发布命令，让机器人遥控家电，向老年人提示危险信号，向陌生人发出警告等。

《科学之社会研究》杂志2014年第3期发表了美国印第安纳大学布鲁明顿分校Selma Sabanovic的文章：Inventing Japan s “robotics culture”： The repeated assembly of science， technology， and culture in social robotics。在Selma Sabanovic看来，日本机器人的水平享有盛誉，这一点早已经成为人们的共识，但我们可能没有意识到的是，日本机器人发展历程也是前所未有的机器人文化的培育、塑造的过程。按照日本产业机器人工业会常务理事米本完二的说法：“日本机器人的发展经过了60年代的摇篮期，70年代的实用期，到80年代进入普及提高期。”并正式把1980年定为“产业机器人的普及元年”，开始在各个领域内广泛普及机器人文化并推广使用机器人。

引人注目的是，英国政府从1981年起就资助机器人产业，给购买机器人的公司以25%的价格补贴。2014年，英国政府已经制订了一项农业科技发展战略，欲投入1亿6000万英镑。其认为，农场机器人是未来的发展趋势，其不仅会带来效益和效率，同时还会将许多艰苦而繁重的农场作业终结。有媒体断言，用不了多久，机器人的足迹将会深入英格兰山区。

现在，在英国已经有越来越多的农场机器人走出了实验室，它们有更好的能力来执行繁琐而苛刻的实验室任务，对于大型农业器械而言，这些都是不可能完成的任务。如葡萄酒机器人可穿梭于葡萄园来进行藤条修剪，生菜机器人可锄净植物根部的杂草等。英国全国农民联盟的主席彼得·肯德尔表示：“无人操纵机器人的使用并不是梦想，人们正致力于此。除了田间作业，无人操纵机器人在水果采收甚至牲畜管理方面都大有潜力。”

近些年来，美、日、韩相继提出以企业为主、产业化为先导的机器人总体发展规划，并通过机器人竞赛促进教育的开展，如美国三一学院的机器人灭火、韩国的FIRA、日本的RoboCup、FLL挑战赛等。机器人文化正在全球范围内点燃人们的热情，机器人文化渗透到社会生活的方方面面。2010年上海世博会上，日本馆的机器人秀、法国馆的舞蹈机器人、上海联合馆的炒菜机器人等都赚足了人们的眼球。

1986年我国“863”高科技发展计划正式启动“智能机器人”主题，“九五”期间，“普及机器人文化”被列为该主题第一专题的宗旨之一。1998年中国科技大学在国内率先进行了机器人足球的教学实验。2002年以后，随着我国教育信息化的发展、“校校通”工程的推进，智能机器人技术向教育领域的渗透呈加速度发展的趋势。媒体报道，2011年央视春晚上，同时出现两个“李咏”——其中“李咏2”能点头眨眼，他就是按照1：1比例制造的仿真硅像机器人。

2013年，中国首次成为全球机器人最大消费国，在全球总销量中占比超过五分之一。被视为中国机器人产业发展元年的2014年，中国国产工业机器人销量近1.7万台，同比增长达到惊人的77%。2015年发展更加迅猛，5月份中国工业机器人产量同比增长1.3倍。今年对中国机器人产业更是意义非凡的一年，《中国制造2025》部署实施制造强国战略，把机器人列为中国制造业亟需强力发展的关键技术。

仿人机器人的诞生及其应用

何为仿人机器人？大多数的机器人并不像人，有的甚至没有一点人的模样，这一点使很多机器人爱好者大失所望。很多人问为什么科学家不研制像人一样的机器人呢？其实，科学家和爱好者的心情是一样的，一直致力于研制出有人类外观特征、可模拟人类行走与其基本操作功能的机器人。

模仿人的形态和行为而设计制造的机器人就是仿人机器人，一般分别或同时具有仿人的四肢和头部。世界上最早的仿人机器人研究组织诞生于日本，1973年，以早稻田大学加藤一郎教授为首，组成了大学和企业之间的联合研究组织，其目的就是研究仿人机器人。加藤一郎教授突破了仿人机器人研究中最关键的一步——两足步行。1996年11月，本田公司研制出了自己的第一台仿人步行机器人样机P2，1997年10月又推出了仿人形机器人P3。P3通过它的身体的重力感应器和脚底的触觉传感器把地面的状况送回电脑，电脑则根据路面情况作出判断，进而平衡身体，稳定地前后左右行走。它不仅能走平路，还可以走台阶和倾斜的路。它站立稳定，推不倒，脚底不平也能保持身体的直立姿态。

2000年11月，日本推出了最新一代的仿人机器人ASIMO。在2005年爱知世博会上，大阪大学展出了一台名叫ReplieeQ1expo的女性机器人。该机器人的外形复制自日本新闻女主播藤井雅子，动作细节与人极为相似，以至于参观者很难在较短时间内发现这其实是一个机器人。

在仿人机器人领域，日本方面侧重于外形仿真，而美国则侧重用计算机模拟人脑的研究。美国麻省理工学院研制出了仿人机器人科戈（COG）。“科戈”机器人的大脑是由16个摩托罗拉68332芯片构成的，“科戈”的大脑放在与之相邻的室内，通过电缆与之相连。“科戈”最多用250个摩托罗拉芯片。“科戈”的大脑与人类的大脑一样，能同时处理多项任务。据悉，本田公司最新开发的新型机器人“阿西莫”，身高120厘米，体重43公斤，它的走路方式更加接近人。几年前，在福冈举行的机器人世界杯大赛上，人形机器人首次闪亮登场。它们的教练声称，50年以后这些机器人将打败人类足球冠军。这一举动颇有象征意义，可以说是机器人向文明社会进军的宣言。

