人类的好帮手

二、人类的好帮手——机器人

科学家钱学森指出：“当前全世界对智能机器的研究争夺得非常厉害，没有一个有技术力量的国家放弃这项工作，都在拼命的干；美国做了很多研究，日本在奋力追赶，西欧联合起来也不甘落后，俄罗斯也正在加紧努力。”人工智能是当代科学技术中的一个崭新领域，并日益成为人们普遍关注的问题。机器人是其中的重要部分。真正的机器人是随着电子技术特别是电子计算机的突飞猛进而出现的。现在正在研制的第三代人工智能机器人，它有视觉、听觉、触觉和“条件反射功能”，能够进行一些“逻辑思维”。虽然它只有一点低微的独立思维能力，但就凭这点，它就可以根据目标稍微变通地去完成，不必完全靠人来指挥。

我国早在春秋时代就有会跳舞的机械歌妓，三国时期诸葛亮造的“木牛流马”用来送粮草支援前线，瑞士的钟表匠1773年制成会用鹅毛蘸墨水写字和演奏歌曲的穿着华丽服饰的机器人。这些例子说明，人类很早就有制造机器人的愿望。

20世纪60年代出现的第一代机器人堪称具有低能的“劳动者”，可承担简单、重复、繁杂的劳动。如：焊接、插装、包装、搬运等工作。70年代出现的第二代机器人已通用化、标准化，由部件（手、臂、躯干及行走部件和语音识别系统）组成的组合式机器人。电子科技大学研制的美丽端庄的礼仪小姐（蓉城小姐），她会走路、会向客人问好、发资料等。她听主人的话（也只听主人的话，她学习、记忆并有语言识别的功能），主人叫她向前走、左转，她就向前走、左转，叫发资料就发资料，总而言之，叫她做什么，只要她做得到，她都能完成。其他人的话一律不听。如果要另换主人指挥她，要使她转到学习状态，学听新主人的话并按所说的话去做简单的几件事。第三代机器人前面已提到了，更人性化、更聪明。

现代机器人技术经近40年的发展已取得长足的进步。工业机器人在经历了实际应用和不断改进后，已成为制造业中不可少的核心装备。在电视里已经看到很多在汽车生产线、电视机生产线上用来焊接、加料、插件、组装设备、刷漆、喷涂等的“专用机械手或机器人”（如图3-1、图3-2）。它们的动作有一定的自由度，借助电动、液压或气动来完成反复相同的动作。现代工业专用机器人发展特别快，越来越复杂，水平也越来越高。用它们能大大提高自动化程度和劳动生产率，因为它们可以不吃饭、不睡觉地干活，而且能保证产品质量，世界上约有上千万台的工业机器人正与工人朋友并肩战斗在各条战线上。例如，“仿人形”礼仪与服务机器人、农业机器人、水下机器人、飞机试飞用“模拟弹射救身”机器人（它要仿人体形状、重量、弹射过程姿态变化、记录弹射加速度、速度）、医疗机器人、军用机器人、玩具机器人等具有各种功能和用途的特种机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。

图3-1　仿人关节型机器人

图3-2　电动喷涂机器人

较为复杂的“多功能机器人”内部装有伺服机构和各种传感器以及电脑，具有自动控制和自适应功能。每一个自由度上的动作有伺服机构就能达到更精密的控制。有了传感器就可将位置、速度、力、转矩等测出，与事先安排在控制程序中的操作参数比较、调整、校对，这样就可达到精确控制。如果装上电视摄像机、红外摄像、激光或超声测距仪以及压力、磁力传感器。在作业过程中各种传感器将获得的数据送入控制计算机中，并不断自动调节机器人的动作，使之与外界环境相适应。能辨认环境的变化并不断校正自己的动作的这种机器人完全可誉为“智能型机器人”（如图3-3）。显然“智能型机器人”离开现代电子技术和微电脑控制、自动控制理论、仿生学以及人工智能学的理论研究和应用研究是不可能实现的。

图3-3　四足微小型机器人

飞机、汽车的自动驾驶是一个看不到眼、耳、手、脚……的机器人在操控。英国伦敦的地铁路线上，驾驶火车的是这样的机器人，从开动、加速、减速、停止、前方到站语音提示乘客、开门、关门，都是“机器人”准确控制的。前方出现危险时及早报警并急刹车，直到消除了故障才重新开动，它驾驶的车同“老司机”一样安全、平稳，乘客不会有异样的感觉。驾驶室里却找不到“机器人”。其实机器人的眼睛是两台电视摄像机，装在车前大灯的上下，它能感测对象位置、大小、形状、颜色，识别对象特征。当然它是经过电脑软件来处理的，它操控火车的“手”、“脚”是一套分散在方向盘、车轴、车门等处的随动装置。它的“耳朵”是一种超声波传感器或声压晶体传感器，更灵敏的“耳朵”当数“钛酸钡传感器”，它能听到火柴梗掉在地上发出的声音。这些传感器随时监听着关键部位是否发出不正常的噪声，以判别故障大小。人的鼻子实际上是一部十分精密的气体分析仪。人的鼻子是相当灵敏的，机器人的鼻子是用气体自动分析仪做成的。我国已经研制成功了一种嗅敏仪，这种气体分析仪不仅能嗅出丙酮、氯仿等40多种气体，还能够嗅出人闻不出来却可置人于死地的一氧化碳（也就是我们通常所用的煤气）。这种嗅敏仪有一个由二氧化锡、氯化钯等物质烧结而成的探头（相当于鼻粘膜）。当它遇到某种气体的时候，它的电阻就发生变化，这样就可以通过电子线路做出相应的显示，用光或者用声音报警。装有这种“鼻子”的机器人可以监察环境，查出埋在地下的管道漏气的位置（如图3-4）。

