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1、01 什么是機(jī)器人?02 Robot 與控制論03 Robot 與機(jī)器人學(xué)04 Robot 與人工智能05 Robot 的進(jìn)化史06 機(jī)器人名人堂07 機(jī)器人能做什么？第一章第一章 概述概述(Introduction)(Introduction)第1頁(yè)/共73頁(yè)01 什么是機(jī)器人?1.1 機(jī)器人與機(jī)器人與 Robot機(jī)器人是 Robot 的譯名。然而，大多數(shù) Robot 都不像人。Robot 不僅包括機(jī)器人，還包括：機(jī)器狗，機(jī)器貓，機(jī)器龜，機(jī)器蛇，機(jī)器昆蟲(chóng)，機(jī)器蜘蛛，以及一切具有生命特征的機(jī)電系統(tǒng)。在英文新造的詞匯中，有一個(gè)詞組：Artificial Life，一般譯作：人工生命，意即人造的生

2、命。Robot 就是一種人工生命，是物理的人工生命，我們不妨將其稱為機(jī)器生命（Mechanical Life）。第2頁(yè)/共73頁(yè)01 什么是機(jī)器人?1.2 Robot 一詞的由來(lái)一詞的由來(lái)1920 年，捷克作家 Capek 編寫了一部幻想劇，名叫Rossum 的 Robota 萬(wàn)能公司，劇中，Rossum 發(fā)明制造了一大批無(wú)思想，無(wú)情感，能勞動(dòng)的個(gè)體 Robota。一個(gè) Robota 能干三個(gè)人的活，Rossum的公司因此生意興隆。第3頁(yè)/共73頁(yè)01 什么是機(jī)器人?1.2 Robot 一詞的由來(lái)一詞的由來(lái)捷克語(yǔ)中，Robota 意即“奴隸”。劇中的 Robota 能存活 20 年，剛制造出來(lái)

3、時(shí)，由人教給它們知識(shí)，之后，受人驅(qū)使，埋頭干活，其存在的價(jià)值僅在于為人類服務(wù)。第4頁(yè)/共73頁(yè)01 什么是機(jī)器人?1.2 Robot 一詞的由來(lái)一詞的由來(lái)然而，有一天，一次偶發(fā)的事故使 Robota 開(kāi)始有了知覺(jué)。Robota 們不堪忍受人類的奴役，發(fā)起了對(duì)人類的攻擊，最終消滅了人類。第5頁(yè)/共73頁(yè)01 什么是機(jī)器人?1.2 Robot 一詞的由來(lái)一詞的由來(lái)Capek 的幻想劇Rossum 的 Robota 萬(wàn)能公司十分成功，在歐美廣為流傳，英文中的 Robot 一詞由此而來(lái)，意即仿人的機(jī)器。漸漸地，仿人機(jī)器和仿生機(jī)器的研究形成了一門學(xué)科， Robot 衍生出 Robotics，意即“機(jī)器人

4、學(xué)”。機(jī)器人學(xué)是仿生機(jī)器或機(jī)器生命的機(jī)體和行為設(shè)計(jì)學(xué)。Capek 的幻想代表了人類對(duì)先進(jìn)生產(chǎn)工具的渴望，這種渴望激發(fā)了人類豐富的想象力，促動(dòng)人類研究仿人機(jī)器，這種機(jī)器有胳膊有腿，甚至能感知，有智能。第6頁(yè)/共73頁(yè)01 什么是機(jī)器人?1.3 Webster 定義的定義的 RobotAn automatic apparatus or device that performs functions ordinarily ascribed to humans or operates with what appears to be almost human intelligence.機(jī)器人是一種自動(dòng)的儀

5、器或設(shè)備，它履行通常歸屬人類的職責(zé)，運(yùn)行起來(lái)像是具有人類的智能。1.4 Wikipedia 定義的定義的 RobotA robot is a mechanical intelligent agent which can perform tasks on its own, or with guidance. In practice a robot is usually an electro-mechanical machine which is guided by computer and electronic programming。機(jī)器人是一種機(jī)械的智能體，能自行執(zhí)行任務(wù)，自主導(dǎo)航。通常，它

6、是一種機(jī)電系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)和電子程序操縱。第7頁(yè)/共73頁(yè)01 什么是機(jī)器人?1.5 Robot 作為機(jī)器生命的特征作為機(jī)器生命的特征本課程所講述的機(jī)器人（Robot），主要指自治移動(dòng)式機(jī)器人（Autonomous Mobile Robot），或稱機(jī)器生命。Robot，作為仿生機(jī)器或機(jī)器生命，應(yīng)該具備三個(gè)特征：特征一：Robot 是一種機(jī)器，是由機(jī)電元件構(gòu)成的機(jī)器。與自然生命不同，機(jī)器生命不是有機(jī)物構(gòu)成的，而是機(jī)電元件構(gòu)成的。因此，Robot 首先應(yīng)該是機(jī)器。第8頁(yè)/共73頁(yè)01 什么是機(jī)器人?1.5 Robot 作為機(jī)器生命的特征作為機(jī)器生命的特征Robot，作為機(jī)器生命，應(yīng)該具備三個(gè)特征：特

