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机器人的发展里程

在当今社会,我们人类已经在很多方面都离不开机器人的帮助了。那么,在机器人的发展历程中都有哪些具有里程碑意义的时刻呢?下面就列举了一些机器人发展史上的伟大时刻,以供大家参考。

古代的漏壶计时器

那是公元前1400年,巴比伦人发明了漏壶,这是一种利用水流计量时间的计时器,它也被认为是历史上最早的机械设备之一。在后来的好几百年,发明家们不断对漏壶设计进行改进。在公元前270年左右,古希腊发明家特西比乌斯发明了一种采用活灵活现的人物造型指针指示时间的水钟,他也因此成名。

在我国,有关漏壶的传说从黄帝时代就有了。但沙漏的最早记载见于元代﹐造沙漏的目的是为了避免水因气温变化而影响计时精度。其原理是通过流沙推动齿轮组﹐使指针在时刻盘上指示时刻。

明初创制了五轮沙漏﹐后来改进为了六轮沙漏。但是流沙容易阻塞﹐使用并不普遍。中国古代用皇帝的年号纪年,用漏壶记时。漏壶的原理是利用滴水的原理是利用滴水多少来计算时间,因此后人称作水钟。

会飞的鲁班木鸟

鲁班是我国春秋战国时期的鲁国人,被尊称为公输子。他制造了一种叫做木鹊的机器木鸟,木鹊的内部设有机关,能够在空中飞行,被后世的机器人专家称为古代机器人。

传说,有一次鲁班惹得老母亲生气了,然后鲁母不进茶饭,这让他很是着急。鲁班为了哄母亲开心,就废寝忘食地花费了两天时间,用木头制造了一只会飞的大鸟。

战国百家经典《墨子》里记载木鹊“成而飞之,三日不下”,意思是说,这个木鸟乘风飞上高空后,飞了三天三夜都没落地,鲁班木鸟的神奇由此可见一斑。可惜的是,这种木鹊在鲁班之后便失传了。另外,根据史书记载,墨子和后来的东汉著名天文学家张衡、唐代著名传说人物韩志和、唐代名将高骈等都曾制造过会飞的木鸟。

亚里士多德的想象

那是公元前322年,古希腊哲学家亚里士多德曾经想象过机器人的应用,他写道:“如果每一件工具被安排好,甚至是自然而然地做那些适合于它们的工作……那么就没必要再有师徒或主奴了。”

亚里士多德提出从假设得出结论的“三段论”就是一种机械式的逻辑推理方法。按照他的理论,根据他的构想,我们在没有完全弄清楚人脑是如何想问题的情况下,或许就可以建立出一套智能化系统。亚里士多德的构想为探寻人工智能的本质奠定了基础。

达•芬奇设计的骑士

那是1495年,欧洲文艺复兴时期最完美代表莱昂纳多·达·芬奇设计了一种发条骑士,试图让它能够坐直身子、挥动手臂以及移动头部和下巴。这个机器人是否曾被造出来并不能确定,但根据其设计或许能够造出第一个人形机器人。

达•芬奇结合他对解剖学的痴迷与机械学的热爱,深入研究人类关节的运作原理,发明了史上第一个人型机器人。机器人以木轮为关节,钢架为骨架,钢缆为韧带,有很多机械系统的动力都来自重力平衡。依照设计图,机器人应该是直立的,机器人身体各部必须配合得天衣无缝,制作机器人的工作人员确实费劲了心血。

沃康松的发条鸭子

在1737年,法国发明家雅克·德·沃康松制造了一只发条鸭子。这只鸭子并非玩具,它能够展翅,它的每只翅膀都有超过400个活动部件,能够弯曲脖子和躺下身体,能够发出嘎嘎叫声,还能够喝水和吃谷子,而且还会自行排泄。

沃康松诱使人们去相信这只鸭子的消化过程是真实存在的,然而事实却是在每次演示之前,他都会在鸭子体内预先装入排泄物。随着真相的揭开,他在一时之间招来了不少批评。尽管如此,沃康松的镀金铜鸭仍然是科学与机械的产物。后来,这只鸭子不知在何时失踪了,从此再也没有人见过它。

