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文/Ｇｅｏｆｆ Ｄｏｗｎｔｏｎ Ｓｔｅｖｅ Ｇｏｍｅｚ等，国际海洋工程公司
在Ｄｅｅｐｗａｔｅｒ Ｈｏｒｉｚｏｎ（深水地平线）平台悲剧发生后，数百万人全神贯注地坐在视频监视器和电视屏幕前，观看来自海底遥控水下机器人（ＲＯＶ）的实况直播。在超出了人类能力范围的作业环境下（水深超出了潜艇所能承受的范围），这些机器人英雄完成了异乎寻常的复杂任务。
然而，除了远程海洋作业外，机器人技术还在许多其他领域中发挥着重要作用。在现代社会中，机器人担负着各种各样的职责，一方面，它能够将人类从枯燥、重复性的工作中解放出来；另一方面，又能够替代人类从事超出人类能力范围的危险作业。工业机器人广泛应用于各个领域（以工厂为主）。服务机器人在医院手术室、战场、太空、家庭和油田等领域，都发挥着重要作用。本文以历史的视角简短地回顾了机器人技术领域，并简要介绍了该技术的各种应用。
构成威胁的机器在１９世纪早期的英国，工业革命带来了深刻的社会变革，改变了制造业格局。这些变革产生了一些副产物，在制造方法上表现为传统体力劳动者被取代。这一点在纺织行业表现的尤为明显，自动织机取代了大量技术不娴熟的工人。
不幸的是，这些工人几乎没有其他工作选择，绝望的他们联合起来，攻击所谓的敌人纺织机。这次行动以内德·勒德（Ｎｅｄ Ｌｕｄｄ）命名，内德·勒德虽未参加此次暴动，但据说在此３０年前的一时冲动下捣毁了针织机。内德派的行动十分短暂，很快就被军事干涉镇压了，但人与机器间根深蒂固的仇恨却形成了。机器人与机器人技术的概念形成于这一对抗性关系的背景下。
机器人一词首先出现在１９２１年的一部小说作品中，《Ｒ．ｕ．Ｒ》（Ｒｏｓｓｕｍ’ｓ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｒｏｂｏｔｓ），作者是捷克斯洛伐克剧作家Ｋａｒｅｌ Ｃａｐｅｋ。机器人一词取百斯拉夫语的“ｒａｂｏｔａ”（意为劳役）和“ｒｏｂｏｔａ”（意为强制性劳力或苦工），具有勤奋工人的含义。
Ｃａｐｅｋ笔下的机器人为从事低贱工作的机器，能够将人类从枯燥单调的工作中释放出来。然而到最后，机器人造反，并取代了人类压迫者。有了这一不幸的开始后，诞生了一类文学作品，其中机器人更多地被塑造为敌人而非帮手，这可能反映了早期的内德派恐惧思想。
大约２０年后，一位早期科幻小说大师ＩｓａａｃＡｓｉｍｏｖ，提出了机器人道德的概念，定义了机器人三大定律。通常认为这是机器人学这一术语的首次使用，机器人学现为科学与工程领域普遍公认的一个分支。在Ａｓｉｍｏｖ的小说中，有感知能力的人形机器人几乎与人类差不多，只是缺乏情感。小说中的机器人大大不同于现代社会的机器人装置，现代机器人虽然也不具备情感，但已从科学幻想成为工厂、农场、油田、家庭和许多其他环境中的重要帮手。
从幻想到现实（工厂）关于机器人是由什么组成的这一问题，一直是人们争论的焦点。大多数定义都将其定义为由自动控制系统操纵并能够替代人类工作的机器。以这一概念为基础，必然会出现第一台机器人的可能候选者（像许多其他发明一样），然而当定义有些模糊且存在竞争性利益时，难于授予第一这一头衔。
在２０世纪４０年代早期的曼哈顿计划中，无法直接处理所研究的放射性材料。因此科学家发明了一种遥控机械手，操作员可在相对安全的环境下，远程完成基本操作。虽然该设备声称为第一台机器人，但由于它是首个原子弹开发高级机密项目的一部分，因此当时公众无人知晓。
