機(jī)器人極簡(jiǎn)史：從周朝跳舞機(jī)器人到波士頓動(dòng)力狗

2018-05-17 09:24:26 來源：果殼網(wǎng)作者：佚名人氣：次閱讀 572 條評(píng)論

2015年全球有多達(dá)163萬(wàn)臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行，并且這一數(shù)字每年都在穩(wěn)步增長(zhǎng)。機(jī)器人最早可以追溯到古希臘，中國(guó)在周穆王時(shí)期就有跳舞機(jī)器人的傳說。一文看懂機(jī)器人的歷史。幾個(gè)...

2015年全球有多達(dá)163萬(wàn)臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行，并且這一數(shù)字每年都在穩(wěn)步增長(zhǎng)。機(jī)器人最早可以追溯到古希臘，中國(guó)在周穆王時(shí)期就有跳舞機(jī)器人的傳說。一文看懂機(jī)器人的歷史。

幾個(gè)世紀(jì)以來，機(jī)器人一直迷戀人類的思想：從古代石人的故事到現(xiàn)代科幻小說，無一不是。

雖然“機(jī)器人”(robot)一詞在1921年才由Karel ?apek正式引入，但人類早在公元前4世紀(jì)就致力于創(chuàng)建自動(dòng)機(jī)器。

今天，機(jī)器人廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)。根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)的統(tǒng)計(jì)，2015年全球有多達(dá)163萬(wàn)臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行，并且這一數(shù)字每年都在穩(wěn)步增長(zhǎng)。

以下是機(jī)器人技術(shù)從公元前400年的早期想象發(fā)展成為現(xiàn)在全球重要資源的簡(jiǎn)要?dú)v史。

古代的機(jī)器人：Archytas的鴿子，Ctesibius的Clepsydra

機(jī)器人最早可以追溯到古希臘。亞里士多德是最早考慮自動(dòng)化工具以及這些工具如何影響整個(gè)社會(huì)的偉大思想家之一。

在公元前400年，第一臺(tái)自動(dòng)機(jī)器是由Tarentum的Archytas設(shè)計(jì)的，他今天被認(rèn)為是數(shù)學(xué)力學(xué)之父。 Archytas的鴿子是一款蒸汽動(dòng)力自動(dòng)飛行器。

它的木質(zhì)結(jié)構(gòu)是根據(jù)鴿子的解剖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，里面裝有一個(gè)密封的鍋爐，用于生產(chǎn)蒸汽。蒸汽的壓力最終會(huì)超過結(jié)構(gòu)的阻力，使得機(jī)器鳥可以飛行。

在公元前250年，Ctesibius創(chuàng)造了一個(gè)漏壺(clepsydra)或叫水鐘，它有許多精密的自動(dòng)裝置。盡管世界各地的水鐘已經(jīng)使用了幾個(gè)世紀(jì)，但正是在這段時(shí)間里，希臘和羅馬的發(fā)明家開始更新鐘表的基本設(shè)計(jì)，如鐘、鑼和移動(dòng)的小雕像等。

clepsydra

Ctesibius的設(shè)計(jì)允許將指針觸碰到響亮的鑼上，這就誕生了第一個(gè)鬧鐘，并成為早期自動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)例子。

不只是那些正在嘗試機(jī)器人技術(shù)的古希臘人和羅馬人。有關(guān)中國(guó)古代自動(dòng)機(jī)的記載也很多，就像公元前3世紀(jì)《列子》中的一段話，描述了一個(gè)為周穆王表演唱歌和歌舞的機(jī)器人。

為周穆王跳舞的機(jī)器人

根據(jù)文字記載，這個(gè)機(jī)器人是由一位名叫Yen Shih(偃師)的發(fā)明家用木材和皮革制造的。

11世紀(jì)到15世紀(jì)：人形機(jī)器人和達(dá)芬奇的騎士

自主技術(shù)的發(fā)展一直持續(xù)到11世紀(jì)以及世界各地。這一時(shí)期最重要的發(fā)明家之一是Ismail al-Jazari，他是伊斯蘭教黃金時(shí)代的工程師和數(shù)學(xué)家。 Al Jazari被認(rèn)為創(chuàng)造分段齒輪，并被許多人認(rèn)為是機(jī)器人之父。他的許多機(jī)器人作品都是由水驅(qū)動(dòng)的，包括從自動(dòng)門到可以續(xù)杯的人形自主女服務(wù)員。

