作者： Aswin S Babu

什么是機(jī)器人？

在日常生活里，“機(jī)器人”一詞我們都不陌生，日常交談中也常常脫口而出。但大家可曾細(xì)想過(guò)，這個(gè)詞的真正含義究竟為何？接下來(lái)，不妨花些時(shí)間，深入探究機(jī)器人的定義。機(jī)器人的定義，真如表面看起來(lái)那么簡(jiǎn)單直白？還是比我們所認(rèn)為的更為復(fù)雜呢？

從本質(zhì)上講，機(jī)器人是一種可編程機(jī)器，能夠感知、處理信息，并自主或在一定程度的人工指令引導(dǎo)下執(zhí)行任務(wù)。與傳統(tǒng)工具不同，機(jī)器人能夠依據(jù)環(huán)境變化進(jìn)行自我調(diào)適，常被用于執(zhí)行重復(fù)性或危險(xiǎn)的工作，讓人類(lèi)能夠從這類(lèi)工作中解放出來(lái)，從事更具創(chuàng)造性的工作。大眾普遍存在一種認(rèn)知誤區(qū)，即認(rèn)為機(jī)器人必然有著人類(lèi)的外形（圖 1），但實(shí)際情況并非總是如此。后續(xù)我們將深入探討人形機(jī)器人，屆時(shí)這個(gè)概念將得以具象化呈現(xiàn)。

快速回顧：機(jī)器人學(xué)的歷史

從詞源上看，“機(jī)器人”(Robot) 一詞源于 1921 年捷克劇作者卡雷爾·恰佩克 (Karel ?apek) 的戲劇《羅素姆萬(wàn)能機(jī)器人》(Rossum’s Universal Robots)，其中“robot”一詞源自捷克語(yǔ)“robota”，意為“強(qiáng)迫勞動(dòng)”。不過(guò)，科幻小說(shuō)作家艾薩克?阿西莫夫 (Isaac Asimov) 因創(chuàng)造了“機(jī)器人學(xué)”(robotic) 這一衍生詞而廣受贊譽(yù)?！皺C(jī)器人學(xué)”首次出現(xiàn)在阿西莫夫 1942 年發(fā)表的科幻小說(shuō)《轉(zhuǎn)圈圈》(Runaround) 中?！掇D(zhuǎn)圈圈》里還包含了阿西莫夫著名的[機(jī)器人學(xué)三定律] 。與諸多開(kāi)創(chuàng)性技術(shù)相仿，機(jī)器人學(xué)也是從小說(shuō)作品里獲取靈感，逐步將充滿(mǎn)想象力的概念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)成果。

機(jī)器人學(xué)的一些突破

從虛構(gòu)到現(xiàn)實(shí)，在工業(yè)革命期間，我們見(jiàn)證了邁向[自動(dòng)機(jī)]的第一步，這是一種旨在簡(jiǎn)化重復(fù)性任務(wù)的機(jī)械裝置。自動(dòng)機(jī)的概念可以追溯到古代神話(huà)，例如希臘神話(huà)中的塔洛斯 (Talos)，他是一個(gè)青銅自動(dòng)機(jī)械巨人。沃康松鴨（圖 3）是一個(gè)令人印象深刻的自動(dòng)機(jī)，這只機(jī)械鳥(niǎo)蹣跚著尋找食物，叼起種子，然后吞下。根本無(wú)法將它與真正的鳥(niǎo)區(qū)分開(kāi)來(lái)。

圖 3：沃康松鴨（自動(dòng)機(jī)）的內(nèi)部。（圖片來(lái)源：《科學(xué)美國(guó)人》第 80 卷第 3 期，1899 年 1 月）

機(jī)器人學(xué)的真正突破出現(xiàn)在 1954 年，當(dāng)時(shí)喬治·德沃爾 (George Devol) 創(chuàng)造了第一個(gè)可編程機(jī)器人 [Unimate] 。Unimate 的出現(xiàn)永遠(yuǎn)地改變了制造業(yè)，特別是汽車(chē)行業(yè)。