7、征二：Robot 能自主地遷移，或于陸地上行走或爬行，或于大海里遨游，或于天空中飛翔。Robot 是可遷移或可移動(dòng)的機(jī)器（Mobile Machine），或會(huì)爬行，或會(huì)行走，或會(huì)游泳和潛水，或會(huì)飛行。并且，Robot 的遷移是自主的或自治的（Autonomous）。第9頁(yè)/共73頁(yè)01 什么是機(jī)器人?1.5 Robot 作為機(jī)器生命的特征作為機(jī)器生命的特征Robot，作為機(jī)器生命，應(yīng)該具備三個(gè)特征：特征三：Robot 具有感知能力和認(rèn)知能力。Robot 像自然生命一樣，或聽(tīng)，或看，或嗅，或嘗，或觸摸，其最高形式是：象自然生命一樣，是智能的，有腦，會(huì)思考，會(huì)判斷，會(huì)決策，并且，能認(rèn)知，會(huì)學(xué)習(xí)。類

8、比一般自動(dòng)控制系統(tǒng)。 第10頁(yè)/共73頁(yè)01 什么是機(jī)器人?1.6 Robot 的亞當(dāng)和夏娃的亞當(dāng)和夏娃如果說(shuō)人類的創(chuàng)造者是上帝，那么，自治移動(dòng)式 Robot（仿生機(jī)器或機(jī)器生命）的上帝就是人類 。如果說(shuō)亞當(dāng)和夏娃是人類的祖先，那么，自治移動(dòng)式 Robot（仿生機(jī)器或機(jī)器生命）的祖先又是誰(shuí)呢？這將會(huì)是一個(gè)爭(zhēng)論不休的問(wèn)題。公元 126 年，中國(guó)東漢時(shí)期的大科學(xué)家張衡設(shè)計(jì)了一種機(jī)器鳥(niǎo)，稱為“獨(dú)飛木雕”?！蔼?dú)飛木雕”是一種木制的飛行裝置，有類似鳥(niǎo)翅膀的撲翼，利用彈性物體積蓄的能量飛行，能量耗盡后，憑借上升氣流的作用滑翔。第11頁(yè)/共73頁(yè)01 什么是機(jī)器人?1.6 Robot 的亞當(dāng)和夏娃的亞當(dāng)和夏

9、娃張衡的“獨(dú)飛木雕”具備自治移動(dòng)式 Robot（仿生機(jī)器或機(jī)器生命）的特征一和特征二，卻不具備特征三。“獨(dú)飛木雕”沒(méi)有感覺(jué)器官，無(wú)感知能力，因而，還不能算作真正意義上的 Robot，或者說(shuō)，還不能算作真正意義上的仿生機(jī)器或機(jī)器生命。二十世紀(jì) 40 年代，為了模擬自然生命，英國(guó)科學(xué)家 Walter 設(shè)計(jì)制作了一只機(jī)器龜，名叫 Elmer，這便是最早的具有生命特征的機(jī)器，一個(gè)真正意義上的自治移動(dòng)式 Robot（仿生機(jī)器或機(jī)器生命）。Walter 對(duì) Elmer 和 Timothy 的行為進(jìn)行了有趣的類比。第12頁(yè)/共73頁(yè)01 什么是機(jī)器人?1.6 Robot 的亞當(dāng)和夏娃的亞當(dāng)和夏娃Timoth

10、y 是 Walter 的兒子。Walter及其家人與ElmerElmer 及其復(fù)制品第13頁(yè)/共73頁(yè)01 什么是機(jī)器人?1.6 Robot 的亞當(dāng)和夏娃的亞當(dāng)和夏娃Timothy 饑餓的時(shí)候會(huì)搜尋食物，食物進(jìn)入體內(nèi)后，能量以脂肪的形式存儲(chǔ)，而 Elmer 能量不足的時(shí)候會(huì)尋求光照，并將光轉(zhuǎn)變?yōu)樾铍姵刂械幕瘜W(xué)能；Timothy 吃飽后會(huì)小睡一會(huì)兒，而 Elmer 充足電之后會(huì)找一個(gè)光線柔和的地方休息休息。與張衡的“獨(dú)飛木雕”不同，Walter 的機(jī)器龜不僅具有生命的第一和第二特征，還具有生命的第三特征。Walter 的機(jī)器龜有感覺(jué)器官，因而，具備了感知能力。Elmer 有類似動(dòng)物的饑餓感，有初