土耳其行棋傀儡

在1769年的奥地利,一个名为沃尔夫冈·冯·肯佩伦的男爵为了取悦王室,他设计出一个“拥有智慧”的巨型器械。这个器械的外形酷似土耳其传统打扮的魔术师,肯佩伦声称它可以击败人类国际象棋手,以及执行骑士巡逻,就是将马放在棋盘上,使它走遍棋盘上的每一格。

神奇的“土耳其傀儡”迅速走红,它从1770年首次展览到1854年毁于大火的84年间,被带到欧洲和美洲各地展览,击败了不少挑战者,甚至包括法国皇帝拿破仑和美国发明家富兰克林等人。

虽然许多人都曾怀疑过傀儡里面有人,但其秘密直到1857年才在《国际象棋月刊》中被正式揭露。原来,土耳其行棋傀儡实际上是一种让人类棋手藏在里面进行操作的机器。由于藏在里面的棋手都是高手,因此这个机器赢得了大部分的棋局。

雅卡尔提花织机

19世纪早期的法国里昂是世界闻名的丝织之都。里昂的丝织工人们织出的丝绸锦缎图案绚丽,精美绝伦,被人们视为珍品,然而他们使用的工具却是质量低劣、效率低下的老式手工提花机。这种机器需要有人站在上面,费力地一根一根地将丝线提起和放下,才能够织出精细复杂的丝绸,就好像演员在操纵牵线木偶。

这种繁琐的劳动随着雅卡尔提花机的发明而发生了改变。1804年,法国丝绸织工兼发明家约瑟夫·雅卡尔发明了一种可以通过穿孔卡片控制的自动织机,它的工作效率比老式手工提花机提高了25倍。

在之后的十年间,这种织机就被大规模生产出来,整个欧洲有数千台投入了使用。雅卡尔提花织机不仅为丝织业带来了革命,也从此为人类打开了一扇信息控制的大门。

梦想变成人类的木偶

《匹诺曹》又称《木偶奇遇记》,是19世纪意大利作家卡洛·科洛迪留给世人的经典童话故事,是一种关于机器人获得生命的文学主题。

这个故事讲述了一个叫做匹诺曹的提线木偶男孩梦想变成人类男孩的过程。木刻老人泽皮德用爱心雕刻了匹诺曹,仙女赋予了他生命,但他并不满足于此,他想要成为一个真正的男孩。

在狡猾狐狸的引诱下,匹诺曹经历了许多惊心动魄的危险,他既恐惧又憧憬,在通过了勇气、诚实与善良的考验之后,他终于成为了一个有血有肉的男孩。

远程自动操作装置

在1898年纽约的麦迪逊广场花园,尼古拉·特斯拉向上万人演示了一项新发明,他称之为“teleautomaton”,即远程自动操作装置,它是一艘无线电遥控船。他通过无线电遥控这艘船,让它做出了前进、停止等动作。

观众们感到很惊奇,可是多数人认为这只是一种魔法而已。其实,特斯拉是采用了他自己设计的脉冲编码将操作指令传达给远程自动操作装置,经过解码后再完成实际操作。而这正是后来远程控制技术的雏形。

特斯拉的“魔法秀”取得了轰动效应,但是这场演示并没有达到他期望的结果。一方面,去现场观看的专利局官员终于同意授予他“移动舰船和汽车控制机制的方法及设备”的专利;另一方面,大众关注的焦点主要在于特斯拉是否有魔力,或者他是否欺骗了观众的好奇心,却几乎没有人注意到这场表演所展示的遥控技术和机器人技术的深远意义。

罗萨姆的万能机器人

那是1921年初春的布拉格,寒风中行色匆匆的人们纷纷在国家大剧院的一幅戏剧海报前驻足不前,原来是叫做《罗萨姆的万能机器人》的一部科幻剧在冰雪覆盖的街头点燃了人们的热情。