還記得 21 世紀(jì)初的 ASIMO 嗎？Honda 的人形機(jī)器人讓我們距離科幻夢(mèng)想更近了一步。此外，我認(rèn)為我們不能忘記世界上首位機(jī)器人公民，[索菲亞] ) (Sophia)。2017 年她被沙特阿拉伯授予公民權(quán)，創(chuàng)造了機(jī)器人領(lǐng)域的里程碑。Boston Dynamics 的 Atlas 機(jī)器人擁有先進(jìn)的液壓系統(tǒng)和 28 個(gè)自由度，展現(xiàn)出卓越的機(jī)動(dòng)性，并彰顯了機(jī)器人在危險(xiǎn)環(huán)境中提供協(xié)助的潛力。

Boston Dynamics 的另一件杰出作品是 Spot（圖 6），這是一款專(zhuān)為多功能性和適應(yīng)性而打造的四足機(jī)器人。如今，借助 AI 和機(jī)器學(xué)習(xí)，機(jī)器人可以在復(fù)雜的環(huán)境中導(dǎo)航、做出決策，甚至從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)。

圖 6：Boston Dynamics Spot 機(jī)器人運(yùn)行中。（圖片來(lái)源：Boston Dynamics）

我們制造和使用的不同類(lèi)型機(jī)器人

機(jī)器人可不只是工業(yè)豪門(mén)，或是未來(lái)主義概念，實(shí)際上，它們是能夠在我們?nèi)粘＼?chē)間環(huán)境里大顯身手的實(shí)用工具。以下是主要機(jī)器人類(lèi)型的簡(jiǎn)要介紹。

1. ** 工業(yè)機(jī)器人：** 這些是工廠(chǎng)的主力軍，負(fù)責(zé)焊接、噴漆和組裝等任務(wù)。協(xié)作機(jī)器人，或稱(chēng)“cobot”，可以與人類(lèi)一起安全地工作，使制造業(yè)更加靈活和安全。這些機(jī)器人有各種尺寸和能力，但主要屬于機(jī)械臂類(lèi)別（圖 7）。對(duì)于您今天可以購(gòu)買(mǎi)的機(jī)械臂機(jī)構(gòu)的微型版本，請(qǐng)查看 [KUKA] 的 [AGILUS KR 6 R900-2 機(jī)器人套件] 。

圖 7：工業(yè)機(jī)械臂組裝氣缸體。（圖片來(lái)源：Kuka Robotics）

2. 服務(wù)機(jī)器人： 從吸塵到協(xié)助外科醫(yī)生，服務(wù)機(jī)器人讓生活更輕松、更高效。在醫(yī)療保健領(lǐng)域，它們甚至幫助醫(yī)生進(jìn)行精確的手術(shù)。達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)可謂遠(yuǎn)程操控機(jī)器人手術(shù)領(lǐng)域的先驅(qū) 。
3. ** 移動(dòng)機(jī)器人：** 這些機(jī)器人可以移動(dòng)！想象一下，自主無(wú)人機(jī)、探測(cè)車(chē)，還有依靠輪子或機(jī)械腿行進(jìn)的機(jī)器人，它們可以探索從倉(cāng)儲(chǔ)空間到火星表面的一切惡劣環(huán)境。這些機(jī)器人正在征服陸地、水域和天空。它們可以在各種模式下運(yùn)行，例如手動(dòng)遙控、有人值守遙控（可以避開(kāi)障礙物但仍處于人類(lèi)控制之下）或純自主導(dǎo)航模式。

自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 可以使用即時(shí)定位與地圖構(gòu)建 ([SLAM] ) 或基于地圖的導(dǎo)航技術(shù)等高級(jí)算法自行移動(dòng)。它們可以感知障礙物，利用地圖找到最短路徑，并繞過(guò)障礙物從 A 點(diǎn)移動(dòng)到 B 點(diǎn)，整個(gè)過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)。這些機(jī)器人甚至可以攜帶機(jī)械臂或其他工具來(lái)操縱周?chē)氖澜?。閱讀此[自主移動(dòng)機(jī)器人]博客或觀看此[視頻]，以進(jìn)一步了解相關(guān)信息。