在達(dá)芬奇的后期工作中，受Al Jazari的影響尤其明顯。在1495年，這位意大利著名藝術(shù)家和畫家設(shè)計(jì)了一個(gè)自主騎士，其中設(shè)有一系列滑輪和齒輪，使其能夠移動(dòng)其胳膊和下巴，還能坐起來。

達(dá)芬奇自己對(duì)人體解剖學(xué)的研究應(yīng)用到人形機(jī)器人上，達(dá)芬奇的金主米蘭公爵Lodovico Sforza將其用作聚會(huì)的娛樂對(duì)象。

16世紀(jì)到18世紀(jì)：飛行機(jī)器人和音樂機(jī)器人

主要為娛樂目的而設(shè)計(jì)的機(jī)器人在16世紀(jì)和18世紀(jì)之間變得更加流行。盡管這些機(jī)器人是為娛樂而設(shè)計(jì)的，但重要的是不要輕率地對(duì)待它們的設(shè)計(jì)。這些設(shè)備中使用的許多技術(shù)為后來更復(fù)雜的機(jī)器人鋪平了道路。

鷹

其中一種是由德國(guó)數(shù)學(xué)家Johannes Müllervon Königsberg(又名Regiomontanus)所制造的。除了在1530年代的某個(gè)時(shí)候，大家知道它是由木頭和鐵制成的，目前還沒有人知道它是如何制造的。

1708年，作家John Wilkins寫了一篇關(guān)于“機(jī)器鷹”的文章，聲稱它是飛向普魯士皇帝，并返回Regiomontanus。

Regiomontanus也被認(rèn)為創(chuàng)造了一種能夠飛行的機(jī)器人。

這一時(shí)期另一個(gè)關(guān)鍵人物是Jacques de Vaucanson。1737年，Vaucanson創(chuàng)作了長(zhǎng)笛演奏者，這是一個(gè)真人大小的類人機(jī)器人，可以演奏長(zhǎng)笛上的12首不同的歌曲。該機(jī)器人使用一系列波紋管“呼吸”，并有一個(gè)移動(dòng)的嘴和舌，可以改變氣流，使其能夠演奏樂器。

Vaucanson創(chuàng)作的長(zhǎng)笛演奏者、覓食鴨子和錘鼓者

然而，Vaucanson最令人難忘的成就是他的覓食鴨(Digesting Duck)。這只鴨子之所以引人注目，是因?yàn)樗粌H能吃，還能拉(下蛋)，而且它也常常被認(rèn)為是利用橡皮管的第一個(gè)裝置。

Digesting Duck

十九世紀(jì)：棋類機(jī)器人和早期的語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)

19世紀(jì)，自動(dòng)機(jī)器人成為旅游景點(diǎn)和某種怪異的東西，它讓全世界的觀眾著迷和鼓舞。

當(dāng)時(shí)流行的一種機(jī)器人是棋類機(jī)器人。這些作品中最有名的是The Turk，由Wolfgang von Kempelen在十七世紀(jì)七十年代建造，并且在1854年巡回展出。雖然它看起來好像是機(jī)器人可以下棋，但這臺(tái)設(shè)備被曝光是一個(gè)由藏在盒子里的棋手操縱的騙局。

1845年，刊載于“倫敦新聞報(bào)”上的The Turk插圖

盡管The Turk是個(gè)騙局，但它的中心思想為真正的國(guó)際象棋機(jī)器人提供了靈感，它們將在20世紀(jì)初登上歷史舞臺(tái)。

然而，19世紀(jì)的另一臺(tái)非凡的機(jī)器不是騙局——“Euphonia”。它是一種會(huì)說話的機(jī)器人，它是通過一種早期的文本到語(yǔ)音技術(shù)進(jìn)行操作的。Euphonia是由奧地利數(shù)學(xué)家和發(fā)明家oseph Faber創(chuàng)造的。

Euphonia

這臺(tái)機(jī)器的特點(diǎn)是，有一個(gè)與鍵盤相連的人形女性臉，面部的嘴唇、下巴和舌頭可以被控制。一根風(fēng)箱和一根象牙白的蘆葦提供了機(jī)器的聲音，音調(diào)和口音可以通過鼻子上的螺絲來改變。

這臺(tái)機(jī)器是Faber 25年工作的巔峰，并于1846年首次向觀眾展示?？杀氖?，維多利亞時(shí)代的觀眾對(duì)這部機(jī)器茫然的眼神和毛骨悚然的聲音感到不安，隨后這臺(tái)機(jī)器就被遺忘。