这部科幻剧讲述了一个颇具启示录意味的故事:罗萨姆万能机器人公司制造了大量机器人奴隶,它们具有和人类一样的外表,但是没有灵魂,它们机械地从事着繁重的劳动。在理想主义者海伦娜和其他人的帮助下,机器人逐渐产生了情感,与此同时人类的生育率持续下降。获得了灵魂的机器人逐渐对自己的地位心生不满,终于有一天爆发了机器人起义,人类被屠戮殆尽,只剩下了罗萨姆公司的员工阿尔奎斯特,因为他像机器人一样用自己的双手劳作。

统治了世界的机器人痛苦地发现,由于技术资料已经被人类焚毁,它们无法繁殖后代。它们请求阿尔奎斯特制造机器人,并自愿充当试验材料。一个又一个的机器人在试验台上惨叫着被肢解,可是,能力有限的阿尔奎斯特没能成为它们的上帝。在这绝望的时候,有一对男女机器人进化出了人类最伟大的情感,就是爱。于是,新的亚当和夏娃诞生了,世界才得以延续。

《大都会》的机器人首秀

《大都会》是由美国导演弗里茨·朗在1927年执导的无声电影,是第一部堪称经典的科幻大片。这部电影将场景设置在2026年一个反乌托邦的城市中。影片角色中有一个类人女性机器人,这是机器人第一次出现在大银幕上。

这部影片塑造了众多流传至今的机器人形象,如生动可爱的鼹鼠,嚣张跋扈的征税者,始终立于不败之地、身份模糊的敌人。这些怪诞的机器人是科幻电影史的第一个丰碑,也是后来科幻电影中机器人的雏形,如《银翼杀手》中的复制人、《人工智能》中的机器人男孩大卫等。

机器人学的三大法则

在1942年,美国科幻作家艾萨克·阿西莫夫发表了作品《环舞》,其中的一个短篇第一次明确提出了“机器人三定律”:

机器人不得伤害人类,或坐视人类受到伤害。

除非违背第一法则,机器人必须服从人类的命令。在不违背第一及第二法则下,机器人必须保护自己。

“机器人三定律”成为了他的很多小说中机器人的行为准则和故事发展的线索。小说中的机器人被设计为遵守这些准则,违反准则会导致自身受到不可恢复的心理损坏。但是在某些场合,这样的损坏是不可避免的。当有两个人互相造成伤害时,机器人不能任人受到伤害而无所作为,然而这会造成对另一个人的伤害,所以这造成了机器人的自毁。

控制论的诞生

美国数学家诺伯特·维纳于1948年发表了《控制论:或关于在动物和机器中控制和通信的科学》一书,这是实用机器人领域具有开创意义的著作。它揭示了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律,为现代科学技术研究提供了崭新的科学方法。

现代社会的许多新概念和新技术都与控制论有着密切联系。控制论是自动控制、电子技术、无线电通讯、计算机技术、神经生理学、数理逻辑、语言等多种学科相互渗透的产物,它以各类系统所共同具有的通讯和控制方面的特征为研究对象。

不论是机器还是生物体,甚或是社会,尽管各属不同性质的系统,但它们都是根据周围环境的某些变化来调整和决定自己的运动的。

机器人生产线诞生

在1954年,工业机器人先驱乔治·德沃尔创造了世界上第一台可编程的机器人“尤尼梅特”,又叫“万能生产者”,这是世界上最早的实用机器人。它在1961年被投入通用汽车公司的一条汽车装配生产线正式开始工作。

尤尼梅特的外形有点像坦克炮塔,基座上有一个大机械臂,可以绕轴在基座上转动,而大机械臂上又伸出一个小机械臂,可以伸出或缩回。

小机械臂顶上有一个腕子,可以绕小臂转动,进行俯仰或侧摇。腕子的前头是手,即操作器。这种机器人的功能和人手臂的功能相似,可以用于搬运、拼装、点焊、喷漆等。

计算机辅助制造

计算机辅助制造是指在机械制造业中,利用电子数字计算机通过各种数值控制机床和设备,自动完成离散产品的加工、装配、检测和包装等制造过程,简称cam。

在1952年,美国麻省理工学院首先研制成数控铣床,数控的特征是由编码在穿孔纸带上的程序指令来控制机床。该学院的伺服机构实验室于1959年向世人展示了计算机辅助制造,一台铣床机器人为每位与会者制造了一个纪念烟灰缸。

