機(jī)器人與人類(lèi)生活

主講人 | 楊華勇中國(guó)工程院院士、博士生導(dǎo)師、浙江大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授

首先我們來(lái)討論一下什么是機(jī)器人，機(jī)器人有哪些特點(diǎn)？

我們都知道機(jī)器人應(yīng)該有很多超過(guò)一般人的能力，機(jī)器人就是高科技，機(jī)器人肚子不會(huì)餓，也不用休息。還有呢？機(jī)器人對(duì)主人都非常忠心、忠誠(chéng)。關(guān)于機(jī)器人的由來(lái)，1920年捷克劇作家卡雷爾·卡佩克創(chuàng)作了電影《羅薩姆的萬(wàn)能機(jī)器人》，英文是“ROBOTA”，捷克語(yǔ)是“奴仆”和“仆役”的意思，因此現(xiàn)在世界上都用“ROBOTA”來(lái)指機(jī)器人。

機(jī)器人早期主要用于工廠工業(yè)的生產(chǎn)，它可以做很多重復(fù)的勞動(dòng)，比如搬運(yùn)、焊接、噴漆，把人類(lèi)從繁重和危險(xiǎn)的勞動(dòng)當(dāng)中解脫出來(lái)。我國(guó)的科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義，就是機(jī)器人是自動(dòng)化的機(jī)器，有具備與人相似的能力，比如說(shuō)感知能力、協(xié)同能力、控制能力，是高度協(xié)同的機(jī)器。隨著傳感器、人工智能等技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人成為信息、機(jī)械等綜合學(xué)科的載體，由于大數(shù)據(jù)和智能化，它是高度靈活、高度協(xié)作的科學(xué)大講堂，可以協(xié)助人做很多工作。以瓦力為例，主要是有感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)。

從簡(jiǎn)單的定義來(lái)看，首先就是有通用性。我們都知道大白，它有不同的通用性，可以執(zhí)行不同的任務(wù)，可以根據(jù)不同工作和環(huán)境的需要改變形狀。還有就是智能，前面寫(xiě)好程序，后面根據(jù)環(huán)境的變化改變，可以適應(yīng)不同的環(huán)境。

機(jī)器人有三個(gè)原則，由美國(guó)小說(shuō)家阿西莫夫提出。第一，機(jī)器人不能傷害人類(lèi)，或者看到人類(lèi)受傷害，它袖手旁觀是不行的；第二，機(jī)器人必須服從人類(lèi)的命令，除非這一條和第一條矛盾；第三，機(jī)器人必須保護(hù)自己，除非與前面的兩條相矛盾。這三大原則，為機(jī)器人社會(huì)定義了新的倫理，通俗易懂。至今為止，機(jī)器人的原則不管對(duì)設(shè)計(jì)人員、制造廠家和用戶而言都是指導(dǎo)，所以大家請(qǐng)放心，不要害怕機(jī)器人，也不要害怕機(jī)器人超越人類(lèi)。

機(jī)器人的昨天

機(jī)器人的歷史可以追溯到3000多年前，最初的設(shè)想是造一個(gè)機(jī)器可以代替人類(lèi)的某些工作，在國(guó)內(nèi)外都有這一設(shè)想。

偃師造人，造人用的材料是動(dòng)物的皮、木頭、樹(shù)枝，但能歌善舞，這是中國(guó)有記載的最早的機(jī)器人。春秋后期有一個(gè)魯班，我們都知道他是中國(guó)最有名的工匠，是木匠的祖師爺。他用竹子和線造了一個(gè)木鳥(niǎo)，這個(gè)木鳥(niǎo)在《墨經(jīng)》里有過(guò)記載，這是人類(lèi)歷史上第一個(gè)空中的機(jī)器人，也是人類(lèi)征服宇宙空間的開(kāi)始。

還有西漢的大科學(xué)家張衡，他不僅發(fā)明了震驚世界的地動(dòng)儀，還發(fā)明了記里鼓車(chē)，鼓車(chē)上有個(gè)木人，每走1里路就敲一次鼓，每走10里路也敲一次鼓。所以，它可以作為皇帝出行的儀仗車(chē)，這其中就用了很多里程表、減速器。所以，這是古代的計(jì)程車(chē)。

