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机器人史话

更新时间:2011-9-21    来源:中国科普网    返回科普知识目录


说起机器人,我们头脑里马上会联想到那些会唱歌跳舞干工作而且有头有手的小东西。其实那只是机器人的狭意理解。机器人的完整意义应该是一种可以代替人进行某种工作的自动化设备。它可以是各种样子,并不一定长得像人,也不见得以人类的动作方式活动。

事实上,机器人的祖先可以追溯到两千多年前呢。我们知道古人用滴漏计时的方法,其实那就是一种自动化设备——水钟。那时,人们将两个水壶一上一下放置,上面的水壶将水滴到下面的水壶里。下面的水壶中安放一个浮标,浮标上有表示时间的刻度。这样,浮标随着水位的升高而升起,人们就会在壶的外面看到那些表示时间的刻度了。水量的稳定与否,制约着时间的准确。于是,人们就增加了几个水壶,使它们形成了一个系统。一个自动化机器的内部都有着一套相互关联的设备。多数人认为,在公元前250年一个希腊科学家制造出了这样的钟,它利用虹吸原理使水自动循环。到了中世纪,欧洲人发明了由摆控制的钟,18世纪又发明了用发条控制的钟,机器的自动化水平越来越高。在我国,则从周朝到明朝一直沿用着滴漏计时设备。

说到这里,你可能会讲,那样的自动化设备简直是太多啦。不错,就连卫生间里的抽水马桶也是一种自动化设备。你知道吗,这个不起眼儿的抽水马桶发明于古罗马,至今还没有更好的替代设备呢。

在人类大规模地发展工业的时期,自动化设备有了大的进步,开始出现初级机器人装置。当时蒸汽机的大量使用,人们自然想到要控制蒸汽机的运转速度。一台蒸汽机在工作时,负荷会使速度慢下来,这时便需要加大进入汽缸内的蒸汽量,而在空转时,则需要减少。于是产生了调速器。它使蒸汽机的自动化运转程度大大提高。19世纪末和20世纪初,工人们因自动化设备的出现,可以不必一手安放零件,一手调整机器。大约也就是在这种情况下,人们开始产生出更多的梦想,希望有机器来代替人们更多的劳动。

1920年,一个捷克作家(K-恰彼克)写了一个剧本《罗素姆万能机器人》(也有翻译为“洛桑万能机器人公司”)。剧本描写了一个依赖机器人的社会。剧中有一个长得像人,而且动作也像人的机器人名叫罗伯特(robot,捷克语的意思是强迫劳动)。从此,“robot”以及相对应的中文“机器人”一词开始在全世界流行。

上个世纪60年代前后,随着微电子学和计算机技术的迅速发展,自动化技术也取得了飞跃性的变化。开始出现了现在普遍意义上的机器人。1959年,美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人,取名“尤尼梅逊”,意为“万能自动”。尤尼梅逊的样子像一个坦克炮塔,炮塔上伸出一条大机械臂,大机械臂上又接着一条小机械臂,小机械臂再安装着一个操作器。这三部分都可以相对转动、伸缩,很像是人的手臂了。它的发明人专门研究运动机构与控制信号的关系,可以编制程序让机器记住并模仿、重复进行某种动作。英格伯格和德沃尔认为汽车制造过程比较固定,适合用这样的机器人。于是,这台世界上第一个真正意义上的机器人,就应用在了汽车制造生产中。

