最先進仿生人（人形機器人）的發展現狀（文字版）

  小說《時空客》中一個重要人物—Anna，是擁有第五代生物電腦的超仿真機器人。她雖然有金屬的骨骼以及超越人類的人造感覺器官（比如視覺、聽覺、嗅覺等），卻有著人類的肌膚和某些器官，甚至擁有人類的思維、學習與記憶的大腦（即生物電腦）。雖然科幻，但卻是當代科技的未來。

 

    未來的超仿真機器人，也就是仿生人，或者說是人形機器人，到底會發展到何種水平，現在很難說，它取決於生物學、醫學、材料科學以及電腦技術的發展。那麽，現代的超仿真機器人處於什麽水平呢？下麵來小結一下：

 

    1，機器人

 

機器人（Robot），是“自動控製機器”的俗稱，“自動控製機器”包括一切模擬人類行為或思想與模擬其它生物的機械（如機器狗、機器貓等）。狹義上對機器人的定義還有很多分類法及爭議，有些電腦程序甚至也被稱為機器人。在當代工業中，機器人指能自動執行任務的人造機器裝置，用以取代或協助人類工作。理想中的高仿真機器人是高級整合控製論、機械電子、計算機與人工智能、材料學和仿生學的產物，目前科學界正在向此方向研究開發。

 

機器人（自動控製機器）一詞，最早出現在西元1920年捷克科幻作家恰配克的《羅索姆的萬能機器人》中，原文作“Robota”，後來成為西文中通行的“Robot”。 1967年日本科學家森政弘與合田周平提出：“機器人是一種具有移動性、個體性、智能性、通用性、半機械半人性、自動性、奴隸性等7個特征的柔性機器。”

 

據IEEE報道，根據World Robotics統計，截至2008年，全球機器人數量已達860萬個，其中工業機器人130萬台，服務機器人730萬個。其中，日本機器人數量據世界首位。統計中將機器人分為工業機器人和服務機器人。因為這兩種機器人有很大不同（複雜度和費用），工業機器人動輒上百萬，而一個機器人玩具隻要幾十元。工業機器人主要包括焊接機器人、工裝機械手等，其特點是“重、大、貴”，有多自由度。服務機器人包括專業服務機器人和個人服務機器人，專業服務機器人有排爆機器人、醫療機器人、擠奶機器人、導遊機器人等；個人機器人有清潔機器人、割草機器人、機器人玩具、個人製作的機器人等。

 

 

 

 

另一組數據表明，IFR估計：截至2010年年底，全球工業機器人累計安裝量為1035000到1300000台（其他專用服務機器人數量較小，如清潔機器人、建築爆破機器人、水下機器人係統、通用移動機器人平台、救援和安保機器人等。但水下機器人售價較高，約85萬美元一台）。這些數字中的最小數字來源於假設機器人的平均服務期為12年，但UNECE和IFR的研究顯示機器人的平均服務期事實上達到了15年，以至於全球範圍內累計安裝量達到了1300000台。日本和美國在機器人發展領域，一直處於世界前沿，甚至日本的機器狗、機器貓也已經上市。2010年中國工業機器人新安裝量達到15000台，超越了美國，成為全球第四大機器人市場。據預測，2011—2014年各種家用機器人（真空吸塵器、割草、擦窗等等）將達到980餘萬台，價值43億美元；娛樂和休閑機器人也將達到460餘萬台，價值11億美元，包括玩具機器人，但他們的成本都比較低。2002年，美國iRobot公司推出了吸塵器機器人Roomba，它能避開障礙，自動設計行進路線，還能在電量不足時，自動駛向充電座。Roomba是目前世界上銷量最大、最商業化的家用機器人。

 

 

 

 

2，仿生人

 

仿生人（Android）， 即仿真機器人，指是以模仿真人作為目的製造的機器人，而還有仿製人或人型（人形）機器人等名稱。但人型（人形）機器人也可以指英語中的Humanoid（擬人機器人），可以大小和真人差很遠也沒有似人的外觀，但有人的四肢和頭等構造。現時的仿生人仍然在試製階段，卻是長期以來科幻和機器人學的一大主題。仿生人擬真的程度有很多，有些可以從外觀上識別，也沒有真人的思想和感情（如Chobits中的人型電腦）。

