圖片：Heron 機器人

從 Heron 的古董音樂機到智能機器狗 Spot，再到學(xué)會獨立行走的 AI：機器人技術(shù)自工業(yè)化以來已經(jīng)走過了漫長的道路。本應(yīng)讓我們在日常生活中的工作更輕松的技術(shù)正變得越來越先進。

自從未來技術(shù)的愿景不可逆轉(zhuǎn)地進入人類的自我形象以來，已經(jīng)過去了一百年。這一切都始于一個表達新技術(shù)成果本質(zhì)的文學(xué)新詞：機器人。

但它不應(yīng)該停留在純粹的科幻幻想中。隨著現(xiàn)代技術(shù)進步的出現(xiàn)，使用機器在日常生活中模仿人類行為和行為的可能性變得越來越明顯。機器人學(xué)史。

內(nèi)容

（1）人造人的古代觀念

（2）具有持久效果的文字創(chuàng)作

（3）人、機器——還是兩者兼而有之？

（4）第一次世界大戰(zhàn)：機器人的起源

（5）機器人作為人類的友好幫手

（6）二戰(zhàn)后機器人的進步

（7）第一次搖搖晃晃的步行嘗試

（8）機器人作為娛樂玩具

（9）當(dāng)服務(wù)機器人陷入困境...

（10）波士頓動力：機器人病毒式傳播

（11）敏感地感受環(huán)境

（12）通過強化學(xué)習(xí)新技能

（13）機器人開發(fā)：下一步

（14）結(jié)論：100 年的機器人技術(shù)——進步比你想象的要快

人造人的古代觀念

今天的機器人技術(shù)（也稱：機器人技術(shù)）涉及用機電機器取代人類與環(huán)境交互的技術(shù)。它們的功能基于收集信息的傳感器、處理信息的處理器和執(zhí)行器：它們將信號轉(zhuǎn)換為機械過程。

根據(jù)德國斯圖加特技術(shù)哲學(xué)家 Catrin Misselhorn 的說法，機器人的行為是自主的，或者至少看起來是自主的——與計算機相比，機器人可以影響他們的環(huán)境并影響它。

但是自主行動的想法，通常類似于人類的設(shè)備是古老的：人形機器生物已經(jīng)出現(xiàn)在公元前 4 世紀(jì)的希臘神話中，并且在公元前 250 年的舊道教文本中也提到過。公元 1 世紀(jì)，亞歷山大港的數(shù)學(xué)家赫倫（Heron）撰寫了《自動機》（Automata），其中他描述了在古代引起轟動的自動裝置。

世界各地還有許多其他例子：大約 1200 年，阿拉伯學(xué)者 Al-Jazari 發(fā)明了可以倒酒的機械服務(wù)員和自動洗手機等。達芬奇在 16 世紀(jì)描繪了一個機械騎士，機械 karakuri 木偶在 18 世紀(jì)和 19 世紀(jì)的日本提供家庭娛樂，西班牙工程師和數(shù)學(xué)家萊昂納多·托雷斯·克韋多大約在 1910 年發(fā)明了第一臺國際象棋自動機。

具有持久效果的文字創(chuàng)作

“機器人”一詞最初來自捷克劇作家卡雷爾·恰佩克 1920 年的一部戲劇，他想用它來描述人造人類的現(xiàn)象。

在第一次世界大戰(zhàn)后工業(yè)化程度提高和大規(guī)模生產(chǎn)需求的背景下，他設(shè)想在不久的將來創(chuàng)造出合成人形生物，這些生物將在工廠和戰(zhàn)場上接管人類的任務(wù)，以提高生產(chǎn)力。最初是作為奴隸建造的，他們有朝一日會徹底改變并推翻人類。

說明： ?apek 的戲劇 RUR – Rossum 的 Universal Robots 中的一個場景，該劇于 1921 年首演，展示了三個機器人。

1921 年 1 月，?apek 的科幻劇《RUR - Rossum's Universal Robots》在布拉格首演。它在全球首映后很快就大受歡迎，并在兩年內(nèi)被翻譯成三十種語言。