电影里发疯的AI机器

那是在1968年,斯坦利·库布里克的电影作品《2001太空漫游》里出现了一台AI机器人HAL 9000,即人工智能电脑哈儿,它负责维持太空船的所有活动,后来发疯杀了宇航员。电影塑造的这个角色,反映了人类对智能机器力量越来越强大的担忧。

在前往土星途中,哈儿警告太空船通信系统的组件发生故障,然后普尔搭乘分离舱去换掉了组件。可是,鲍曼对替换下来的组件进行测试后,却没有发现任何错误。普尔和鲍曼发讯息回地球,被总部告知哈儿有些不对劲,并下令将它关机,但是,这些指示因通讯不良而被打断了。

然后,哈儿再次警告通信系统组件发生了故障。当普尔又去带回损坏的组件时,分离舱突然飞向他,把他撞死了。鲍曼非常震惊和哀伤,但是他并不确定是哈儿杀了普尔,所以他决定唤醒其他三位冬眠的宇航员。

鲍曼与哈儿开始了一段争论,因为哈儿拒绝服从鲍曼的命令并认为他没有这种权力。当鲍曼威胁哈儿要切断它的电源时,哈儿突然变得温和并让他手动控制解除冬眠。

正当鲍曼进行唤醒操作的时候,哈儿却突然打开了船舱,破坏了船内的气压。鲍曼赶紧逃进了一个紧急房间,里面有氧气供给设备和宇航服。他穿上宇航服再次回到了太空船,发现哈儿已经杀害了冬眠的宇航员。于是,他赶到控制室拼尽全力拔除了哈儿的芯片。

有视觉的机器人沙基

在1968年,美国斯坦福研究所公布了他们研发成功的机器人Shakey,译为沙基,它是世界上第一台采用了人工智能学的移动机器人,从此拉开了第三代机器人研发的序幕。

沙基具备一定的人工智能,能够自主进行感知、环境建模、行为规划并执行任务,如寻找木箱并将其推到指定的位置等。它装备了电视摄像机、三角法测距仪、碰撞传感器、驱动电机以及编码器,并通过无线通讯系统由两台计算机控制。当时计算机的体积十分庞大,有一个房间那么大,而且运算速度缓慢,这导致沙基往往需要数小时的时间来分析环境并规划行动路径。

斯坦福大学小推车

斯坦福小推车诞生于1979年的美国斯坦福大学,它是世界上第一辆具有视觉能力而且能够自动导航的移动机器人,尽管它的行进速度非常缓慢。

斯坦福小推车是一辆远程控制的电视配备的四轮式机器人,摄像头就是它的眼睛,它所认识的世界完全是由车载电视系统的图像进行广播。它能够通过分析对自己的路线进行计算机编程,从而自主地通过杂乱的空间。例如,它能够在一个满是椅子的房间里绕开障碍物后继续行进。

但丁机器人火山探险

1994年元旦,一台名为但丁的机器人试图爬进南极洲的埃里伯斯火山口。当它下爬8米后,由于光学纤维通信电缆的断裂,实验便被迫取消了。

此后,在美国卡内基梅隆大学的机器人设计组把这个机器人改造成了但丁二号。这是一台高达2.4米,有8条腿的外形似蜘蛛的奇妙装置,能够自动地选择部分行进路线。

后来,研究人员在美国远程操控,让但丁二号爬进了斯珀尔山火山口内180米的深处,并且完成了测量喷气孔处的温度等科学任务。这一具有里程碑意义的行动,开辟了机器人探索危险环境的新纪元。

红色火星的探路者

1996年12月4日,美国发射了火星“探路者”号探测器,并于1997年07月04日在火星表面成功着陆。它所携带的“索杰纳”号火星车,是人类送往火星的第一部火星车。