 

仿生人是以模仿真人作為目的，這些模仿既可以是外觀與動作行為上，又可以是思想感情上的。理論上講，要做出外觀、行為、思想都非常接近真人的機器人，在目前還有不可跨越的技術難度，但在未來並不是不可能的事。讓我們最難忘的機器人電影：《星球大戰》、《終結者》、《地球停轉日》、《未來世界》、《異形》、《鐵甲威龍》、《星際旅行》、《人工智能》、《我，機器人》、《銀河係漫遊指南》、《變形金剛》、《終結者外傳》等等，都有大量的仿生人出現。施瓦辛格通常都是扮演生物機器人的角色，穿越時空。

 

 

 

 

2013年2月，英國耗資百萬美元打造的仿生人在美國誕生----雷克斯，身高約1.83米、體重近80公斤。雷克斯（Rex）一亮相就吸引了全球目光，世界首個仿生人身體框架組成也是相當複雜，一百萬塊傳感器、200個處理器、70塊電路板以及26個獨立的發動機，再加上28個通過生物醫學創新製造出來的身體器官。

 

 

 

 

3，生物機器人

 

生物機器人（Bioroid），生物機器人是利用單細胞打造成的，具有特殊功能特性的機器人，他們能夠完成普通仿真機器人所不能完成的任務。生物機器人的外表具有人類或者生物的細胞，而大腦則與普通機器人的電腦一樣。

 

生物機器人是使用一種真人或生物的活組織，但以機器為主體的類型，是和機械化人有重疊的概念，也是完全刻意為了仿冒真人而製造的，但行為不一定似真人，如電影《未來戰士》的T係列和《翡翠窩大陰謀》Future world中的機器人。反過來說亦有開發外觀不似人，但能夠有似真人行為的機器人，如2001年美國麻省理工學院研發了號稱世界上第一個有類似人類感情的機器人。

 

 

 

 

 

 

 

4，生物電腦

 

生物電腦（Biological Computer，生物計算機），是利用生物分子代替矽，實現更大規模的高度集成。傳統計算機的芯片是用半導體材料製成的，1毫米見方的矽片上最多不能超過25萬個。而生物芯片上生物計算機的元件密度比人的神經密度還要高100萬倍，傳遞信息的速度也比人腦的思維速度快100萬倍。

 

生物電腦的另一個顯著特點就是存儲量極大。單個的細菌細胞，大小隻有1微米見方，與一個矽晶體管的尺寸差不多，但是卻能成為容納超過1M字節的 DNA存儲器。生物芯片快捷而準確，可以直接接受人腦的指揮，成為人腦的外延或擴充部分，它以從人體細胞吸收營養的方式來補充能量。生物電腦將能用來改善和增強人的記憶力。

 

生物電腦具有較高的人工智能，它可以徹底實現現有計算機所無法真正實現的模糊推理功能和神經網絡運算功能，能夠如同人腦那樣進行思維、推理，能認識文字、圖形，能理解人的語言，因而可以承擔各種工作，可廣泛應用於衛星導航、工業控製領域和國防軍事領域，發揮它無比重要的作用。

 

美國國防部先進研究項目局（DARPA）在 2013 年預算報告中透露了代號為“阿凡達”的計劃，五角大樓在這個項目上已經投入了 700 萬美元。他們希望開發通過意念遙控的機器人，在未來戰場上代替士兵肉體征戰沙場。2012 年末，加拿大滑鐵盧大學的幾位神經科學家和軟件工程師宣稱，他們已經構建出了目前世界上最大、最逼真的人類大腦模擬係統。這隻名為 Spaun 的“大腦”擁有 250 萬隻虛擬神經元，可以執行 8 項不同的任務。這些任務涵蓋的範圍從複製繪畫、計數，到回答問題和作出流暢的推理。不僅有獲取視覺信號的電子眼和可以作出相應反應的機械臂，它還能通過基礎的智商測驗。被植入大腦的“神經元”被分割成大腦中的不同係統，包括前額皮質（VLPFC、DLPFC、OFC部分）、基底核（basal ganglia）和丘腦（thalamus），嚴格按照真正大腦中的結構構建而成。