Karel ?apek 通過他的兄弟 Josef提出了“機器人”這個詞，他建議使用捷克語Roboti來表示人造人，意思是農(nóng)奴或強迫勞動者。新詞取代了舊術(shù)語，如“自動機”、“機械人”或“機器人”。

人、機器——還是兩者兼而有之？

?apek 的機器人是由合成的有機材料制成的，這與我們目前將機器人理解為純無機機器不同。按照今天的定義，機器人這個詞更適合 ?apek 的角色：這些是人形機器人，通常由人造有機材料制成，最初來自科幻小說領(lǐng)域。

1728 年《牛津英語詞典》首次提到，機器人在 18 世紀(jì)后期的展覽中被展示為類似于人類并且可以執(zhí)行任務(wù)的先進機械裝置。只有通過進一步的文化主題化，主要是在 1930 年代和 40 年代的英語低俗雜志中，以及通過作家艾薩克·阿西莫夫在 40 年代和 50 年代的作品，概念上的差異才變得更加明顯。

DER 01，日本機器人，也稱為 Gynoid。自 1970 年代以來，日本一直是機器人和女性機器人生產(chǎn)的領(lǐng)導(dǎo)者。女性機器人或女性機器人是一個正在討論的類別，因為它們經(jīng)常被高度性感化的描述。

混合人類版本 - 具有有機和無機身體部位 - 是半機械人（簡稱：cyberneticorg anism，“控制論有機體”），它們通過集成技術(shù)或人工組件增強了能力。從這個意義上說，擁有心臟起搏器、除顫器、復(fù)雜假肢或其他電子植入物的人已經(jīng)可以被視為機器人。

第一次世界大戰(zhàn)：機器人的起源

第一次世界大戰(zhàn)首先使人們意識到人類可以通過新技術(shù)發(fā)明實現(xiàn)自我毀滅——裝甲車、機槍和遙控武器等自動化技術(shù)就是此類技術(shù)用于戰(zhàn)爭的例子。

鑒于傷亡人數(shù)眾多，在下一場迫在眉睫的戰(zhàn)爭中，用機器人代替士兵，以防止人類生命損失的想法，獲得了動力。

?apek 的工作也極大地促進了關(guān)于技術(shù)可以在多大程度上解放工人和從事體力勞動的辯論。自動化的奴隸應(yīng)該在工人曾經(jīng)艱苦的日常工作中創(chuàng)造天堂般的環(huán)境，創(chuàng)造財富并建立社會和平，以消除一方面資本和辛勤工作之間的現(xiàn)代性斗爭。

機器人作為人類的友好幫手

1920年代后期，日本生物學(xué)家西村誠樂觀地嘗試創(chuàng)造一個與自然和人類和諧相處的人造人。與 ?apek 的反烏托邦未來幻想相比，西村的機器人是人類鼓舞人心的朋友，而不是他的奴隸。

Gakutensoku（日語為“從自然法則中學(xué)習(xí)”）能夠采用不同的面部表情，移動他的頭和手，甚至通過氣壓機制寫字。它于 1928 年 9 月在京都首次亮相。

其他具有修辭能力的人形機器人模型同時在英國出現(xiàn)，大約十年后，機器人Elektro被引入美國，它的詞匯量達到 700 個單詞，會抽煙并攜帶一只叫Sparko的機器狗。 .

Gakutensoku 是亞洲開發(fā)的第一個機器人，于 1920 年代后期在日本大阪創(chuàng)建，但后來在其全球巡回展覽中神秘消失。|圖片：（大阪每日新聞），公共領(lǐng)域，來自維基共享資源

人形機器人的想法被俄裔美國科幻作家艾薩克·阿西莫夫進一步普及。這其中的核心是阿西莫夫 1942 年的短篇小說Runaround，其中他第一次使用了“機器人”一詞。在其中，他制定了三項基本的機器人法律，旨在保護人類免受新技術(shù)的侵害。比如：