仿人机器人不仅是一个国家高科技综合水平的重要标志，也在人类生产、生活中有着广泛的用途。由于仿人机器人具有人类的外观特征，因而可以适应人类的生活和工作环境，代替人类完成各种作业。它不仅可以在有辐射、粉尘、有毒的环境中代替人们作业，而且可以在康复医学上形成动力型假肢，协助瘫痪病人实现行走的梦想。将来它可以在医疗、生物技术、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输、农林水产等多个领域得到广泛应用。

2011年2月24日，“发现号”航天飞机从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角升空。“发现号”此行搭乘6名宇航员，要向国际空间站运送一个永久性多功能舱，并为它带来一个“常驻民”，即人形机器人宇航员R2。这是人类首次将人形机器人送入太空。R2机器人是NASA与美国通用公司制造的，它是首个进入太空的仿真机器人，它要成为空间站的“居民”——NASA计划让这款机器人长期驻守在空间站。宇航员R2将成为太空中首个模拟人类的灵活性机器人，也是美国为空间站建造的第一款机器人。虽然这仅是机器人研究领域发展的一小步，对于仿真人类机器人的发展却是一大步！“机器宇航员2号”机器人最大的特点就是拥有类似人类的灵巧手指，可以帮助人类完成枯燥、重复或者危险的任务。美国国家航空航天局官员布兰迪说，对于“R2”而言，它只获得搭乘“发现号”的单程票，一旦进入国际空间站，“有生之年”将不再返回地球。

我国政府也逐渐开始关注这个领域。国防科技大学、哈尔滨工业大学研制出了双足步行机器人，北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学研制出了多指灵巧手等。长沙国防科技大学于1988年2月研制成功了六关节平面运动型双足步行机器人，随后于1990年又先后研制成功了十关节、十二关节的空间运动型机器人系统，并实现了平地前进、后退，左右侧行，左右转弯，上下台阶，上下斜坡和跨越障碍等人类所具备的基本行走功能。经过十年攻关，国防科技大学研制成功我国第一台仿人机器人——“先行者”，实现了机器人技术的重大突破。“先行者”有人一样的身躯、头颅、眼睛、双臂和双足，有一定的语言功能，可以动态步行。

2012年7月6日，由北京理工大学研发的“汇童”仿人机器人亮相“国家高新技术产业开发区建设二十年成就展”。能够自主行走、打招呼、打太极拳的“汇童”4代仿人机器人和可以进行乒乓球机器对打、人机对打的“汇童”5代仿人机器人在“二十年成就展”上一展绝技。两个不到1.7米的机器人挥拍打起乒乓球，数十回合没有失误，身边一个身材稍高，长着标准人脸模样的机器人，微笑着与围观的观众打招呼，聊比赛……

据这些机器人的研发团队负责人、北京理工大学教授黄强预计，15年内，这些能陪人健身、聊天，甚至能洗衣做饭的智能机器人将走进家庭，给市民当保姆。汇童仿人机器人的诞生，标志着我国仿人机器人研究已经跨入世界先进行列，系统综合性能和功能达到了国内领先、国际先进水平。

机器人发展前景预测

实际上，在人类文明的悠远长河中，对机器人的梦想和追求已有3000多年的历史。如今，人类进入了信息社会，信息技术的发展造就了有感觉、能思考、会决策的智能机器人，将人类和机器人的文化探索推向了前所未有的新高潮。

1990年中国著名学者周海中教授在《论机器人》一文中预言：到21世纪中叶，纳米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方式。机器人不仅将极大促进社会生产力的发展、产业结构的调整，并成为一个新的经济增长点，它还一定会带来我们已经预知甚至无法料想的未来。2006年6月，美国微软公司推出Microsoft Robotics Studio，机器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显。比尔·盖茨预言，家用机器人很快将席卷全球。2007年2月1日的《环球科学》（《科学美国人》中文版）上，发表了比尔·盖茨名为《未来家家都有机器人》的文章，他向世界预言：机器人将与30年前的个人电脑一样迈入家家户户，彻底改变人类的生活方式。一场新技术革命悄然来临，当前机器人正经历20世纪80年代 “PC式”发展，人类正从PC（个人电脑）时代向PR（个人机器人）时代迈进。届时，家用机器人将像门铃、计算机、移动电话、电冰箱等一样普及。随着云计算、大数据、物联网等新一代信息技术的快速发展，社会智能化发展趋势日益显现，机器人的服务也从工业制造领域，逐渐拓展到教育娱乐、医疗康复、安防救灾等人类生活领域。在此背景下，各国纷纷将发展机器人产业上升为国家战略。就国际形势来看，美国“再工业化”战略、德国“工业4.0”战略、欧洲“火花计划”、日本“机器人新战略”等，均将“机器人产业”作为发展重点，试图通过数字化、智能化夺回制造业优势。站在历史的新高度，从战略全局出发，《中国制造2025》明确提出了我国实施制造强国战略的三个十年规划，将机器人产业列入重点战略。