 

 

 

 

5，半機器人

 

半機械人（Cyborg），又稱半機器人，是利用人工智能與生物機體相結合構造的一種生物。科學家認為，通過納米技術和人工智能工程的發展，未來將成為半機械人的世界，人類的壽命也將提高甚至長生不老。

 

神經控製假肢：在2000年後的不到10年時間裏，美國國防部高級研究計劃署“革命性假肢”計劃改造了多款世界上最先進的假肢，比如DEKA公司研製的機械手臂。

心靈控製：利用計算機作為一種中間感應媒介，未來部隊之間的遠距離交流根本不需要說話。2009年，美國國防部高級研究計劃署啟動了一項“無聲通話”計劃。該計劃首先利用腦電圖掃描器讀取大腦信號，然後再對這些信號進行解碼，從而建立起一個腦電波字典。

實驗室人造血液：大量的人造萬能血液將能夠應用於外傷治療中，以解決血庫不足的問題。在美國國防部高級研究計劃署的資助下，美國生物技術公司Arteriocyte公司利用臍帶的造血細胞製造出首批人造血液。

大腦植入器：事實上，並不是隻有現役部隊才使用電子人技術。從伊拉克和阿富汗戰場上下來的部隊中，有10%到20%的人大腦都曾受過外傷。將來，他們將有可能會接受腦植入手術，以修複他們受損的大腦。

 

世界首個政府承認的半機械人尼爾·哈爾比森：2002年3月14日，英國雷丁大學控製論教授沃裏克，在牛津的拉德克利夫醫院接受了一次手術。外科醫生用了兩小時的時間，將一枚邊長為3毫米的矽製芯片植入了沃裏克左肘的皮膚下，芯片上100個頭發絲粗細的電極與他手臂主神經相連，以接收神經衝動信號。他拿自己做實驗有一個嚴肅的目標，那就是幫助因脊髓受傷等原因而癱瘓的病人。他希望能通過對神經信號的研究，最終讓這些病人通過遠程控製恢複部分自身行動能力。

 

世界唯一政府承認的半機械人：英國色盲男子尼爾·哈爾比森，他能利用一個與頭部結合的攝像頭裝置“聽顏色”。哈爾比森是一個全色盲，隻能看到黑與白的顏色，他腦部安裝的這個裝置能把顏色轉化為不同的音符，通過辨別不同音階的聲音他就能“看到”不同的顏色。上大學二年級的時候，哈爾比森上了一門關於感官延伸的人工智能課程。他說服老師為他製作了一個人工智能感官裝置。為了能正確聽懂各種顏色，哈爾比森必須記下不同頻率的聲音所代表的顏色，譬如說紅色是最低頻的聲音。哈爾比森表示，這個裝置完全改變了他對藝術的理解，因為在他的世界裏，顏色和聲音是同樣的東西。2004年，哈爾比森得到英國身份管理部門的正式承認，認定該裝置是他身體的一部分。

 

2012年，哈佛大學的生物工程學家們近日打破了生物和機械之間的隔閡，製造出了全球首塊半機械版人體組織。這些組織可以是神經元、心髒細胞、肌肉組織或血管組織，而製造它們的原材料竟然是納米線和晶體管。為了製造半生命體，研究人員要先搭建一個微型立體架子，再用納米線和晶體管將其纏繞。之後，讓細胞在這個“電氣納米架（nanoES）”上生長就可以了。等到組織長成之後，組織內部就有一個人造的機械傳感係統——人們可以通過電腦控製生物細胞的活動。就以半機械心髒組織為例，研究人員已經可以通過內嵌的納米線測量心率了。這些半機械組織都擁有正常的生命特征。