（1）機器人不得傷害人類，或因不作為而讓人類受到傷害。

（2）機器人必須服從人類的命令——除非這樣的命令會與機器人第一定律相沖突。

（3）一個機器人必須保護它的存在，只要這種保護不與機器人的第一或第二定律相沖突。

阿西莫夫?qū)C器人社會的愿景也比 ?apek 在反烏托邦戲劇中設(shè)想的不可靠機器要仁慈得多。這位當(dāng)時已經(jīng)享譽世界的作者將機器人視為人類的有用助手。在他的一些作品中，他甚至將它們描述為與人類相比“更好、更純潔的物種”。

二戰(zhàn)后機器人的進步

在 1930 年代第一臺類似機器人的設(shè)備已經(jīng)在美國用于工業(yè)生產(chǎn)之后，Konrad Zuse 于 1939 年用他的可編程計算機對人形機器進行了最后的推動，按照今天的理解，我們稱之為機器人。

Z1，Konrad Zuse 制造的第一臺計算機。

1950 年代，美國肯塔基州的發(fā)明家 George C. Devol 建造了第一臺數(shù)字化和可編程機器人，并用于汽車制造。

在這里， Unimate工業(yè)機器人在壓鑄過程中承擔(dān)了對人類構(gòu)成安全風(fēng)險的任務(wù)。不久后成立的Unimation公司奠定了機器人在汽車行業(yè)以及工業(yè)機器人領(lǐng)域取得成功的基石。

第一次搖搖晃晃的步行嘗試

大約從 1966 年到 1972 年，斯坦福研究所位于硅谷的人工智能中心開發(fā)了第一臺移動機器人。正如它的名字一樣，Shakey the Robot更像是一個緩慢、顫抖的輪子塔，由于它的攝像頭和傳感器，它能夠感知周圍環(huán)境并自行定位。

他技能的最高榮耀是操作電燈開關(guān)和門把手，越過障礙物和推動物體。但實際上，正是這種不穩(wěn)定的模型預(yù)示著機器人革命的開始，并憑借其研究成果為進一步的突破性發(fā)展鋪平了道路。

Shakey (1972) 是第一個可以根據(jù)自己的決定在周圍環(huán)境中移動的移動機器人。

“個人機器人”WABOT(WAseda roBOT) 是 1970 年代在東京早稻田大學(xué)開發(fā)的，配備了視覺和說話以及身體運動的系統(tǒng)。

它有人工耳朵、眼睛和嘴巴，可以用日語交流，還可以使用外部感受器測量距離和方向。通過他手上的觸覺傳感器，他能夠抓住和移動物體。據(jù)估計，WABOT-1 具有 18 個月大的幼兒的智力；他花了整整45秒才邁出一步。

1980 年代開發(fā)的 WABOT-2 型號不太通用，但具有確定的直覺和音樂感。這個音樂機器人專門彈奏鍵盤，可以與人類交流、閱讀音樂并在電子風(fēng)琴上演奏中等難度的旋律。

在 1980 年代中期，本田開始了人形機器人的計劃，并在此框架下開發(fā)了 P1 到 P3 機器人系列，直到 1990 年代后期，它可以流暢地移動、揮手和握手。

這項研究在 2000 年以艾薩克·阿西莫夫 (Isaac Asimov) 命名的著名雙足動物 Asimo (Advanced Step in Innovative MO bility) 達到頂峰，他的新模型現(xiàn)在甚至能夠使用多種語言的手語、爬樓梯、單腿跳躍并且會跳舞。

機器人作為娛樂玩具

1999年，索尼推出了一種新的高科技玩具——機器狗Aibo 。想要為孩子提供這種吠叫、搖尾巴的娛樂活動的父母不得不掏腰包買狗和額外的軟件：這個高科技玩具價值高達 2,500 美元，而且它的行為也可以根據(jù)“獎懲”制度。