11、級(jí)的視覺(jué)。同時(shí)，Elmer具有依據(jù)感知信息自主地或自治地制定行動(dòng)規(guī)劃的能力：饑餓時(shí)尋求光，而溫飽時(shí)回避光。 第14頁(yè)/共73頁(yè)01 什么是機(jī)器人?1.6 Robot 的亞當(dāng)和夏娃的亞當(dāng)和夏娃Walter 的機(jī)器龜 Elmer 和 Walter 的另一只機(jī)器龜 Elsie 被視為自治移動(dòng)式 Robot（仿生機(jī)器或機(jī)器生命）的亞當(dāng)和夏娃，而 Walter 則被視為自治移動(dòng)式 Robot（仿生機(jī)器或機(jī)器生命）之父 。Elmer 和 Elsie 誕生后，自治移動(dòng)式 Robot （仿生機(jī)器或機(jī)器生命）逐漸成為科學(xué)技術(shù)的一個(gè)熱點(diǎn)，形形色色的機(jī)器生命相繼出現(xiàn)，如：足球機(jī)器人、機(jī)器牧羊犬、電子狗、機(jī)器貓、人工

12、魚(yú)、機(jī)器蜻蜓、機(jī)器水母、機(jī)器龜、機(jī)器昆蟲(chóng)、電子三葉蟲(chóng)、機(jī)器蛇、電子蝸牛、機(jī)器蜘蛛、機(jī)器工兵、機(jī)器戰(zhàn)士、外星爬行機(jī)械（月球車和火星車）、水下自治探測(cè)器等。第15頁(yè)/共73頁(yè)01 什么是機(jī)器人?1.6 Robot 的亞當(dāng)和夏娃的亞當(dāng)和夏娃如今，自治移動(dòng)式Robot（仿人機(jī)器或機(jī)器生命）已經(jīng)成為一個(gè)多學(xué)科融合的科學(xué)研究領(lǐng)域，其中：控制論（Cybernatics）機(jī)器人學(xué)（Robotics）人工智能（Artificial Intelligence）扮演著重要角色。第16頁(yè)/共73頁(yè)02 Robot 與控制論2.1 Wiener 與控制論與控制論1948 年，美國(guó)天才科學(xué)家 Wiener 將機(jī)器與生命類

13、比，將計(jì)算機(jī)與人腦類比，從而創(chuàng)立了控制論。Wiener 是一個(gè)天才，8 歲上中學(xué)，11 歲上大學(xué)，14 歲大學(xué)畢業(yè)，18 歲獲得博士學(xué)位，其后，師從英國(guó)數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家 Rosu。Wiener，雖然主修數(shù)學(xué)和哲學(xué)，卻始終思索著動(dòng)物和機(jī)器的辨證關(guān)系。Wiener 的控制論就是關(guān)于動(dòng)物和機(jī)器共性的科學(xué)，是關(guān)于動(dòng)物和機(jī)器統(tǒng)一性或同一性的科學(xué)。Wiener 興趣廣泛，在理論物理學(xué)、生物學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)和心理學(xué)、哲學(xué)、文學(xué)等領(lǐng)域都有建樹(shù)。正是 Wiener 廣博的知識(shí)，使控制論成為科學(xué)融合的藝術(shù)。 第17頁(yè)/共73頁(yè)02 Robot 與控制論Wiener 說(shuō)：“就其控制行為而言，所有的技術(shù)系統(tǒng)都是生物系統(tǒng)的

14、仿制品?！?W i e n e r 所 說(shuō) 的 “ 技 術(shù) 系 統(tǒng) ”（Technological System），就是人工系統(tǒng)（Artificial System）或人造系統(tǒng)（Man-Made System），就是機(jī)器。 自然地，Robot（仿人機(jī)器或機(jī)器生命）就是一種技術(shù)系統(tǒng)，是最典型的生物系統(tǒng)的仿制品。2.1 Wiener 與控制論與控制論第18頁(yè)/共73頁(yè)02 Robot 與控制論2.2 機(jī)器和生命系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)模式機(jī)器和生命系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)模式在控制論中，Wiener 指出：“我們正研究這樣一種自動(dòng)機(jī)器，它不僅通過(guò)能量流動(dòng)和新陳代謝，而且通過(guò)信息流動(dòng)和傳遞信號(hào)，引起動(dòng)作流動(dòng)，并和外界有效地