 

 

 

 

6，機器人定律

 

機器人三定律（Three Laws of Robotics），是科幻小說家艾薩克·阿西莫夫（Isaac Asimov）在他的機器人相關作品和其他機器人相關小說中為機器人設定的行為準則，是阿西莫夫除“心理史學”（Psychohistory）外另一個著名的虛構學說。

 

第一法則：機器人不得傷害人類，或因不作為使人類受到傷害；

第二法則：除非違背第一法則，機器人必須服從人類的命令；

第三法則：在不違背第一及第二法則下，機器人必須保護自己。

 

但在1985年，《機器人與帝國》這本書中，阿西莫夫將三大法則擴張為四大法則：

第零法則：機器人不得傷害人類這族群，或因不作為使人類這族群受到傷害；

第一法則：除非違背第零法則，機器人不得傷害人類，或因不作為使人類受到傷害；

第二法則：除非違背第零或第一法則，機器人必須服從人類的命令；

第三法則：在不違背第零至第二法則下，機器人必須保護自己。

 

“機器人三定律”在艾薩克·阿西莫夫於1942年發表的作品《轉圈圈》（Runaround，《我，機械人》（I, Robots）中的一個短篇）中第一次明確提出，並且成為他的很多小說，包含基地係列小說中機器人的行為準則和故事發展的線索。機器人被設計為遵守這些準則，違反準則會導致機器人受到不可恢複的心理損壞。但是在某些場合，這樣的損壞是不可避免的。在兩個人互相造成傷害時，機器人不能任人受到傷害而無所作為，但是這會造成對另一個人的傷害，在一些小說中這造成了機器人的自毀。

 

他在小說中提出了三定律的很多變體。這些對機器人行為準則的修改成為他的很多故事的主線。在《消失無蹤》（Little Lost Robot，《我，機械人》中的一個短篇）中為了避免機器人無謂地阻止人類進行低危險性工作，第一定律中的後半部分被去掉了，但是也產生了一些其他的問題。在《機械人之夢》（Robot Dreams，同名小說中的一個短篇）中，一個機器人做了個關於取消第一定律和第二定律的夢，導致了他的毀滅。在機器人與帝國中，一些機器人的係統中“人類的定義”被修改（說話沒有該星球的口音就不是人類），而攻擊人類。在1999年上映的科幻電影《雙百人》（Bicentennial Man，原為短篇小說，後改編為中篇小說《正子人》）中，一個機器人為了成為人，將自己的機械部分逐步替換成組織，並且在最後用自己的貢獻和犧牲換來了人類的認同和保護機器人的法律的產生。

 

三定律在科幻小說中大放光彩，在一些其他作者的科幻小說中的機器人也遵守這三條定律。同時，三定律也具有一定的現實意義，在三定律基礎上建立新興學科“機械倫理學”旨在研究人類和機械之間的關係。但是現存的機器人並未有足夠的智能去分辨人類和危險等概念，因此三定律並未實際應用在機器人上麵。

 

羅傑·克拉克構思的機器人原則：

 

元原則：機器人不得實施行為，除非該行為符合機器人原則。

第零原則：機器人不得傷害人類整體，或者因不作為致使人類整體受到傷害。

第一原則：除非違反高階原則，機器人不得傷害人類個體，或者因不作為致使人類個體受到傷害。

第二原則：機器人必須服從人類的命令，除非該命令與高階原則抵觸。機器人必須服從上級機器人的命令，除非該命令與高階原則抵觸。

第三原則：如不與高階原則抵觸，機器人必須保護上級機器人和自己之存在。

第四原則：除非違反高階原則，機器人必須執行內置程序賦予的職能。

繁殖原則：機器人不得參與機器人的設計和製造，除非新機器人的行為符合機器人原則。

 

    7，機器人大事記

 

　　1920年：捷克斯洛伐克作家卡雷爾?恰佩克在科幻小說中創造出Robot（機器人）這個詞。

 