Aibo 之后是另一個由索尼設(shè)計的機器人作為社交兒童朋友。近兩英尺高的Qrio（“ Quest forCurio sity”的簡稱）是第一個能夠同時在空中雙腿奔跑的人形機器人。此外，Qrio 可以跳躍、爬樓梯、朗讀、跳舞、咯咯笑和踢足球。他記得他的人類玩伴的長相、聲音和喜好，并且可以直接對他們做出反應(yīng)，這使他在 18 到 24 個月的幼兒中特別受歡迎。

美國公司 iRobot 的自主吸塵機器人 Roomba 于 2002 年首次亮相，現(xiàn)已推出第 9 代。它使用傳感器在地面周圍尋找路徑，并可以識別斑點、障礙物和深淵。例如，在機器人割草機中使用了類似的功能。

另一個有趣的機器人是RoboSapien，它是由香港玩具機器人制造商WoWee于 2004 年推出的，在短短幾個月內(nèi)就賣出了 150 萬臺。這款遙控機器人現(xiàn)在提供帶有攝像頭、MP3 播放器、PC 連接甚至多個可選個性的版本，可以對聲音和觸摸做出反應(yīng)，并執(zhí)行多達 67 種預(yù)編程動作。

次年，由 RoboSapiens 組成的兩支隊伍參加了首場全球自動人形機器人之間的 RoboCup 足球比賽。RoboSapien 的繼任者 Roboraptor 擁有四種可調(diào)節(jié)的基本情緒，使他能夠通過傳感器對外部刺激做出不同的反應(yīng)。

對于機器人的有趣家庭使用，現(xiàn)在可以以更實惠的價格獲得相應(yīng)的套件。大多數(shù)模型讓人聯(lián)想到原始的兩棲動物、狗、裝甲車或其他車輛，并且可以通過遙控器進行控制。他們的一些典型能力包括面部識別、導(dǎo)航和物品運輸。許多更高級的成人應(yīng)用程序需要編碼技能。

當(dāng)服務(wù)機器人陷入困境...

十多年來，像Tug the Robot這樣辛勤工作的機器工人一直在酒店和醫(yī)院工作，他們在那里運送食物、床單、藥品和廢物。他們可以通過 WLAN 與自動電梯、火災(zāi)報警器和門進行通信，并具備基本的語言技能。

很多地方都為此類服務(wù)機器人設(shè)立了熱線電話，如果在酒店或醫(yī)院走廊遇到難以逾越的障礙，附近無人幫助時，它們可以獨立撥打電話。

尤其是冠狀病毒大流行，表明了機器人在醫(yī)療領(lǐng)域的重要性：在大流行中，機器人是非常樂于助人的同事，因為與人類不同，它們不會生病，并且可以執(zhí)行對人類醫(yī)院構(gòu)成嚴重危險的所有工作職員。這些包括溫度測量或藥物管理。

Tug the Robot，醫(yī)療領(lǐng)域的服務(wù)機器人。

在智能機器的支持下，人類護理人員將有更多時間從事機器人可能永遠無法替代的活動：開發(fā)概念解決方案并為患者提供同理心幫助。但新冠大流行也表明，經(jīng)濟的廣泛癱瘓表明，我們距離讓機器人繼續(xù)舉辦世界大事還有很長的路要走。

Sophia 是一個具有社交和語言技能的類人機器人，于 2016 年激活，旨在引起人類同行的同情。|圖片：Hanson Robotics

順便說一句，人機交互開辟了一個全新的分支，稱為人機交互（HRI）。HRI 領(lǐng)域的安全要求大致基于 Isaac Asimov 曾經(jīng)制定的機器人法律，盡管機器人和機器倫理領(lǐng)域的復(fù)雜性現(xiàn)在遠遠超出了這三個簡單的原則。例如，教護理人員如何與人工助理一起工作已被證明是一項挑戰(zhàn)。

波士頓動力：機器人病毒式傳播

2013 年，美國機器人公司波士頓動力為DARPA 機器人挑戰(zhàn)賽創(chuàng)建了機器人Atlas，這是 2012 年至 2015 年舉行的一項國際機器人比賽，旨在鼓勵機器人技術(shù)在救援行動中的發(fā)展。