4. ** 人形機(jī)器人：** 人形機(jī)器人是外形酷似人類(lèi)的機(jī)器人。由于人類(lèi)設(shè)計(jì)的一切事物都以人類(lèi)外形為基礎(chǔ)，因此這類(lèi)機(jī)器人擁有更好地操控周?chē)澜绲膬?yōu)勢(shì)。像 Boston Dynamics 的 Atlas、Honda Asimo 和索菲亞這樣的人形機(jī)器人不僅外觀炫酷，更突破了移動(dòng)性和互動(dòng)性的極限。雖然人形機(jī)器人仍處于發(fā)展階段，但其潛在應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，尤其是在護(hù)理、教育和家務(wù)自動(dòng)化等領(lǐng)域。
5. 社交機(jī)器人 ： 這些機(jī)器人被設(shè)計(jì)用來(lái)在情感層面上與我們互動(dòng)。它們是老人的陪伴者、孩子的導(dǎo)師，甚至是客戶(hù)服務(wù)助手。它們將 AI 與類(lèi)人行為相結(jié)合的方式令人難以置信。一些社交機(jī)器人可能也屬于人形機(jī)器人，但這不是必需的。

除了這些更廣泛的分類(lèi)外，還有群體機(jī)器人、軟機(jī)器人、人形機(jī)甲和機(jī)械假肢等其他一些機(jī)器人系統(tǒng)。群體機(jī)器人是一種可以大群體協(xié)同工作的微型機(jī)器人，模仿螞蟻或蜜蜂等群居昆蟲(chóng)的行為來(lái)完成復(fù)雜的任務(wù)。軟機(jī)器人由柔性材料制成，可以在狹小的空間中穿行，并能安全地與人類(lèi)互動(dòng)。人形機(jī)甲是一種可穿戴的機(jī)器人套裝，可以增強(qiáng)人類(lèi)的力量和機(jī)動(dòng)性，常用于康復(fù)和工業(yè)環(huán)境。機(jī)械假肢是一種先進(jìn)的假肢，能夠幫助截肢者恢復(fù)肢體功能，提升他們的生活質(zhì)量。

機(jī)器人學(xué)如何改變我們的世界？

機(jī)器人已經(jīng)對(duì)我們的生活產(chǎn)生了巨大的影響。在制造業(yè)，它們極大地簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，讓工作場(chǎng)所變得更加安全。在醫(yī)療保健領(lǐng)域，從手術(shù)到康復(fù)，機(jī)器人的身影無(wú)處不在。農(nóng)業(yè)是機(jī)器人正在加強(qiáng)的另一個(gè)領(lǐng)域，能夠完成自動(dòng)化種植、收割和監(jiān)測(cè)農(nóng)作物等任務(wù)，為全球糧食供應(yīng)提供保障。

還有一點(diǎn)不能忘記，就是機(jī)器人在危險(xiǎn)環(huán)境中所扮演的至關(guān)重要的救生角色。機(jī)器人可以拆除炸彈、探索深海海溝，甚至管理核材料。

機(jī)器人學(xué)所面臨的挑戰(zhàn)

當(dāng)然，事情并非一帆風(fēng)順。我們?nèi)匀幻媾R一些重大挑戰(zhàn)：

• 機(jī)動(dòng)性和靈活性： 讓機(jī)器人像人類(lèi)一樣移動(dòng)或在復(fù)雜的地形中行走并不容易。工程師們一直在努力提高它們的平衡性、靈活性和控制力。是的，在使機(jī)器人能夠穿越人類(lèi)可以穿越的所有不同地形（例如雪地、水坑、高山和樓梯）方面，我們?nèi)匀淮嬖谔魬?zhàn)。然而，如果我們回顧歷史，即使是用兩只腳走路，對(duì)機(jī)器人來(lái)說(shuō)也曾是一個(gè)挑戰(zhàn)。但現(xiàn)在我們有了像“Atlas”這樣的機(jī)器人，可以跑酷（圖 11）和后空翻。因此，我們正在朝著既定目標(biāo)穩(wěn)步前行，毋庸置疑，在不久的將來(lái)，我們必將目睹一款能夠自主且自如地在各類(lèi)地形中暢行無(wú)阻的機(jī)器人誕生。