　　1939年：美國紐約世博會上展出了西屋電氣公司製造的家用機器人Elektro。它由電纜控製，可以行走，會說77個字。

 

　　1954年：美國人喬治?德沃爾製造出世界上第一台可編程的機器人。

 

　　1959年：德沃爾與美國發明家約瑟夫?英格伯格連手製造出第一台工業機器人。

 

　　1968年：美國斯坦福研究所研發成功世界上第一台智慧機器人Shakey。

 

    1969年 日本早稻田大學加藤一郎實驗室研發出第一台以雙腳走路的機器人。加藤一郎長期致力於研究仿人機器人，被譽為“仿人機器人之父”。日本專家一向以研發仿人機器人和娛樂機器人的技術見長，後來更進一步，催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。

 

　　1978年：美國Unimation公司推出通用工業機器人PUMA，工業機器人技術完全成熟。

 

　　1999年：日本新力公司推出犬型機器人愛寶（AIBO），娛樂機器人邁進普通家庭。AIBO的名字來源於人工智能機器人（Artificial Intelligence Robot）的英文縮寫。

 

    2001年：美國麻省理工學院打破曆史傳統，研發了世界上第一個有模擬感情的機器人。理想中的高仿真機器人是高級整合控製論、機械電子、計算機與人工智能、材料學和仿生學的產物，目前科學界正在向此方向研究開發。

 

2002年：美國iRobot公司推出了吸塵器機器人Roomba，它能避開障礙，自動設計行進路線，還能在電量不足時，自動駛向充電座。Roomba是目前世界上銷量最大、最商業化的家用機器人。

 

2003年12月，日本索尼公司SONY推出QRIO機器人技術。QRIO的名字源於“Quest for Curiosity”，是一款集科技與娛樂於一身的夢幻機器人；身高58厘米，體重7公斤，在多達38個可轉動關節下，不僅可跳舞、唱歌、踢足球，更可即時調整姿勢來適應各種環境；透過紀錄聲音與臉部特征，具有辨識的功能，可與人進行即時互動。2004年3月9日，索尼公司最新推出的機器人QRIO在東京一個音樂會的彩排上流暢的指揮完了《貝多芬第五交響曲》，

 

　　2006年：微軟公司推出Robotics Studio，機器人模塊化、平台統一化的趨勢越來越明顯。

 

　　2008年：世界首例機器人切除腦瘤手術成功。

 

    2010年：西班牙的人形服務機器人REEM-H2，西班牙的PAL Robotics公司推出了一款人形服務機器人REEM-H2。機器人REEM-H2裝備自主導航係統、語音和人臉識別係統、電子觸摸屏，能搬運大件行李物品，將主要用於商城、酒店、機場、醫院等公眾場所。REEM-H2上裝載了很多應用，用戶可以在機器人胸前的屏幕上查詢周邊環境地圖、天氣情況、酒店和航班信息等。

 

2000--2013年：ASIMO（日語：アシモ）是日本本田技研工業所開發的人形機器人，站立時約130厘米，重54公斤。ASIMO外型酷似一位背著背包的航天員，而且可以時速6公裏的速度前進。ASIMO是從一係列的本田E機器人所發展出來的，目前至少有3代產品。

 

2004--2013年：NAO（發音和“Now”相近）是一個自主的可編程仿人機器人，由法國Aldebaran機器人公司研發。2004年，NAO項目啟動。2007年，NAO被索尼公司的AIBO機器狗擊敗，未能被RoboCup標準平台聯賽（SPL）采用。在2008、2009年度的RoboCup比賽中，NAO被正式采用。NAOV3R則被用於2010年的RoboCup。

 

2013年：Atlas機器人（英語：Atlas (robot)）是一個雙足人形機器人，由美國波士頓動力公司為主開發，和由美國國防部國防高等研究計劃署（DARPA）的資助和監督。這個身高6-英尺 (1.8-米) 的機器人是專為各種搜索及拯救任務而設計，並在2013年7月11日向公眾亮相。

 

2013年：美國NASA花費300萬美元打造的人形機器人Valkyrie。