15、聯(lián)系起來(lái)。自動(dòng)機(jī)器接收信息的裝置相當(dāng)于人和動(dòng)物的感覺(jué)器官；相當(dāng)于動(dòng)作器官的可以是電動(dòng)機(jī)或其它不同性質(zhì)的工具。自動(dòng)機(jī)器接收到的信息不一定立即使用，可以儲(chǔ)存起來(lái)以備未來(lái)之需，這與記憶相似。自動(dòng)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其操作規(guī)則會(huì)依歷史數(shù)據(jù)產(chǎn)生變化，這就象是學(xué)習(xí)的過(guò)程?！?。 第19頁(yè)/共73頁(yè)02 Robot 與控制論依據(jù) Wiener 的控制論，機(jī)器和動(dòng)物具有兩種共同的基本的運(yùn)動(dòng)模式：模式一：能量流動(dòng)動(dòng)物的能量流動(dòng)過(guò)程是能量變換的過(guò)程，是能量由攝入器官到動(dòng)作器官的過(guò)程，是維持機(jī)體活性的過(guò)程。動(dòng)物的能量流動(dòng)依賴血液、肌肉和骨骼。機(jī)器具有與動(dòng)物類似的能量流動(dòng)。機(jī)器的能量流動(dòng)過(guò)程也是能量變換的過(guò)程，是能量由能量的

16、輸入和儲(chǔ)存裝置到運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的過(guò)程，是維持機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程。機(jī)器的能量流動(dòng)依賴電荷、馬達(dá)和齒輪。2.2 機(jī)器和生命系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)模式機(jī)器和生命系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)模式第20頁(yè)/共73頁(yè)02 Robot 與控制論依據(jù) Wiener 的控制論，機(jī)器和動(dòng)物具有兩種共同的基本的運(yùn)動(dòng)模式：模式一：能量流動(dòng)機(jī)器和動(dòng)物的能量流動(dòng)2.2 機(jī)器和生命系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)模式機(jī)器和生命系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)模式第21頁(yè)/共73頁(yè)02 Robot 與控制論依據(jù) Wiener 的控制論，機(jī)器和動(dòng)物具有兩種共同的基本的運(yùn)動(dòng)模式：模式二：信息流動(dòng)動(dòng)物的信息流動(dòng)過(guò)程是信息變換的過(guò)程，是由刺激到反應(yīng)的過(guò)程，是信息由感覺(jué)器官、傳入神經(jīng)，到神經(jīng)中樞，再由傳出神經(jīng)

17、至動(dòng)作器官的過(guò)程。動(dòng)物的信息流動(dòng)2.2 機(jī)器和生命系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)模式機(jī)器和生命系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)模式第22頁(yè)/共73頁(yè)02 Robot 與控制論依據(jù) Wiener 的控制論，機(jī)器和動(dòng)物具有兩種共同的基本的運(yùn)動(dòng)模式：模式二：信息流動(dòng)機(jī)器具有與動(dòng)物類似的信息流動(dòng)。機(jī)器的信息流動(dòng)過(guò)程也是信息變換的過(guò)程，是信息由傳感器、輸入線路，到計(jì)算機(jī)或電腦，再由輸出線路至電機(jī)的過(guò)程。機(jī)器的信息流動(dòng)2.2 機(jī)器和生命系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)模式機(jī)器和生命系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)模式第23頁(yè)/共73頁(yè)02 Robot 與控制論依據(jù) Wiener 的控制論，機(jī)器和動(dòng)物具有兩種共同的基本的運(yùn)動(dòng)模式：模式二：信息流動(dòng)機(jī)器中，相對(duì)于動(dòng)物感覺(jué)器官的是傳感器，

18、如紅外探測(cè)儀、攝像儀、聲納，以及各種觸覺(jué)、溫度、濕度、壓力、流量傳感器。機(jī)器中，相對(duì)于動(dòng)物神經(jīng)線路的是電子線路。機(jī)器中，相對(duì)于動(dòng)物神經(jīng)中樞或腦的是計(jì)算機(jī)。機(jī)器中，相對(duì)于動(dòng)物動(dòng)作器官的是齒輪和馬達(dá)。2.2 機(jī)器和生命系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)模式機(jī)器和生命系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)模式第24頁(yè)/共73頁(yè)02 Robot 與控制論2.3 Wiener 的機(jī)器蠕蟲(chóng)的機(jī)器蠕蟲(chóng)Wiener 在控制論中虛擬了一個(gè) Robot，一個(gè)機(jī)器蠕蟲(chóng)，模擬蠕蟲(chóng)的負(fù)趨光行為，以闡明動(dòng)物和機(jī)器的共性。Wiener 的機(jī)器蠕蟲(chóng)具有：感覺(jué)器官：一對(duì)帶放大器的光電管神經(jīng)中樞：一個(gè)用于平衡兩個(gè)光電管輸出的電橋動(dòng)作器官：兩個(gè)推動(dòng)雙螺旋機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)第25頁(yè)/共