目前，遥控机器人技术在棱工业中已日趋完善，燃料循环的各个阶段都由自动装置控制。这些阶段包括运输、存储、加燃料、控制棒收回和最终停止作业等。棱电站配置了第二道防线机器人，设计用于在一线机器人卡在反应装置中时，将其拆卸并移走。
普遍 公 认 的 第 一 台 商 用 机 器 人 装 置 是 由Ｇｅｏｒｇｅ Ｄｅｖｏｌ和Ｊｏｓｅｐｈ Ｅｎｇｅｌｂｅｒｇｅｒ发明创造的。１９５６年，他们将Ｕｎｉｍａｔｅ推向市场，Ｕｎｉｍａｔｅ被美国机器人协会定义为工业机械手。
Ｕｎｉｍａｔｅ是一种电子控制液压臂，可执行预编程的任务，它还是第一款被通用汽车公司和通用电气公司购买的机器人装置（图１）。工业机械手和自动搬运车是两种最常用于工业生产的机器人技术。２０００年，用于焊接的材料搬运与操作装置占美国工业机器人应用的四分之三。
在早期，批量生产是机器人技术在工业应用中的趋势，这一理念让亨利福特感到高兴，他为汽车生产引进了装配流水线方法。他的批量生产四准则包括可互换配件、连续流、减少浪费和劳动分工，该准则十分适用于机器人技术。通过劳动分工，装配线工人可集中精力从事一项工作，而不是负责多项工作（可能导致效率低下）。基于福特的贡献，全球汽车行业使用的机器人技术要比其他所有行业的总和还要多，这一点也就不足为奇了。
工业机器人在汽车制造业中的成功引入很快就被其他行业所效仿。当机器人技术广泛引入车间时，制造商开始要求产品的大规模客制化。相对于装配流水线的均一性，机器人行业的专家认为这种客制化需求阻碍了机器人技术在某些行业中的应用。重组与再编程的难度造成了不必要的效率低下。然而在过去的十年间，出现了机器人技术在制造业中的复苏，尤其是亚洲，开创了以日本为首的自动化浪潮。目前，全球有超过一百万台在用工业机器人（图２）。
jiqiren 然而，工厂并不是机器人能够大展身手的唯一领域。机器人技术可成功应用在无人操纵太空探测领域。在早期的太空探测中，认为应由人工操纵太空飞行，来完成各种任务。而事实并非如此。仅有的几次成功火星表面探测是由机器人探测车完成的，包括１９９７年的“索杰纳”（Ｓｏｊｏｕｒｎｅｒ）火星车以及２００４年的“勇气号”（Ｓｐｉｒｉｔ）和“机遇号”（Ｏｐｐｏｒ－ｔｕｎｉｔｙ）火星车（图３）。“旅行者１号”（Ｖｏｙａｇｅｒ １）和“旅行者２号”（Ｖｏｙａｇｅｒ ２）无人驶航天器是仅有的两架驶离太阳系的人造装置
这些太空航行器虽然不能自主控制，但却能够根据探测结果了解周围环境并执行任务。由于发射与接收命令间的距离和时间差，不可能实现完全远程控制。因此，航天学家在人工智能（Ａｌ）领域的许多开发中，都发挥了重要的作用。之后的航天任务吸取了“索杰纳”火星车的经验教训，同时基本的人工智能设计改善了机器人探测车在火星环境中的响应时间与反应能力。
然而对于大多数人来说，关于机器人技术最常见的经验是来自于服务机器人，而非太空探测机器人。该技术分支应用广泛，包括家庭、医疗和军事等其他应用。为身体残疾人员提供帮助是该领域中的一个重要发展方向。与早期的直接对立相反，对于许多存在身体障碍的人来说，人类与机器间的相互依存关系正开启新的篇章。
现代技术水平虽然还没有普遍公认的机器人定义，但根据国际标准化组织（ＩＳＯ）８３７３的定义，机器人指在工业自动化作业中，位置可以固定或移动，能够实现自动控制、可重复编程、可在三轴或三轴以上情况下编程的多功能机械手。
以ＩＳＯ ８３７３定义为基础，可根据机器人的复杂程度将其分为多个类别。最基本的是遥控操作技术，即操作人员远程控制机器人。由于操作人员远程操作，因此需要某种形式的界面。ＲＯＶ和早期的遥控机械手属于这一范畴。