“索杰纳”号火星车是一个6轮的小型机器人,重约10.4千克,仅有一个微波炉大小。它具有人工智能,以太阳能为动力,行驶速度约每分钟0.6米,犹如蜗牛般缓慢。“索杰纳”号火星车探索了自己着陆点附近的区域,并在之后的三个月中拍摄了550张照片。

会说话的菲比精灵

1998年,一股奇特的风潮横扫了整个美国。一款名为菲比精灵的玩具成为当时孩子们的最爱,它在上市后立刻成为全球排名前十的玩具之一。

菲比精灵和一般的宠物一样,很喜欢主人给它挠痒痒。在菲比精灵柔软的外表下藏着五个触摸感应器,挠它的头顶、后背、胃或者尾巴会让它大笑,它的眼神表情也会随之改变。你还可以拉它尾巴、摇晃它或是上下颠倒,它都会有不同的反应,十分有趣。

只要你经常和菲比精灵互动玩耍,你的表现将会影响它的逻辑和反应。如果你对它非常有礼貌,它的反应很可能是快乐的咕咕叫或者流露出快乐的眼神。如果你粗鲁地对待它,它会变得有些讨人厌,也许会忽视你,或者是休眠,直到你对它温和为止。

菲比精灵的说话声音就和小精灵似的,母语为菲比语。不过,随着时间的推移,它可以通过和人类的交流而渐渐学会中文和英文两种语言。如果你希望菲比精灵可以说更多的中文,那就一定要记得多和它谈话,多让它听,久而久之,它就能够说出更多的中文了。

索尼“爱宝”机器狗

AIBO翻译为“爱宝”,是Artificial Intelligence Robot即“人工智能机器人”的缩写。爱宝机器狗是索尼公司于1999年推出的电子机器宠物,它能够自由地在房间里走动,并且能够对有限的一组命令做出反应。

爱宝机器狗大致有五代机型,每一代的外形都大不一样。它的每次出现都让科技产品爱好者们一见倾心。爱宝机器狗的发明不仅代表了一种宠物机器人的诞生,更重要的是它融合了人工智能的科技,引领了生活娱乐型机器人的发展方向。

阿西莫类人机器人

那是在2000年,由日本本田公司研制的人形机器人“阿西莫”走上了舞台,它身高1.3米,体重54千克,能够以接近人类的姿态走路和奔跑。它是当时世界上最先进的类人机器人和唯一具备人类双足行走能力的机器人。

阿西莫已经拥有了漫步、上茶、指挥交响乐等能力,而且它还可以洞察人类的心思。它的设计初衷就是为人类服务,然而它彬彬有礼的行为和学习能力,也意味着有朝一日它可能会控制世界。

定时智能清洁工

美国iRobot公司于2002年发布了Roomba吸尘器机器人,这是全球第一款家用清洁机器人。后来,iRobot公司又相继改进研发了数代产品。Roomba 560就是iRobot公司研制的第五代机器人,它是一种定时智能机器人,其功能获得了极大的改进,性能也更加可靠。

在Roomba 560身上装有定时清扫时间的设置按钮,可以设定每天或每周任何时间的自动清扫任务。它身上还装有多个感应器,这就避免了它掉落楼梯的危险。它也可以沿着墙根工作或钻到家具底下去,把这些隐蔽地方的灰尘一网打尽。

它懂得自动侦测地板表面的情况,从地毯到硬地面,或者从硬地面到地毯,它都会自动调整清扫模式。当它清扫完一个房间后,灯塔虚拟墙会自动引导它到另外一个房间进行清扫。而且,在它的电池即将耗尽时或者任务完成以后,它能够自动回到充电基站去充电。

登陆火星的“双胞胎”