19、73頁(yè)02 Robot 與控制論Wiener 的機(jī)器蠕蟲(chóng)能象自然界中的蠕蟲(chóng)一樣回避光：光電管受光的刺激，并通過(guò)電子線路將感受的光信號(hào)送達(dá)電橋；電橋?qū)?lái)自不同光電管的信號(hào)進(jìn)行鑒別和比較，給出關(guān)于運(yùn)動(dòng)方向的指令信號(hào)；指令信號(hào)送達(dá)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，機(jī)器蠕蟲(chóng)就避開(kāi)光，向光線較弱的方向運(yùn)動(dòng)。Wiener蟲(chóng)的機(jī)電式反射弧2.3 Wiener 的機(jī)器蠕蟲(chóng)的機(jī)器蠕蟲(chóng)第26頁(yè)/共73頁(yè)02 Robot 與控制論2.4 控制論對(duì)于機(jī)器人學(xué)的意義控制論對(duì)于機(jī)器人學(xué)的意義Wiener 的機(jī)器蠕蟲(chóng)是一個(gè)典型的機(jī)器生命體，它甚至早于 Walter 的 Elmer 和 Elsie。然而，Wiener 的機(jī)器蠕蟲(chóng)只是控制論

20、中的一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，是虛擬的，而 Walter 的 Elmer 和 Elsie 是物理的，是現(xiàn)實(shí)的。Wiener 的控制論對(duì)于機(jī)器人學(xué)有兩個(gè)重要的涵義：涵義一：機(jī)器具有生命的特性涵義二：生命的特型（包括學(xué)習(xí)和記憶）是可以移植給機(jī)器的Wiener 的控制論是理念，是哲學(xué)，是世界觀，是方法論。Wiener 的控制論是機(jī)器人學(xué)（Robotics）的思想基礎(chǔ)。第27頁(yè)/共73頁(yè)03 Robot 與機(jī)器人學(xué)3.1 Robotics 是關(guān)于是關(guān)于 Robot 的科學(xué)的科學(xué) Robotics，意即“機(jī)器人學(xué)”，是關(guān)于機(jī)器人的科學(xué)，設(shè)計(jì)機(jī)器人，分析機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性，規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，研究機(jī)器人的行為及其控

21、制問(wèn)題。機(jī)器人學(xué)是技術(shù)規(guī)范和技術(shù)準(zhǔn)則，是設(shè)計(jì)仿生機(jī)器或機(jī)器生命的機(jī)體和行為的技術(shù)規(guī)范和技術(shù)準(zhǔn)則。 第28頁(yè)/共73頁(yè)03 Robot 與機(jī)器人學(xué)3.2 Asimov 關(guān)于關(guān)于 Robot 的三定律的三定律1942年，著名科幻作家Asimov出版了一部關(guān)于機(jī)器人的書(shū)，名為Runaround，提出了如今已成為共識(shí)的機(jī)器人學(xué)三定律：定律一：機(jī)器人不能傷害人類；定律二：機(jī)器人必須服從人的命令，除非這些命令與定律一相違背；定律三：機(jī)器人必須維護(hù)自身的存在，除非這與定律一和定律二相違背。機(jī)器人學(xué)（Robotics）是技術(shù)規(guī)范和技術(shù)準(zhǔn)則，是設(shè)計(jì)機(jī)器生命的機(jī)體和行為的技術(shù)規(guī)范和技術(shù)準(zhǔn)則。在機(jī)器人學(xué)（Robot

22、ics）中，機(jī)器生命屬于自治移動(dòng)式機(jī)器人（Autonomous Mobile Robot）一類。第29頁(yè)/共73頁(yè)04 Robot 與人工智能4.1 人工智能的誕生人工智能的誕生關(guān)于 Dartmouth 夏季會(huì)議：發(fā)起人：MeCarthy, Minsky, Lochester 和Shannon參加人：More, Samuel, Newell, Simon等地點(diǎn)：美國(guó)Dartmouth大學(xué)性質(zhì)：科學(xué)討論會(huì)內(nèi)容：關(guān)于機(jī)器模擬智能的問(wèn)題會(huì)期：兩個(gè)月Dartmouth 夏季會(huì)議是一次不尋常的科學(xué)討論會(huì)，世界上許多著名的科學(xué)家為參加這次會(huì)議而聚集到美國(guó)的Dartmouth，研討機(jī)器智能的問(wèn)題。1956

23、年的美國(guó) Dartmouth 夏季會(huì)議宣告了人工智能（Artificial Intelligence）科學(xué)的誕生。第30頁(yè)/共73頁(yè)04 Robot 與人工智能4.2 人工智能的目標(biāo)人工智能的目標(biāo)美國(guó)科學(xué)家Nilsson認(rèn)為，人工智能包含兩類目標(biāo)：科學(xué)的目標(biāo)：理解智能（Why？）工程的目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)智能（How？）生命的最高形式是智慧生命，或者說(shuō)，智能的生命。同樣地，機(jī)器的最高形式，是具有智慧或智能的機(jī)器人，即智能型的 Autonomous Mobile Robot（AMR）。從某種意義上說(shuō)，人工智能的最高目標(biāo)就是使機(jī)器或人工系統(tǒng)具有智能，包括記憶、判斷、推理、思維、認(rèn)知或?qū)W習(xí)，其中，最典型的人工

