漫 话 机 器 人

文/陈德彰

漫 话 机 器 人

文/陈德彰

说起机器人，人们已经不陌生，我国每年都有专门的展览会，还有中学生机器人制作比赛。有趣的机器人足球赛等更是吸引了无数成人和儿童。1921年，捷克著名剧作家卡尔·恰佩克（Karel Capek，1890—1938）的话剧《罗素姆的全能机械人》（Rossum’s Universal Robots）在布拉格首演。robot一词是恰佩克将捷克语的“强迫劳动”（robota）和波兰语的“工人”（robotnik）两词合成创造出来的。此词于1923年首次出现在英语，后来被用于指“机器人”的新词汇。

不过大多数机器人在工厂里代替人类做一些笨重或危险的工作。后来战场也出现了机器人，比如用以扫雷（mine clearance/sweeping）。现在还出现了机器人导盲犬（guide dog）。一些医院里也有专门的机器人，不仅能从事一些简单的工作，还能进行复杂的手术。有些餐饮行业推出了机器人服务员。其实，我国探月的玉兔（jade rabbit）月球车（moon rover）也是一种机器人。

但是，机器人的历史并不算长，1959年，被称为“机器人之父”的美国人英格伯格（Joseph F. Engelberger，1925—2015）带领团队制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正开始。

英格伯格制造的工业机器人是第一代机器人，属于示教再现（teaching and playback）型，即人手把着机械手，把应当完成的任务做一遍，或者人用“示教控制盒”（demonstration control box）发出指令，让机器人的机械手臂运动，一步步完成它应当完成的各个动作。

20世纪70年代，第二代机器人开始有了较大发展。第二代是有感觉的机器人：它们对外界环境有一定感知能力，并具有听觉、视觉、触觉等功能。机器人工作时，根据感觉器官，即传感器（sensor）获得信息，灵活调整自己的工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作。如有触觉的机械手,可轻松自如地抓取鸡蛋，具有嗅觉的机器人,能分辨出不同饮料和酒类。

第三代机器人是智能（intelligent）机器人，不仅具有感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力，并具有记忆、推理（inference；reasoning）和决策的能力，因而能完成更加复杂的动作。智能机器人的中央电脑控制手臂和行走装置发生故障时，能自我诊断出故障部位，并能自我修复。今天，智能机器人的应用范围大大地扩展了，除工农业生产外，机器人已应用到各行各业。从某种意义上说，机器人已具备了人类的特点。

机器人智能化、拟人化（personalize）的发展是没有止境的。有些机器人虽然外表并不像人，也不以人类的方式操作，但可以代替人力自动工作。

展望未来，对机器人的需求是多面的。在制造工业，多数工业产品的商品寿命逐渐缩短、品种需求加多，这就促使产品的生产从传统的单一品种成批大量生产逐步向多品种小批量柔性生产过渡。由各种加工装备、机器人物料传送装置和自动化仓库组成的柔性制造系统，以及由计算机统一调度的更大规模的集成制造系统将逐步成为制造工业的主要生产手段之一。

目前，微型机器人大多还处于实验室或原型开发阶段，但可以预见，将来微型机器人将广泛出现。例如微型管道机器人，其特点是能在狭小的管状通道或缝隙行走，进行检测维修等作业。近年来随着微电子机械技术的发展和晶体压电效应和超磁致伸缩材料磁-机耦合（coupling）技术应用的发展, 新型微驱动器的出现和应用成为微管道机器人的重要发展基础。

日本名古屋大学（Nagoya University）研制成一种微型管道（micro pipe）机器人,可用于细小管道的检测,在生物医学领域的小空间内做微小工作。我国上海大学和上海交通大学都研制出了惯性冲击式（inertial impact type）管道微机器人。这种微机器人采用层叠型压电（cascading piezoelectric）驱动器驱动，有层叠型和双压电薄膜两种类型。