20世紀(jì)早期：El Ajedrecista, Eric和Gakutensoku

當(dāng)The Turk被揭露為騙子的時(shí)候，20世紀(jì)初，第一個(gè)真正的象棋機(jī)器人誕生了。在1912年由Leonardo Torres y Quevedo建造的El Ajedrecista(直接翻譯為“棋手”)是第一個(gè)真正的國(guó)際象棋機(jī)器人，它被一些人認(rèn)為是視頻游戲的先驅(qū)。

El Ajedrecista

該裝置能夠和人對(duì)弈，通過電路和一個(gè)磁鐵系統(tǒng)來移動(dòng)棋子。它在1914年的巴黎世界博覽會(huì)上首次亮相，引起了極大的轟動(dòng)和贊譽(yù)。

1928年，英國(guó)第一個(gè)機(jī)器人Eric問世。Eric是由工程師和一位一戰(zhàn)老兵共同創(chuàng)造的，它由兩個(gè)人操作，可以移動(dòng)頭部和手臂，并通過無線電信號(hào)進(jìn)行通話。它的動(dòng)作由一系列齒輪、繩索和滑輪控制，據(jù)報(bào)道，機(jī)器人能從嘴里噴出火花。

Eric

作為向Karel ?apek在1921年創(chuàng)作的劇作Rossumovi Univerzalni Roboti致敬，字母R.U.R.被刻到了Eric的胸部。

第二年，日本第一個(gè)機(jī)器人Gakutensoku首次亮相。Gakutensoku由生物學(xué)家Nishimura于1929年建造，身高超過7英尺(2.1米)，可以通過齒輪和彈簧的運(yùn)動(dòng)來改變面部表情。

Gakutensoku

然而，Gakutensoku最偉大的成就是它書寫漢字的能力。不幸的是，這個(gè)機(jī)器人在德國(guó)巡演時(shí)失蹤了。

20世紀(jì)40年代：Asimov機(jī)器人定律和第一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

20世紀(jì)20年代，“robot”一詞被引入，但直到Isaac Asimov在1942年的短篇小說Runaround問世后，才出現(xiàn)了“robotics”這個(gè)詞。

Isaac Asimov

機(jī)器人三定律

在小說中，Asimov列出了他著名的——機(jī)器人不能傷害人類，他們必須服從人類的命令，而且他們必須保護(hù)自己免受威脅，前提是他們的自我保護(hù)不會(huì)違反前兩項(xiàng)法律。盡管這些定律是虛構(gòu)的，但這些定律為許多圍繞機(jī)器人和自主技術(shù)的倫理問題提供了基礎(chǔ)，時(shí)至今日仍被提及。

第一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

20世紀(jì)40年代也出現(xiàn)了。1943年，Warren McCulloch 和 Walter Pitts創(chuàng)建了一個(gè)使用電路的基本神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以更好地理解神經(jīng)元是如何在大腦中運(yùn)作的。由于使用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，他們的實(shí)驗(yàn)為第一個(gè)能夠顯示復(fù)雜行為的自主機(jī)器人鋪平了道路。

在1948年和1949年，William Grey Walter創(chuàng)造了兩個(gè)這樣的機(jī)器人——Elmer 和 Elsie。

這兩個(gè)昵稱為“烏龜”的機(jī)器人可以對(duì)光線做出反應(yīng)，并在電池電量不足的情況下，引導(dǎo)自己到充電站。

20世紀(jì)50年代：圖靈測(cè)試和Unimate

機(jī)器人歷史上的另一個(gè)里程碑時(shí)刻發(fā)生在1950年，當(dāng)時(shí)阿蘭·圖靈概述了他對(duì)機(jī)器人工智能的測(cè)試。圖靈測(cè)試已經(jīng)成為人工智能的基準(zhǔn)，因?yàn)樗梢詼y(cè)量機(jī)器的智能與人類的智能相同還是無法區(qū)分的程度。以最簡(jiǎn)單的形式，測(cè)試的目的是確定機(jī)器是否可以思考。他的工作為1956年達(dá)特茅斯學(xué)院建立人工智能提供了必要的框架。

阿蘭·圖靈

20世紀(jì)50年代還出現(xiàn)了第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人——Unimate。Unimate的專利是由George Devol在1954年提出的，它的特點(diǎn)是一個(gè)機(jī)械手臂能夠運(yùn)送壓鑄件并將其焊接到位。