24、系統(tǒng)是 AMR。所謂的實(shí)現(xiàn)智能，就是使機(jī)器或人工系統(tǒng)具有智能。第31頁(yè)/共73頁(yè)04 Robot 與人工智能4.3 人工智能與智能機(jī)器人學(xué)人工智能與智能機(jī)器人學(xué)人工智能與機(jī)器人學(xué)交叉，形成了智能機(jī)器人學(xué)（Intelligent Robotics）。上世紀(jì) 60 年代末 70 年代初，美國(guó) Stanford 研究所 研制出具有邏輯推理能力和行為規(guī)劃能力的移動(dòng)式機(jī)器人 Shakey，被認(rèn)為是第一個(gè)具有智能的機(jī)器人，同時(shí)，也被視為是智能機(jī)器人學(xué)誕生的標(biāo)志。從某鐘意義上說(shuō)，缺乏認(rèn)知和學(xué)習(xí)能力的機(jī)器人不是真正意義上的智能機(jī)器人。1997年，美國(guó) MIT 人工智能實(shí)驗(yàn)室的 Brooks 教授提出了認(rèn)知機(jī)器

25、人學(xué)（Cognitive Robotics）的概念，旨在賦予機(jī)器人認(rèn)知和學(xué)習(xí)的能力。第32頁(yè)/共73頁(yè)04 Robot 與人工智能4.4 Darwin 機(jī)的認(rèn)知和學(xué)習(xí)機(jī)的認(rèn)知和學(xué)習(xí)美國(guó)科學(xué)家 Edelman 將 Darwin 的生物進(jìn)化論和自然選擇理論引入神經(jīng)生理學(xué)，提出了神經(jīng)元選擇理論，以刻劃智能的發(fā)育和進(jìn)化特征。神經(jīng)元選擇理論是一種神經(jīng)計(jì)算理論，基于這一理論的神經(jīng)計(jì)算模型類似動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)，其基本元素是人工神經(jīng)元，即神經(jīng)細(xì)胞的模型，是人工神經(jīng)元相互聯(lián)接便形成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。Edelmand的工作既是人工智能科學(xué)的一部分，又是智能機(jī)器人學(xué)的一部份?；谏窠?jīng)元選擇理論，Edelman等人設(shè)計(jì)出所

26、謂的Darwin機(jī)(Darwin Machine)。第33頁(yè)/共73頁(yè)04 Robot 與人工智能4.4 Darwin 機(jī)的認(rèn)知和學(xué)習(xí)機(jī)的認(rèn)知和學(xué)習(xí)Darwin 機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)就是一種自治的移動(dòng)式機(jī)器人（Autonomous Mobile Robot，AMR）。Darwin 機(jī)學(xué)習(xí)識(shí)別道路交叉口及其相互關(guān)系。Darwin 機(jī)是智能的 Robot，具有認(rèn)知和學(xué)習(xí)的能力， 能自主地學(xué)習(xí)識(shí)別道路交叉口及其相互關(guān)系。第34頁(yè)/共73頁(yè)04 Robot 與人工智能4.4 Darwin 機(jī)的認(rèn)知和學(xué)習(xí)機(jī)的認(rèn)知和學(xué)習(xí)Darwin 機(jī)具有類似動(dòng)物的腦或神經(jīng)系統(tǒng)，是智能型的機(jī)器人（Robot 或 AMR），有感知

27、和認(rèn)知能力：通過(guò)視覺(jué)和觸覺(jué)傳感器感知客觀世界；在與環(huán)境的交互過(guò)程中，其神經(jīng)機(jī)能得以不斷地發(fā)展；最終，學(xué)會(huì)識(shí)別環(huán)境中不同的物體，懂得接近目標(biāo)，或規(guī)避障礙。正如美國(guó)科學(xué)家Winston所說(shuō)的：“人工智能的中心目標(biāo)是建立那些使智能的實(shí)現(xiàn)成為可能的原理?！边@些原理就是智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)智能的基礎(chǔ)。第35頁(yè)/共73頁(yè)05 Robot 的進(jìn)化史5.1 通向智能機(jī)器人之路通向智能機(jī)器人之路如果把機(jī)器人的研究和發(fā)展進(jìn)程與人類的進(jìn)化類比，可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人的進(jìn)化與人類的進(jìn)化一樣，涉及兩個(gè)方面：肌體的進(jìn)化：機(jī)電系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的增長(zhǎng)智力的進(jìn)化：機(jī)器智能行為復(fù)雜性的增長(zhǎng)與 人 類 的 進(jìn) 化 一 樣 ， 機(jī) 器 人（R