波士頓動力公司用他們最新機器人發(fā)明的巧妙上演的視頻激發(fā)人們的靈感。例如，2018 年發(fā)布的這些視頻顯示，犬類機器人 Spot Mini 為另一個 SpotMini 開門，甚至用曲棍球棒擊敗了人類攻擊者。在 YouTube 和 Co. 上，他們被觀看了數(shù)百萬次。

波士頓動力公司首席執(zhí)行官馬克·雷伯特（Marc Raibert）展示了狗機器人現(xiàn)場。

為了模擬真實情況，波士頓動力公司通常會先構(gòu)建一個數(shù)字版本的機器人，用數(shù)據(jù)和視頻材料對其進行訓(xùn)練，然后在實驗室環(huán)境中測試物理結(jié)果。只有這樣，機器人才能擺脫現(xiàn)實。

與此同時，這家現(xiàn)在主要由韓國現(xiàn)代汽車集團擁有的公司正在量產(chǎn)其四足機器人現(xiàn)貨，并于 2020 年首次以 74,500 美元的價格出售。

包括 SpaceX 在內(nèi)的超過 75 家公司在商業(yè)上使用 Spot。它具有廣泛的功能，并且已經(jīng)在建筑工地、采礦、農(nóng)業(yè)種植幼苗或作為數(shù)據(jù)收集機器中半自主地使用。他甚至被拍到作為棒球啦啦隊長與專門閱讀人類面部表情的人形機器人 Pepper 一起跳舞。

敏感地感受環(huán)境

日常和家用機器人的發(fā)明可能是機器人技術(shù)中最大的挑戰(zhàn)。與專門從事單一活動的預(yù)編程工業(yè)機器人相比，日常機器人必須在非結(jié)構(gòu)化、多變的環(huán)境中找到自己的出路，并可靠地執(zhí)行大量活動。

未來的家用機器人必須是敏感的，才能對我們有利。直到最近，機器人還經(jīng)常缺乏必要的機智——僅僅拿著筆是不可能的，西紅柿柔軟的皮膚被不小心壓碎了，雞蛋也被打碎了。但是由于基于大量敏感傳感器的改進的觸覺，機器人現(xiàn)在能夠感覺到不同的表面并精確地抓住各種物體。

例如，德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的機器人工程師開發(fā)了一種敏感的人造皮膚，可以讓機器人感覺到觸摸，南加州大學(xué)的研究人員生產(chǎn)了一種可以記錄各種材料的觸覺人造手。SynTouch 和Meta 還開發(fā)了機器人指尖和觸覺人造皮膚，可以區(qū)分從溫度到表面紋理的一系列感覺。

谷歌的母公司 Alphabet 也在開發(fā)自適應(yīng)機器人：2019 年 12 月，該公司展示了其“日常機器人”項目。雖然第一個原型只擅長分類垃圾，但谷歌園區(qū)的新模型現(xiàn)在正在調(diào)整椅子、擦桌子、收集杯子和開門。

通過強化學(xué)習(xí)新技能

為了讓日常機器人擺脫原始階段并能夠提供實際利益，它們必須更加自主地行動并更加獨立地學(xué)習(xí)。例如，2015 年，加州大學(xué)伯克利分校的實驗室開發(fā)了機器人 Brett（簡稱：Berkeley Robot for the Elimination of TediousTasks ） ，它可以使用強化學(xué)習(xí)來教自己在這些拼圖周圍不同物體的形狀然后像小孩子一樣把它放在適當(dāng)?shù)亩蠢铩?/p>

使用創(chuàng)新的 RL 方法，首先構(gòu)建機器人的數(shù)字版本，并對給定問題進行視覺模擬，從而觀察學(xué)習(xí)過程。只有這樣，程序化的物理機器人才能在實驗室中充滿這些知識，經(jīng)過培訓(xùn)，并在成功測試后，才能在現(xiàn)實世界中使用。完美環(huán)境中的模擬具有比現(xiàn)實生活更快地執(zhí)行和嘗試試錯步驟的優(yōu)勢。