還有諸葛亮發(fā)明的木牛流馬，用來(lái)做什么呢？它可以拿來(lái)運(yùn)送糧草，替代常規(guī)的人力和畜力，尤其是可以用在蜀地，這是歷史上最早的軍用機(jī)器人。

國(guó)外如何呢？國(guó)外從古羅馬、古希臘時(shí)就出現(xiàn)了機(jī)器人的影子，把朝圣的人拿來(lái)作木偶的劇院，機(jī)器人的鼻祖汽轉(zhuǎn)球等。最早用蒸汽轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)器可以自己開(kāi)門(mén)，也可以用機(jī)器唱歌。文藝復(fù)興時(shí)期的達(dá)芬奇是一個(gè)偉大的發(fā)明者，同時(shí)他也是藝術(shù)家、畫(huà)家，他有很多超時(shí)代的觀念改變了世界，例如自驅(qū)動(dòng)可編程的機(jī)器。

在日本，1662年就有了自動(dòng)機(jī)器玩偶，利用鐘表發(fā)條機(jī)械的動(dòng)力，通過(guò)齒輪驅(qū)動(dòng)機(jī)器。端茶的玩偶可以把茶杯放在上面，端到客人面前停止，掉頭轉(zhuǎn)彎再回頭，這個(gè)玩偶就用作宴會(huì)、廟會(huì)雜耍娛樂(lè)的東西。1738年，法國(guó)天才技師瓦克遜發(fā)明了一個(gè)機(jī)器玩偶，這個(gè)機(jī)器鴨會(huì)“嘎嘎”叫，會(huì)游泳、會(huì)喝水，還會(huì)進(jìn)食、排泄，瓦克遜就是希望把生物的功能賦予機(jī)器人，讓機(jī)器生物化。

機(jī)器人的今天

什么時(shí)候開(kāi)始算機(jī)器人的“今天”？應(yīng)該是1959年，雅戈伯格和德?tīng)栆黄鹬圃炝藱C(jī)械臂，這個(gè)在美國(guó)誕生的機(jī)械臂和以往不一樣，可編程，有原坐標(biāo)，這開(kāi)創(chuàng)了機(jī)器人“今天”的新紀(jì)元。

第一代機(jī)器人叫尤尼梅特和沃爾薩特蘭，尤尼梅特可以做萬(wàn)能自動(dòng)，沃爾薩特蘭可以做萬(wàn)能的搬運(yùn)。第一代的機(jī)器人對(duì)周?chē)h(huán)境沒(méi)有感知，只是簡(jiǎn)單的機(jī)械個(gè)體，可以用計(jì)算機(jī)來(lái)控制一個(gè)多自由度再現(xiàn)人教的動(dòng)作，可以重復(fù)命令。第一代，就是簡(jiǎn)單的機(jī)器人。

第二代機(jī)器人慢慢對(duì)環(huán)境有感知了。1965年有個(gè)Beast機(jī)器人，可以根據(jù)環(huán)境調(diào)整動(dòng)作。傳感器開(kāi)始引入到機(jī)器人身上，它可以靈活調(diào)整自己的工作狀態(tài)，有不同的感覺(jué)能力，如力覺(jué)、觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)。Shakey是全球首款有移動(dòng)能力的機(jī)器人，是斯坦福研究的，它可以感知周?chē)沫h(huán)境。

第三代機(jī)器人是1985年日本發(fā)明的瓦伯特2號(hào)，智力相當(dāng)于5歲的兒童，可以適應(yīng)環(huán)境的信息，科技理解、推理并作出決策。也就是說(shuō)，它有了感覺(jué)的能力、運(yùn)動(dòng)的能力和思考的能力。

還有樂(lè)高跨國(guó)公司，從1998年開(kāi)始把可編程融入機(jī)器人，加上視覺(jué)，支持多種語(yǔ)言，機(jī)器人制造由此開(kāi)始進(jìn)入了人類(lèi)社會(huì)，開(kāi)始進(jìn)入家庭。索尼開(kāi)發(fā)了AIBO機(jī)器狗和人工智能的機(jī)器人，可以支持180條指令，可以語(yǔ)言和模式識(shí)別，像寵物狗一樣能夠自主學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)。