在2003年,美国宇航局先后向火星发射了两部火星车,它们是分别被称为“勇气号”和“机遇号”的一对双胞胎探测器。

“勇气号”火星车长1.6米、宽2.3米、高1.5米,重174千克,于2004年1月3日在火星着陆。它的“大脑”是一台每秒能执行约2000万条指令的计算机,它的“颈”和“头”是火星车上伸出的一个桅杆式结构,上面装有一对可以拍摄火星表面全景照片的彩色照相机作为“眼睛”。

“勇气号”以6个轮子为“腿”,依靠餐桌大小的太阳能电池板获得能源,在理想情况下,它每天可以在火星上漫步20米。它还能够伸出“手臂”来对需要探测的目标进行考察。它的“手臂”和人类手臂的结构类似,能够灵活地伸展、弯曲和转动,并且还带有显微镜成像仪、穆斯鲍尔分光计等多种工具。

“勇气号”的姐妹“机遇号”也是一个6轮的太阳能动力车,只是它比“勇气号”重了6千克,它于2004 1月25日成功登陆火星。按照设计,这对双胞胎机器人在火星上的工作时间为三个月,然而出人意料的是,良好的健康状况使它们执行了更久的勘测任务。

谷歌无人驾驶汽车

在2005年的美国第二届无人驾驶机器人挑战赛中,由谷歌公司研发的全自动无人驾驶汽车在沙漠中行驶超过212千米,一举夺得了冠军。这种无人驾驶汽车不需要司机就能够自主启动、行驶以及停止,它通过摄像机、雷达传感器和激光测距仪来“看到”其他车辆,并且使用详细的地图来进行导航。

在2012年,美国内华达州机动车辆管理处为谷歌公司的一辆无人驾驶汽车颁发了一张合法的红色车牌,这是世界上第一张无人驾驶汽车牌照。后来,这辆无人驾驶汽车累计行驶了数十万千米,而且没有造成任何事故。

仿人太空机器人

在2011年2月25日,美国“发现号”航天飞机携带人类首个太空机器人“Robonaut 2”进入了国际空间站。“Robonaut 2”,也叫人形机器人助手Robonaut 2,昵称R2,是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。

R2主要由铝合金和非金属材料构成,其重量为149.6千克,从腰部至头部高1.01米。它具备类似人类的手指和柔软的手掌,能够抓住并抱起物体。如果它接触到程序设计之外的物体,如宇航员的头部,或者遭到猛烈的撞击,它就会立即停止活动。并且,它的活动范围也接近于人类,可以执行那些对人类宇航员来说比较危险的任务。

情感交流机器人

日本软银公司于2015年6月发售了一款类人机器人“Pepper”,译为“佩珀”。它身高1.21米,体重28千克,外形圆润,有一双洋娃娃般的大眼睛,再加上胸前10.1寸的平板显示屏,它的形象更是憨厚可爱。

与传统机器人不同的是,“佩珀”是世界上第一款有情感的机器人。它的声音与男孩相仿,是用轮子代替双脚行动,同时通过云计算分享仿生数据。它的“感情识别功能”可以通过分析人的表情和声调,推测出情感,可以与人们对话也可以唱歌跳舞,还可以通过各种接触,加深对对方的了解并采取行动。

机器人商业化的突破

全球机器人市场的规模在不断地扩大,根据国际机器人联合会统计,在2006至2015年间,全球工业机器人销量年均增速约为14%,2015年的全球工业机器人销量超过了24万台。

2014年,中国、韩国、日本、美国和德国五大市场的销量占全球工业机器人总销量的75%左右。2014年全球专用服务机器人的销量为2.4万台,较2013年同比增长11.5%;销售额达到了37.7亿美元,较2013年同比增长3%。2014年全球家用服务机器人销量约为470万台,较2013年同比增长28%;销售额达到了22亿美元。

知识小链接

2016年5月初,瑞士日内瓦机场一号航站楼试验了一种机器人托运行李的服务,并收获好评。这个名叫Leo的机器人一次最多能运送两个行李箱,最大载重量32千克,它能全自动运行并避让障碍物。 gMmhd0/GdgRa2oKokLIuheZQdzWF0yY28JrVoDXXHo7HO/CW1Gwckqto0+0aVzMt

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