远程监控是一类更先进的设计，它类似于遥控操作，但却克服了遥控操作的部分缺陷。远程操作的主从关系通常会造成操作人员的认知疲劳。这主要是由于信息更新速度要远远低于人类大脑的预期或处理能力。远程监控通常结合虚拟现实技术，一种拟真方法，用于减轻认知疲劳。利用图像在计算机监视器上模拟机器人的行为是实现虚拟现实的备选方案。操作员控制机器人的可视图像，随后转化命令，并由实际机器人执行。
触觉学一词在希腊语中代表触觉之意，是研究感觉反馈的学科，该学科在开发远程监控遥控机械手（尤其是外科机器人）的过程中经历了复兴。三维立体成像也为改进人机界面提供了一种方式。该技术被广泛应用于棱能行业，只有机器人才能在反应装置内部或附近工作。当这些装置最初开发出来时，很难利用来自传统电视机或计算机监视器的图像指导机器人，因为这些技术无法提供深度探测功能。单眼视觉人员更容易克服这一不足，因此雇佣单眼视觉人员来操作机器人在当时是司空见惯的事情。三维成像技术的使用，突破了这一局限性。
无论是采用三维可视化还是传感反馈技术，都有助于操作员实现实时或近实时设备控制。半自主控制，也被称为监视控制，是将人类与更复杂机器人装置联系起来的另一种方式。有两种基本类型：共享控制与控制交换。在共享控制类型中，远程操作员命令机器人执行某一任务，或通过直接控制执行任务。太空中机械手的使用就是半自主控制的一个实例。操作员命令机械手移动至特定位置，之后直接控制，以实现任务所需的手动灵敏度。
实现控制交换的前提是要假设机器设备能够完成启动之后无需操作员干预的任务。只要机器人不发生意外情况，一个操作员可控制多个机器人。不确定性和意外情况增加了我们对人工智能的需求，而人工智能技术为最先进的机器人技术。
有几种不同等级的机器人人工智能技术，最早的方法为起源于２０世纪６０年代的分级范式，以感知—计划—动作层序为基础（图４）。早期的人工智能机器人通常采用这一运作方法。机器人的传感器验证其所属的预定义领域，之后根据其对该领域的了解计划特定任务，最后机器人执行相应的行动。
该方法的主要劣势是计划阶段，在该阶段，当机器人确定其所属的领域后，任意一个意外事件都可造成较大破坏。该方法不能很好地应对不确定因素，且没有能够验证任务是否成功完成的反馈系统。
意识到该方法的缺陷后，机器人专家开始向生物科学领域寻求帮助。反应范式出现于２０世纪８０年代，最大限度地缩短了之前方法的计划阶段。该体系以一个全面的行为理念结合了感知与动作层序，程序员确定预期行为，并可根据机器人的感知将行为结合起来。这是一个更有代表性的生物学思维过程。例如，在一个战斗还是逃跑的局势下，低阶思维动物很少计划逃跑路线就做出反应。行动与反应要快于缜密的计划。然而，如果选择的逃跑路线通向陷阱，这一反应可能会产生不利的结果。
该反应方法的问题在于机器人共有了一个人类特性，按照Ｇｅｏｒｇｅｓａｎｔａｙａｎａ的话来说：如果不能从错误中吸取教训，就必定会重蹈覆辙。
２０世纪９０年代，机器人专家利用功能强大却日益便宜的处理器来打造机械设施。动力的增强促使规划论发生演变，并产生了慎思／反应混合范式。在该方法中，反应式机器人吸取过去的教训并选择一个能够成功完成任务的响应行为，希望从之前的尝试中获得经验。
利用该混合方法开发了许多体系结构，所有结构都为了创造具有自主性思维的机器。随着计算机处理能力和速度的不断提升以及软件的发展，科幻小说中对于人形机器人的幻想可能成为现实。但现在，机器人通常扮演一个完全不同的角色：机器人的三个“Ｄ”。除了个别例外，机器人从事的都是肮脏、枯燥或危险的工作。“困难”是机器人专家提出的第四个“Ｄ”。 |
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