機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)就是對(duì)外部世界的信息有感覺(jué)，也就是我們所說(shuō)的傳感器和控制器，相當(dāng)于是感知器官、大腦和肌肉，簡(jiǎn)單的機(jī)器人都有這樣的簡(jiǎn)單構(gòu)成?，F(xiàn)在各種智能玩具的機(jī)器人，小朋友可以自己組裝，可以用于發(fā)明創(chuàng)造。

機(jī)器人的本體要復(fù)雜化就需要有感知系統(tǒng)，可以控制關(guān)節(jié)，可以用感知和液壓驅(qū)動(dòng)；要有動(dòng)作就要有腰部、腕部等等，所以機(jī)器人會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，可以適應(yīng)各種環(huán)境。ASIMO阿西莫的歷程從1986年開(kāi)始，一直做到現(xiàn)在，它可以跳舞，可以做各種運(yùn)動(dòng)，成為電影和電視的明星。現(xiàn)在的阿西莫還可以打太極拳，速度也在提高，還在不斷進(jìn)化。

機(jī)器人的用途多樣。現(xiàn)在用得最多的是工業(yè)機(jī)器人，主要用于工廠，做搬運(yùn)、噴漆、分揀、裝配等等；還有特種用途，比如說(shuō)農(nóng)業(yè)、軍用、醫(yī)用；還有其它應(yīng)用，比如家政和仿生。目前汽車(chē)的生產(chǎn)線1分鐘可以裝配一輛車(chē)，絕大部分生產(chǎn)線都是由機(jī)器人完成的。中國(guó)是世界上最大的機(jī)器人市場(chǎng)，可惜在汽車(chē)生產(chǎn)線上，中國(guó)制造的機(jī)器人還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，但在農(nóng)村還缺少勞動(dòng)力，所以我們也需要機(jī)器人來(lái)幫助采集、噴藥和監(jiān)測(cè)土壤。

機(jī)器人未來(lái)發(fā)展的方向是進(jìn)入醫(yī)院做護(hù)理。目前，在醫(yī)院的最新的達(dá)芬奇機(jī)器人，可以幫助人康復(fù)，也可以做各種手術(shù)。在我們身邊，比如說(shuō)浙江大學(xué)也在研究機(jī)器人，有四十幾個(gè)人的團(tuán)隊(duì)一起研究，那里有一個(gè)機(jī)器人可以打乒乓球，可以兩個(gè)機(jī)器人對(duì)打，也可以和人打，最多可以打154板。中國(guó)的足球尚未走出國(guó)門(mén)，但中國(guó)的機(jī)器人足球拿過(guò)冠軍，也拿過(guò)亞軍。機(jī)器人還可以進(jìn)入廚房?，F(xiàn)在的機(jī)器人可以做很多菜，我知道上海交大開(kāi)發(fā)的一款機(jī)器人可以做四個(gè)菜，可以做刀削面，也可以端盤(pán)子，現(xiàn)在的部隊(duì)和災(zāi)區(qū)需要這樣的機(jī)器人應(yīng)用。

機(jī)器人的明天

機(jī)器人的明天會(huì)怎樣？它會(huì)增強(qiáng)人類(lèi)還是替代人類(lèi)？我認(rèn)為機(jī)器人會(huì)進(jìn)入家庭、醫(yī)院和廚房，人類(lèi)化會(huì)成為主流。那我們?yōu)槭裁匆P(guān)注機(jī)器人？因?yàn)闄C(jī)器人涉及到人類(lèi)的最新科技，包括機(jī)械電子、控制、信息、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、材料、仿生、生物學(xué)，乃至心理學(xué)和社會(huì)倫理學(xué)等等?，F(xiàn)在世界的強(qiáng)國(guó)，比如美國(guó)、日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家都是機(jī)器人強(qiáng)國(guó)，目前中國(guó)是世界工廠，是世界的制造大國(guó)，但還不是制造強(qiáng)國(guó)。所以，發(fā)展智能機(jī)器人是一個(gè)必由之路。由于機(jī)器人是綜合學(xué)科，發(fā)展機(jī)器人也將推動(dòng)我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。同時(shí)，隨著人民生活水平的提高，中國(guó)進(jìn)入老齡化社會(huì)，服務(wù)機(jī)器人的需求將會(huì)變得巨大。

本文系楊華勇在杭州市科協(xié)、杭州市科技工作者服務(wù)中心、《杭州》雜志社聯(lián)合主辦的第122期“杭州科學(xué)大講堂”上的演講