根據(jù)這種學(xué)習(xí)方案，雙足人工智能發(fā)明了一種以自學(xué)方式奔跑的方式：在計算機模擬中，裝備有兩條胳膊和兩條腿的類人物體只被告知在沒有先行的情況下盡快向前移動——根據(jù)傳統(tǒng)程序 - 注意到已經(jīng)輸入了運動數(shù)據(jù)。在最初的幾次失誤之后，虛擬兩足動物實際上開始走路，最終甚至自學(xué)了跑步。

視頻：在模擬中，谷歌的人工智能公司 Deepmind 要求雙足人工智能從 A 移動到 B。在強化學(xué)習(xí)的幫助下，人工智能終于學(xué)會了根據(jù)反復(fù)試驗的原則走路和克服障礙——即使這些動作有時對我們?nèi)祟悂碚f似乎有點不尋常。

基于這種新方法的類似成就最近在俄勒岡州立大學(xué)誕生：使用 RL 算法，機器人 Cassie 可以自學(xué)走路，而無需先學(xué)會通過直接編程或模仿來走路。

您可以在Facebook AI 的 Tim Rockt?schel的AI 播客 Deep Minds中了解有關(guān)強化學(xué)習(xí)的更多信息。

機器人開發(fā)：下一步

人形機器人表面上的先進能力往往掩蓋了它們的局限性。它們讓我們忘記，盡管如此，我們正在處理的是程序化的、沒有創(chuàng)造力的、純粹的機械生物。

即使機器人一天比一天聰明，在他們學(xué)會并能夠獨立執(zhí)行要求更高的任務(wù)之前，仍然需要大量的人類幫助。只有這樣，他們才能通過觀察、互動和交流，不斷地自主學(xué)習(xí)，積極參與我們的生活。

一個重要的下一步是模擬算法學(xué)會學(xué)習(xí) - 無需程序員進行手動改進。否則，我們將不得不永遠使用我們自制的機器，而它們永遠不會獨立行動，并且在我們不斷變化和混亂的世界中真正有用。

視頻：看似相似？最近由英國公司Engineered Arts 開發(fā)的機器人 Ameca令人驚喜，其流暢的面部表情看起來幾乎是人類。

在這種情況下，進一步的問題出現(xiàn)了：我們愿意將多少權(quán)力交給自主機器？誰對機器人 AI 的錯誤決策負責(zé)？機器人會很快接管我們的工作嗎？

盡管有理由擔(dān)心機器人可能會給人類帶來一場社會和生存危機，但人與機器有朝一日也有可能和諧共存，大多數(shù)活動不會完全被機器人取代，而是伴隨著機器人帶來利潤。我們在關(guān)于人工智能和哲學(xué)的播客中討論了人工智能和人類共存的場景。

結(jié)論：100 年的機器人技術(shù)——進步比你想象的要快

機器人已經(jīng)生活在我們中間：作為真空吸塵器、割草機、個人助理、服務(wù)和護理機器人或用于娛樂，它們在我們?nèi)粘Ｉ畹脑S多領(lǐng)域中變得不可或缺。但仍有巨大的進步潛力。

讓我們想象一下，他是您家中每個人都負擔(dān)得起的人形機器人，它結(jié)合了這里描述的所有技能：他吸塵、打掃、精確分類我們的垃圾、用多種語言聰明而有趣地交談，可以靈活地行走，搬運物品、爬樓梯、制作音樂和跳舞，甚至掌握翻筋斗等優(yōu)雅的特技。他的面部表情與人類一樣逼真。當(dāng)我們給他一個目標(biāo)而不必訓(xùn)練他時，他會學(xué)到新東西。

還要多久，我們才能模仿人類如此完美的奇跡？這個機器人搭檔在我們身邊成為現(xiàn)實需要多長時間？鑒于從一百年前這個詞的創(chuàng)造到最近由人工智能驅(qū)動的跑步發(fā)現(xiàn)的快速發(fā)展，這可能比我們想象的要快。