近年来,医疗机器人技术的研究与应用开发进展很快,微型医疗机器人是其中最有发展前途的应用领域，据日本科学技术政策研究所预测,到2017年医疗领域使用微型机器和机器人的手术将超过全部医疗手术的一半。美国马里兰州的约翰霍普金实验室研制出一种“灵巧药丸”，实际上是装有微型硅温度计和微型电路的微型检测装置，吞入体内可以将体内的温度信息发给记录器。瑞典科学家发明了一种大小如英文标点符号的机器人，未来可移动单一细胞或捕捉细菌，进而在人体内进行各种手术。国内许多科研院所主要开展的无创伤微型医疗机器人研究取得了一些成果。无损伤（zero damage）医用机器人主要应用于人体内腔的疾病医疗，可以大大减轻或消除目前临床上使用的各类窥镜（sight glass；speculum）、内注射器（intrinsic syringe）、内送药装置（intrinsic medicine delivery device）等医疗器械给患者带来的严重不适应及痛苦。

中国科学技术大学在国家自然科学基金的资助下研制出了基于压电陶瓷驱动的多节蛇行游动腹腔手术微型机器人。CCD摄像系统手术器械及智能控制系统分别安装在该微型机器人的顶端，通过开在患者腹部的小口伸入腹腔进行手术。其特点是响应速度快，运动精度高，作用力与动作范围大,每一节可实现两个自由度方向上±60°范围内迅捷而灵活的动作。

浙江大学也研制出了无损伤医用微型机器人的原理样机。该微型机器人以悬浮方式进入人体内腔（如肠道、食道），可避免对人体内腔有机组织造成损伤,运行速度快，速度控制方便。

有意思的是，美国著名科幻小说（science fiction，常略为sci-fi）家艾萨克·阿西莫夫（Isaac Asimov，1920—1992）曾在他的科幻小说里描述了规范机器人行为的三定律：

第一定律：机器人不得伤害人，或任人受到伤害而无所作为；

第二定律：机器人应服从人的一切命令，但命令与第一定律相抵触时例外；

第三定律：机器人必须保护自身的安全，但不得与第一、第二定律相抵触（contradict）。

这些“定律”构成了支配机器人行为的道德标准。机器人必须按人的指令行事，为人类生产和生活服务。不久前，英国标准协会（British Standards Institute，简称 BSI）正式发布了一套机器人伦理指南（ethical guidelines），比阿西莫夫三定律更加复杂和成熟。我们的社会已经到了要给机器人制定行为规范的时候了，这不禁让人产生一种科幻与现实交织（interweave；intertwine）的奇妙感觉。

英国标准协会是有着100多年历史的英国国家标准机构，在世界范围内具有很高的权威性。这个伦理指南的全称是《机器人和机器系统的伦理设计和应用指南》（Guidance to Ethical Design and Application for Robots and Machine Systems），主要针对的人群就是机器人设计研究者和制造商，指导他们如何对一个机器人做出道德风险评估（risk assessment）。其最终的目的，是要保证人类生产出来的智能机器人，能够融入人类社会现有的道德规范（code of ethics; moral rule）里。

这个标准的文件代号为BS8611，发布于2016年 9 月 15 日英国牛津郡的 “社会机器人和 AI ”（Social Robotics and AI）大会上。西英格兰大学机器人教授艾伦·温尼弗雷德（Alan Winfield）表示，这是业界第一个关于机器人伦理设计的公开标准。

该文件内容虽然用词枯燥，但是里面所描绘的场景，简直跟从科幻小说里蹦出来的一样。机器人欺骗、令人成瘾（get addicted）、具有超越现有能力范围的自学能力，这些都被列为危害因素，是设计人员和制造商需要考虑的。

《指南》开头给出了一个广泛的原则：机器人的设计目的不应是专门或主要用来杀死或伤害人类；负责任的主体是人类，而不是机器人；要确保找出某个机器人的行为负责人的可能性。《指南》也聚焦了一些有争议性的话题，例如，人类与机器人之间可否产生情感联系（emotional bonding/feelings）， 尤其是当这个机器人本身设计目的就是为了与小孩和老人互动。