28、obot）進(jìn)化過(guò)程中具有典型意義的是機(jī)器人（Robot）腦系統(tǒng)的發(fā)展。機(jī)器人（Robot）的腦系統(tǒng)是電腦。電腦是機(jī)器人（Robot）表現(xiàn)人工智能或機(jī)器智能的物質(zhì)條件。第36頁(yè)/共73頁(yè)人類制造機(jī)器人或自動(dòng)機(jī)器的思想由來(lái)已久，甚至可以追溯到公元前 1400 年，那時(shí)，巴比倫人設(shè)計(jì)制做了能自動(dòng)運(yùn)行的水鐘（Water Clock） 。05 Robot 的進(jìn)化史5.1 通向智能機(jī)器人之路通向智能機(jī)器人之路就自治移動(dòng)式機(jī)器人（AMR）而言，人類有關(guān)機(jī)器人（Robot）的研究可以追溯到十九世紀(jì) 40 年代末 50 年代初，那時(shí)，英國(guó)伯頓神經(jīng)科學(xué)研究所的 Walter 制做了名為埃爾墨（Elmer）和埃爾希

29、（Elsie）的兩只機(jī)器龜，他們是自治移動(dòng)式機(jī)器人（AMR）的亞當(dāng)和夏娃 。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在 Walter 龜之后，機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人技術(shù)得到了越來(lái)越迅速的發(fā)展，特別是近十年，各種自治移動(dòng)式機(jī)器人層出不窮。第37頁(yè)/共73頁(yè)05 Robot 的進(jìn)化史5.2 1950s：電子管一代電子管一代代表性機(jī)器人（Robot）：Elmer 和 Elsie大腦：真空電子管作為神經(jīng)元構(gòu)成簡(jiǎn)單的神經(jīng)系統(tǒng)。行為：玩：游蕩，照鏡子；吃：電量不足時(shí)尋求光照為電池充電；睡：充電后找個(gè)光線柔和的地方休息。感官：2 只光電二極管產(chǎn)生視覺(jué)1 個(gè)靈敏開(kāi)關(guān)產(chǎn)生觸覺(jué)光蓄電池高阻抗旁路產(chǎn)生饑餓感第38頁(yè)/共73頁(yè)05 Robot

30、 的進(jìn)化史5.3 1960s：晶體管一代晶體管一代代表性機(jī)器人（Robot）：Hopkins 野獸 大腦：晶體管作為神經(jīng)元構(gòu)成的簡(jiǎn)單的人工神經(jīng)線路行為：在走廊上巡游，依靠聲納避障，電量不足時(shí)依靠紅外傳感器尋找墻上黑色的電源插座自行充電。感官：紅外傳感器和聲納Moravec 認(rèn)為，Hopkins 野獸的行為復(fù)雜性趕得上草履蟲(chóng)一類單核細(xì)胞生物。第39頁(yè)/共73頁(yè)05 Robot 的進(jìn)化史5.4 1970s：數(shù)字計(jì)算機(jī)一代數(shù)字計(jì)算機(jī)一代代表性機(jī)器人（Robot）：Standford Cart大腦：一臺(tái)（與肌體分離的）電子數(shù)字計(jì)算機(jī)行為：電子數(shù)字計(jì)算機(jī)處理視覺(jué)圖像，辨別 2 維環(huán)境，搜索地表上預(yù)先繪制

31、的白色線條，并沿著白色線條巡游。感官：電視攝像機(jī)（TV Camera）作為電子眼第40頁(yè)/共73頁(yè)05 Robot 的進(jìn)化史5.4 1970s：數(shù)字計(jì)算機(jī)一代數(shù)字計(jì)算機(jī)一代代表性機(jī)器人（Robot）：Standford Cart行為：到 70 年代末期，其感知認(rèn)知能力提高，能學(xué)習(xí)，有了預(yù)測(cè)和適應(yīng)能力，能辨別 3 維環(huán)境，能在復(fù)雜環(huán)境中自由地游蕩。大腦：一臺(tái)（與肌體分離的）電子數(shù)字計(jì)算機(jī)感官：電視攝像機(jī)（TV Camera）作為電子眼第41頁(yè)/共73頁(yè)05 Robot 的進(jìn)化史5.5 1980s：微型計(jì)算機(jī)一代微型計(jì)算機(jī)一代代表性機(jī)器人（Robot）：CoreSampler大腦：一臺(tái)（機(jī)載的）單