Unimate

這種革命性的裝置將永遠(yuǎn)改變制造業(yè)的面貌。

20世紀(jì)60年代：工業(yè)機(jī)器人革命

1961年Devol獲得Unimate專利后，機(jī)器人在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用進(jìn)展迅速。同年，通用汽車公司在其位于新澤西州的裝配線上安裝了Unimate。通用汽車在Unimate上獲得成功后，于1966年進(jìn)入全面生產(chǎn)。

20世紀(jì)60年代，Devol的機(jī)器人工業(yè)部門的核心理念出現(xiàn)了許多創(chuàng)新和擴(kuò)展。1968年，麻省理工學(xué)院人工智能實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)合創(chuàng)始人Marvin Minsky發(fā)明了一種“觸手臂”——一個(gè)由液壓裝置驅(qū)動(dòng)的12節(jié)機(jī)械手臂，可以通過操縱桿進(jìn)行控制。Minsky的機(jī)器人觸手臂很容易就能繞過障礙物。他的研究為今天出現(xiàn)的許多軟機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新鋪平了道路。

1969年，Victor Scheinman發(fā)明了斯坦福機(jī)械臂，這是一個(gè)機(jī)器人手臂，被認(rèn)為是最早由電腦控制的機(jī)器人之一。

斯坦福機(jī)械臂

這是一個(gè)巨大的突破，就像當(dāng)時(shí)用磁鼓操作Unimate一樣。它包含六個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)，完全由斯坦福大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室完成。雖然主要用于教育目的，但斯坦福手臂標(biāo)志著可通過計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器的重大突破。

20世紀(jì)70年代：WABOT-1、工業(yè)創(chuàng)新和太空機(jī)器人

20世紀(jì)70年代初，世界上第一個(gè)全面擬人化機(jī)器人——WABOT-1問世。WABOT-1是1967年WABOT的后續(xù)行動(dòng)，由東京早稻田大學(xué)的加藤一郎(Ichiro Kato)創(chuàng)立。

WABOT-1

WABOT-1有一個(gè)視覺和肢體控制系統(tǒng)，可以自行導(dǎo)航和自由移動(dòng)，它甚至可以測(cè)量物體之間的距離。它的手具有觸覺傳感器，這意味著它能抓住和運(yùn)輸物體。它的智力與18個(gè)月大的人類相當(dāng)，標(biāo)志著人形機(jī)器人技術(shù)的重大突破。

上世紀(jì)70年代還見證了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。1973年，德國(guó)庫(kù)卡(KUKA)公司發(fā)布了“FAMULUS”——這是第一個(gè)擁有6個(gè)機(jī)電驅(qū)動(dòng)軸的工業(yè)機(jī)器人。第二年，Richard Hohn開發(fā)了第一臺(tái)由小型計(jì)算機(jī)提供動(dòng)力的工業(yè)計(jì)算機(jī)——The Tomorrow Tool(T3)。

1978年，SCARA(the Selective Compliance Assembly Robotic Arm)被創(chuàng)造出來，它由山梨大學(xué)(University of Yamanashi )教授Hiroshi Makino開發(fā)，手臂可以沿4軸移動(dòng)，并在80年代早期成為裝配線上的常見設(shè)備。

SCARA

第一批登陸火星的機(jī)器人是維京1號(hào)和維京2號(hào)，它們于1976年登陸火星。

這兩個(gè)機(jī)器人都是由放射性同位素?zé)犭姽╇?，這些發(fā)電機(jī)通過衰變钚釋放的熱量產(chǎn)生能量。盡管這兩個(gè)登陸器收集的數(shù)據(jù)很模糊，但它們是我們今天所知的火星探測(cè)器的官方先行者。

20世紀(jì)80年代：家庭機(jī)器人、加拿大的臂膀和Genghis。

在20世紀(jì)80年代，機(jī)器人正式進(jìn)入了主流消費(fèi)市場(chǎng)，盡管大多是簡(jiǎn)單的玩具。

其中最受歡迎的機(jī)器人玩具是《Omnibot 2000》。Omnibot 2000是遙控的，并配有一個(gè)托盤用來供應(yīng)飲料和零食。

Omnibot 2000

這一時(shí)期另一個(gè)備受追捧的機(jī)器人玩具是任天堂的R.O.B。R.O.B.作為任天堂娛樂系統(tǒng)的一款機(jī)器人播放器被推向市場(chǎng)。它可以對(duì)6個(gè)不同的命令做出響應(yīng)，這些指令通過CRT屏幕上的閃光燈進(jìn)行通信。

80年代，工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域出現(xiàn)了進(jìn)一步的發(fā)展，福特在世界各地的生產(chǎn)線上增加了數(shù)百個(gè)機(jī)器人。福特嘉年華因其由機(jī)器人注入防腐密封劑而備受矚目。