谢菲尔德大学教授诺埃尔·夏基（Noel Sharkey）认为，这就是机器人在无意的情况下欺骗人类的例子。机器人是没有感情的，但是人类有时候并不这么认为。他指出，最近有一项研究，把小机器人放到一所幼儿园里，孩子们很是喜爱，并且认为这些机器人比家里的宠物具有更高的感知能力。

《指南》建议设计者更应关注机器人的透明性，但是科学家们表示这个在现实里很难实现。这是因为人们无法确切了解 AI 系统（尤其是深度学习系统）是如何做出决定的。

一个人工智能体，并没有用固定的程序来指导它完成任务，它是通过数百万次的学习和尝试，才找出成功的解决方法。这种学习和做出决策的过程，有时候是其人类设计者都无法理解的。

《指南》里也提到了机器人的性别和种族歧视问题。这是因为深度学习系统很多都是使用互联网上的数据进行训练，而这些数据本身就带着偏见。

机器人的偏见是会直接影响技术应用的。它会对某些群体的学习更深入，而对另一些群体有所忽视，这在以后的应用中，意味着机器人会“看菜下饭，看人说话”。

现在已有的例子就是，声音识别系统对于女性的理解要弱一些，再比如机器识别白种人的脸更容易，识别有色人的脸更难。长远来看，在未来的医疗应用中，机器人在诊断女性和少数族群的时候，其专业程度会降低。

夏基教授说：“我们也需要一个机器人黑盒子，可以打开来仔细审查。如果一个机器人表现出种族主义的倾向，我们可以把它关掉，从街上拽回来。”

两周前，路透社有文章指出，有科学家表示性爱机器人会使人成瘾，因为机器人不会拒绝。

《指南》 也提到了这种“过度依赖机器人”的现象，然而并没有给设计者一个确切的可遵循的准则。这也是在未来的工作中需要继续补充的。

1976年上映的美国电影《未来世界》（Futureworld）里面，有很多机器人，包括与真人毫无两样的400型。有人爱上了一个美丽的女性机器人，只不过那个女性机器人属于400型，没有安装性爱方面的软件。还有更先进的700型，没有脸也还能和人打扑克的200型机器人，这机器人甚至会偷看牌。不过，电影里大多数机器人倒是很遵守道德规范和操节，令人深思。看来，给机器人，实际是制造机器人的人，定出道德规范还是很有必要的。

作为一种特殊的、智能化了的机器，机器人能够并肯定会超越它们的设计者的某些局限性，这意味着，机器人在高效的同时可能也是危险的。人们一般都认可，在一个限定的操作范围内，机器人要比人类的反应快得多，也精确得多。即使机器人无法超越人类的智能，但很可能比人类更出色地完成任务。由于有程序化的（programmed）储存，机器人下棋时会在一瞬间对全局和每一步所有可能的结果做出通盘考虑，哪怕再好的职业棋手也不可能做到这一点。由于人类行动节奏缓慢，因此我们对于机器人的有效控制很可能赶不上节拍，犹如等到我们能对感知器官传达过来的信息作出反应、踩下正在驾驶的汽车刹车时，汽车可能已经一头扎进墙里了。

机器人与其制造者的关系犹如奴隶和奴隶主的关系。奴隶主要求奴隶绝对服从自己，不折不扣地（to the letter）为其服务。但很多情况下，奴隶可能比奴隶主聪明得多，他们会用各种办法骗过奴隶主，甚至造反（rise in rebellion），这在古希腊的历史中有大量的例子。也就是说，奴隶主制定的道德规范限制不了奴隶，相当于机器人很可能会摆脱其制造者的有效控制。在这种情况下，奴隶主，也就是制造机器人的人，必须有严格的道德规范约束自己。