经过近百年来的发展,机器人已经在很多领域中取得了巨大的应用成绩,其种类也不胜枚举,几乎各个高精尖端的技术领域更是少不了它们的身影。在这期间,机器人的成长经历了三个阶段。第一个阶段中,机器人只能根据事先编好的程序来工作,这时它好像只有干活儿的手,不懂得如何处理外界的信息。打个比方,如果让这样的机器人去抓会损坏它的东西,它也一定会去做。第二个阶段中,机器人好像有了感觉神经,具有了触觉、视觉、听觉、力觉等功能,这使得它可以根据外界的不同信息做出相应的反馈。如果再让它去抓某些东西,它可能就不干啦。第三个阶段,机器就真正长大成人啦,这时它不仅具有多种技能,能够感知外面的世界,而且它还能够不断自我学习,用自己的思维来决策该做什么和怎样去做。第一阶段的机器人,是小孩子,人们称它为“示教再现型”;第二阶段的机器人是一个青年,人们称它为“感觉型”;第三阶段的机器人则是成年人,称为“智能型”。1968年,美国斯坦福研究所研制出世界上第一台智能型机器人。这个机器人可以在一次性接受由计算机输出的无线遥控指令后,自己找到目标物体并实施对该物体的某些动作。1969年,该研究所对机器人的智能进行测定。他们在房间中央放置了一个高台,在台上放一只箱子,同时在房间一个角落里放了一个斜面体。科学家命令机器人爬上高台并将箱子推到地下去。开始,这个机器人绕着台子转了20分钟,却无法登上去。后来,它发现了角落里的斜面体,于是它走过去,把斜面体推到平台前并沿着这个斜面体爬上了高台将箱子推了下去。这个测试表明,机器人已经具备了一定的发现、综合判断,决策等智能。

人们在开始狂欢自己杰作的同时,不免又害怕起来。他们耽心有一天,聪明起来的机器人会将自己打翻在地。因为按照技术的发展来看,似乎没有什么不可能。

到了上个世纪70年代,第二代机器人开始迅速发展并进入实用和普及的阶段,而第三代机器在今天也已经得到了突飞猛进的变化。它能够独立判断和行动,具有记忆、推理和决策的能力,在自身发生故障时还可以自我诊断并修复。尽管如此,机器人的发展还是没有止境,人们希望它有更高的拟人化水平。

为了规范机器人,人们采用了美国著名科普作家艾萨克.阿西莫夫为机器人制定的三条原则,它们是:

第一:机器人不得伤害人,或任人受到伤害而无所作为;

第二: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: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。

看来,人们对机器人将来是否会发展到与人抗衡这一点,并不是充满自信;问题是会不会出现敢于破坏这三条原则的机器人呢?

1997年,日本本田公司研制出世界上第一台可以像人一样走步的步行机器人。这是机器人发展史上的一个里程碑。现在的机器人则已经可以跳舞、翻跟头。机器人的手也非常灵巧,它可以握住鸡蛋,也可以拿起一根针。而在电子生产线上的机械手,则快速、精确得远远超过人手。

1952年,美国福特汽车公司建造了世界上第一条全自动汽车生产线,42部自动机器可进行500种不同的加工工序,同时对产品进行检验。到了80年代,日本建立了首座无人工厂。工厂有1010台带有视觉的机器人,它们与数控机床等配合,按照程序完成生产任务。1992年,日本研制出一台光敏微型机器人,体积不到3立方厘米,重1.5克。1997年,日本的本田公司制造出高1.6米的机器人。这个机器人有三维视觉,头部能自如转动,双脚能躲开障碍物,能改变方向,在被推撞后可以自我平衡。该机器人由150位工程师历时11年,耗资8000万美元研制而成,可以照料人和完成多种危险及艰苦工作。2004年1月,美国发射的“勇气”号和“机遇”号火星车先后成功登陆。火星车在火星表面行走、拍摄、钻探,化验,非常精彩地完成了自己的使命。目前,科学家们正在研制更精密的小型机器人。随着纳米技术的成熟,分子级的机器人已经快要出世啦。人们可以想象,比尘埃还要小的机器人漂在空气中,游进人体里为你服务。

机器人的制造水平标志着一个国家的综合科技实力,它一直是发达国家的重点研究项目。代表着高精尖科技的新型机器人体现了一个国家的尖端成果,而大量的工业机器人则使传统工业生产发生质的飞跃,其生产速度、生产质量、生产成本都是传统生产形式所望尘莫及的。

现在,全世界的机器人大军已经非常庞大,其兵种也日益繁多起来。1990年,人们召开了“工业机器人国际标准大会”,决定把机器人大军分编为四个军团:顺序型、沿轨道作业型、远距离作业型和适应型。而用我们的话说起来,可以归纳为这样几种:农业机器人、工业机器人、医疗机器人、服务机器人、体育机器人、讲解机器人、军用机器人、特种工作机器人、微型机器人等等。


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