隨著1981年哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)發(fā)射Canadarm，機(jī)器人在80年代也繼續(xù)它們的旅程。加拿大制造的機(jī)械臂長(zhǎng)50英尺(15.2米)，有6個(gè)連接點(diǎn)。它可以由控制站的一名機(jī)組成員控制，在服役期間成功執(zhí)行了90次任務(wù)。

1989年麻省理工學(xué)院研究人員制造的六足機(jī)器人Genghis，通常被認(rèn)為是現(xiàn)代歷史上最重要的機(jī)器人之一。

Genghis

由于其體積小，材料便宜，Genghis被認(rèn)為縮短了未來空間機(jī)器人設(shè)計(jì)的生產(chǎn)時(shí)間和成本。它由12個(gè)伺服電機(jī)和22個(gè)傳感器組成，可以穿越巖石地形。

20世紀(jì)90年代：Cyberknife，Sojourner和愛寶

20世紀(jì)90年代初，機(jī)器人進(jìn)入手術(shù)室，使用Cyberknife：一種可以手術(shù)治療腫瘤的放射手術(shù)系統(tǒng)。 Cyberknife由斯坦福大學(xué)神經(jīng)學(xué)教授John R. Adler開發(fā)，是一種非侵入性的手術(shù)工具，可以跟蹤和瞄準(zhǔn)腫瘤，聚焦輻射束較窄。到2010年，Cyberknife在斯坦福癌癥中心所有治療中占有5%的份額。

1996年，Sojourner成為第一個(gè)被送往火星的火星車。這個(gè)小型的輕型機(jī)器人由探路者號(hào)帶到火星，并于1997年7月成功著陸火星表面。

Sojourner

在火星期間，Sojourner探索了2691平方英尺(250平方米)的土地，并拍攝了550張圖片。基于Sojourner收集的信息，科學(xué)家們確定火星曾經(jīng)有一個(gè)溫暖潮濕的氣候。這次任務(wù)標(biāo)志著美國(guó)宇航局更多的火星探測(cè)器的開始。

90年代末，出現(xiàn)了20世紀(jì)最具標(biāo)志性的機(jī)器人之一——索尼的愛寶(AIBO)機(jī)器狗。AIBO于1999年發(fā)布，是首批進(jìn)入消費(fèi)者市場(chǎng)的機(jī)器寵物之一。AIBO可以對(duì)語(yǔ)音指令做出回應(yīng)。

今年早些時(shí)候，索尼為21世紀(jì)市場(chǎng)推出了一款全新的改裝AIBO，該款產(chǎn)品配有兩個(gè)攝像頭和空間映射功能。

21世紀(jì)：今天的機(jī)器人狀態(tài)

雖然我們距離本世紀(jì)僅有18年，但機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)取得了諸多進(jìn)展，并形成了我們的技術(shù)格局?，F(xiàn)在許多家庭都有自己的roomba機(jī)器人吸塵器，它可以自動(dòng)清潔地板。我們已經(jīng)看到了無人機(jī)在從軍隊(duì)到家庭運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用等等

在過去的幾年里，有許多具有里程碑意義的創(chuàng)新。然而，在討論近年來機(jī)器人的成就時(shí)，尤其要注意的是兩個(gè)機(jī)器人——索菲亞和波士頓動(dòng)力狗。

去年，索菲婭成為第一個(gè)獲得國(guó)家公民身份的機(jī)器人——這個(gè)由Hanson Robotics公司開發(fā)的Android機(jī)器人于2017年10月獲得沙特阿拉伯公民身份。在接下來的一個(gè)月里，她成為第一位非人類女性擔(dān)任的聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署創(chuàng)新大使。索菲婭的人工智能是基于云的，她能夠深度學(xué)習(xí)，可以識(shí)別和復(fù)制各種各樣的人類面部表情。

在現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)的引領(lǐng)下，波士頓動(dòng)力公司一直被媒體視為在引領(lǐng)潮流，這要?dú)w功于它們的自主創(chuàng)新。

其中最著名的是“波士頓動(dòng)力狗”(Big Dog)，它在2005年推出時(shí)吸引了全世界的關(guān)注。它最初是設(shè)計(jì)成一個(gè)軍用機(jī)器人，其身上安裝了50個(gè)傳感器，能夠承載340磅(150公斤)的重量，能以每小時(shí)4英里(6.4千米/小時(shí))的速度奔跑。