圖 11：Boston Dynamics 的 Atlas 機(jī)器人正在進(jìn)行跑酷運(yùn)動(dòng)。（圖片來(lái)源：Boston Dynamics）

感知和快速?zèng)Q策： 機(jī)器人需要處理感官數(shù)據(jù)并在瞬間做出決策。自動(dòng)駕駛汽車(chē)就是一個(gè)很好的例子，它們需要檢測(cè)障礙物并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其運(yùn)動(dòng)。這是一個(gè)棘手的問(wèn)題，但我們正在取得進(jìn)展。5G 和低延遲網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步確實(shí)為遠(yuǎn)程處理開(kāi)辟了新的可能性，使機(jī)器人得以將自身無(wú)法承載的復(fù)雜運(yùn)算任務(wù)，卸載至運(yùn)算能力更為強(qiáng)大的外部硬件上。

道德考慮： 隨著機(jī)器人變得越來(lái)越普遍，我們需要從大局進(jìn)行考慮。我們?cè)撊绾螒?yīng)對(duì)工作崗位流失、隱私問(wèn)題以及 AI 的道德使用？機(jī)器超越人類(lèi)智能的[技術(shù)奇點(diǎn)后] 是福是禍，我們?nèi)圆煌耆宄?。一方面，人們?dān)心 AI 末日來(lái)臨，不受控制的超級(jí)智能機(jī)器可能會(huì)對(duì)人類(lèi)的生存構(gòu)成威脅。另一方面，人們希望人工智能能夠成為良性伙伴，幫助解決氣候危機(jī)等關(guān)鍵問(wèn)題。未來(lái)仍不確定，很大程度上取決于我們?nèi)绾伍_(kāi)發(fā)和監(jiān)管這些先進(jìn)技術(shù)。

機(jī)器人學(xué)的下一步是什么？

未來(lái)看起來(lái)令人興奮。我們正邁向這樣一個(gè)世界：機(jī)器人成為我們?nèi)轿坏暮献骰锇?。從工作?chǎng)所協(xié)助和探索未知領(lǐng)域到提供娛樂(lè)和陪伴，可能性無(wú)窮無(wú)盡。

• 更智能的 AI： 機(jī)器學(xué)習(xí)正在釋放新的能力。未來(lái)的機(jī)器人將處理更復(fù)雜的任務(wù)，甚至創(chuàng)造性地解決問(wèn)題。想象一下，機(jī)器人每次與您合作時(shí)都會(huì)學(xué)習(xí)并進(jìn)步！
• 人機(jī)協(xié)作： 未來(lái)的車(chē)間將看到機(jī)器人和人類(lèi)并肩工作，各展所長(zhǎng)。協(xié)作機(jī)器人 (Cobot) 將處理重復(fù)性或危險(xiǎn)性任務(wù)，讓我們專(zhuān)注于創(chuàng)造性和戰(zhàn)略性的工作。
• 太空探索： 機(jī)器人已經(jīng)在探索火星，而這僅僅是個(gè)開(kāi)始。有朝一日，機(jī)器人可能會(huì)幫助在其他星球上建造建筑。那得有多酷？

最終思考：我們?yōu)槭裁匆圃鞕C(jī)器人

機(jī)器人不僅僅是機(jī)器，還是人類(lèi)智慧和創(chuàng)造力的證明。無(wú)論您是剛剛起步還是不斷突破可能的界限，機(jī)器人學(xué)都能提供無(wú)限的學(xué)習(xí)、創(chuàng)新和改變機(jī)會(huì)。因此，讓我們繼續(xù)投身創(chuàng)造、試驗(yàn)和夢(mèng)想，同時(shí)對(duì)這些發(fā)展的未來(lái)影響負(fù)責(zé)。無(wú)限可能等待我們?nèi)ラ_(kāi)啟，希望最好的還在后頭。