图3-4　管道检测微型机器人

人们常常会问，为什么近几十年才出现智能型机器人？应该说是现代电子技术及电脑高速发展和经济发展的必然，人们为了提高社会的生产水平和人类的生活质量，让“机器人”替人们干那些人干不了、干不好的工作。在现实生活中有些工作会对人体造成伤害，比如喷漆等；有些工作要求质量很高，人难以长时间胜任，比如汽车生产线上的焊接、精密装配等；有些工作人们无法身临其境，比如火山探险、深海探密、空间探索等；有些工作不适合人去干，比如一些恶劣的环境（如高温，有射线、有故障的炮弹撤装等），在这些方面机器人已经得到广泛应用。服务机器人还可以为你保洁保安；水下机器人可以帮助打捞沉船、铺设电缆；工程机器人可以上山入地、开洞筑路；农业机器人可以耕耘播种、施肥除虫；军用机器人可以冲锋陷阵、排雷排弹等（如图3-5、图3-6、图3-7）。

图3-5　“沙地三号”机器人

图3-6　探测机器人

图3-7　超微型机器人

工业机器人之父约瑟夫。英格尔伯格说：“对实用的机器人关键还是要赋予它们力量、灵巧性、感知环境的能力并具有通信功能，让它在人类的环境中照人的指令进行工作，如吸尘、剪草、服务于老人和需要照看的孩子，这样能让生活变得更快乐。”具有以上要求的高性能的机器人正在不断出现。例如，日本的名叫“阿西莫”的机器人，它有两只脚，而且走路姿势非常逼真，对突然出现的障碍可以做出反应，并迅速改变前进方向绕过障碍继续向前行走。中国国防大学研制的“先行者”具有同人一样的身躯、脖子、脑袋。也有双眼、双臂与双脚并具有一定的语言能力，以每秒两步的速度自如地动态步行。摔倒了还能自己慢慢地爬起来继续走，更神奇的是，走累了（内部电池该充电了），会自动在附近找电源插座插上去充电。名叫“皮诺”的机器人全身共有26个关节，脚上有可测重心变化的传感器，可分辨红、蓝、黄等颜色，行动基本自如，不容易摔倒，会开门、开关电灯、清理饭桌、听懂语音指令。机器人的技术（如传感技术、智能技术、控制技术等）扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器人。机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域的不断扩大正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响（如图3-8）。

图3-8　仿蟹微型机器人

纳米技术的发展使传动齿轮、电机可以做到米粒或黄豆那么大，微型电脑处理器也更加小。美国正在研究一种航天器内使用的机器人可在卫星上做维修工作，最近研制的微型蜘蛛机器人能在其他星球上进行土壤样本收集，甚至做成像真正苍蝇那样能飞而且可贴在墙上对敌人进行秘密侦察，可寄生在敌人的飞机、卫星上，到时候就扰乱敌星的侦察信息内容（如图3-9）。

图3-9　微型飞机

还有一些著名的与人类较劲的机器人，例如，与国际象棋大师卡斯帕罗夫进行智慧较量的名叫“更深的蓝”的机器人。它记忆了一百多年、两百多万局优秀对局，反应速度可达每秒2亿步。人类有史以来最伟大的棋手终于在1997年败给了这位叫“更深的蓝”的机器人。

另一个名人——“机器人指挥家”成功指挥波士顿交响乐团，演奏“太空主题曲”获得成功并获奥斯卡奖。它头部装有顶级电脑系统，眼睛是激光摄像机，耳朵是灵敏的微接收音机，手腕、手臂是灵敏的多自由度、多关节的握着指挥棒的机械手。它能根据乐谱、演奏家神态、每个和声中高低强弱及偏差作出相应动作，使演奏和谐。

机器人用来沟通人类语言障碍是大有可为的。奥运会、国际经贸洽谈会、科技文化的交流会都迫切需要大量的能自动即时翻译的机器人来帮忙。人们经过近40年，经历三个阶段，现在的“第三代人工智能机器翻译”已能对一百多种语言进行翻译，投入应用的有10多种。“第三代人工智能机器翻译”内的计算机有海量存储能力，可把巨型双语词典存入机器。文字阅读机为翻译提供了高速文献输入能力，各种文字输出的打印机可把译文打印后供阅读。机器翻译的工作原理并不深奥，它是对人工翻译过程的智能模拟，主要靠存储的双语词典和语言分析规则，当然要精密化、公式化和数学模型化。再通过一套复杂的翻译软件就可快速实现翻译。

经过科学家和工程技术人员的努力，智能机器人的“智慧”会更接近人。在某些方面还会不断积累经验和提高适应能力。智能机器人在某些感觉能力、记忆能力和快速反应能力方面已经超过人了。人们深信不久的将来会有更多的机器人为人类服务。