32、板機(jī)行為：追蹤放射線，采集核反應(yīng)堆芯體樣本，1983 年進(jìn)入三里島核電站安放核反應(yīng)堆的地下室勘測(cè)核泄漏狀況，1984 年再次進(jìn)入并成功地取回核反應(yīng)堆芯體樣本。感官：數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和放射線探測(cè)器第42頁(yè)/共73頁(yè)05 Robot 的進(jìn)化史5.6 1990s：多多 CPU 一代一代代表性機(jī)器人（Robot）：機(jī)器蜘蛛 Dantin感官：7 個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)組成電子復(fù)眼；每一條腿各安裝有 1 個(gè)力傳感器和 1 個(gè)位置傳感器，足底有 1 個(gè)探測(cè)溫度的熱電偶；1 個(gè)探測(cè)地形的球形激光掃描儀；1 個(gè)檢測(cè)二氧化硫含量的傳感器和 1 個(gè)檢測(cè)硫化氫含量的傳感器。大腦：8 個(gè)單片微型數(shù)字計(jì)算機(jī)形成的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。第43頁(yè)/共

33、73頁(yè)05 Robot 的進(jìn)化史5.6 1990s：多多 CPU 一代一代代表性機(jī)器人（Robot）：機(jī)器蜘蛛 Dantin行為：探測(cè)火山噴發(fā)氣體中的二氧化硫和硫化氫的含量。1994 年 Dante 成功地對(duì) Alaska 火山進(jìn)行了勘探，在連續(xù)五天的勘探中，Dante 獨(dú)自呆在火山坑，自治與遙控相結(jié)合，開(kāi)展火山勘探活動(dòng) 。第44頁(yè)/共73頁(yè)05 Robot 的進(jìn)化史5.7 2000s：人形化一代人形化一代代表性機(jī)器人（Robot）：ASIMO大腦：復(fù)雜的多 CPU 分布并行計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，各 CPU 并行地和協(xié)調(diào)地執(zhí)行各種任務(wù)機(jī)。感官：感知身體姿態(tài)的陀螺儀和傾角儀；感知足關(guān)節(jié)和腿關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的力傳感器

34、，感知臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的力傳感器；感知聲音的麥克；獲取視覺(jué)信號(hào)的數(shù)字?jǐn)z像儀探測(cè)器。第45頁(yè)/共73頁(yè)05 Robot 的進(jìn)化史行為：像人一樣，輕松優(yōu)雅地前進(jìn)，后退，拐彎，上下樓梯；擁有各種仿生技能，包括：人臉識(shí)別，自然語(yǔ)言理解，手勢(shì)和姿態(tài)識(shí)別，環(huán)境數(shù)字映射，以及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)操作。5.7 2000s：人形化一代人形化一代代表性機(jī)器人（Robot）：ASIMO第46頁(yè)/共73頁(yè)05 Robot 的進(jìn)化史5.8 Moravec 的預(yù)言的預(yù)言依據(jù) Moravec 的觀點(diǎn)，自治移動(dòng)式機(jī)器人（Robot 或 AMR）與生物一樣，正在經(jīng)歷一個(gè)進(jìn)化的過(guò)程：195060s 單細(xì)胞生物的水平1970s 多細(xì)胞生物的水平

35、1980s 低等魚(yú)類的水平1990s 一般昆蟲(chóng)的水平2000s 小型蜥蜴的水平第47頁(yè)/共73頁(yè)05 Robot 的進(jìn)化史5.8 Moravec 的預(yù)言的預(yù)言美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University）機(jī)器人技術(shù)學(xué)院移動(dòng)式機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室主任 Hans Peter Moravec 博士被人為是當(dāng)今世界上處于領(lǐng)導(dǎo)地位的“硬”人工智能（Hard AI）專家，他在 2000 年世紀(jì)交替之時(shí)對(duì)機(jī)器人的未來(lái)做了極為樂(lè)觀的預(yù)測(cè)和展望：“它們現(xiàn)在才剛剛達(dá)到脊椎動(dòng)物復(fù)雜性它們現(xiàn)在才剛剛達(dá)到脊椎動(dòng)物復(fù)雜性的低級(jí)水平，然而，它們將在半個(gè)世紀(jì)內(nèi)的低級(jí)水平，然而，它們將在半個(gè)世紀(jì)內(nèi)趕上我們?nèi)?/p>

36、類。趕上我們?nèi)祟?。?Hans P. Moravec 第48頁(yè)/共73頁(yè)05 Robot 的進(jìn)化史5.8 Moravec 的預(yù)言的預(yù)言2010：非常自治的小型機(jī)器人出現(xiàn)，能執(zhí)行具體的任務(wù)，如：在家庭中承擔(dān)清潔任務(wù)，自行勘測(cè)房間并規(guī)劃行動(dòng)路線，自行制定工作時(shí)間表，自行檢測(cè)房間清潔程度并有針對(duì)性地進(jìn)行清潔工作，自行充電和自我管理，無(wú)需人的照料，具有低等哺乳動(dòng)物的智力水平。 2020：第一代萬(wàn)能機(jī)器人出現(xiàn)，其微電腦的運(yùn)算速度達(dá)到每秒百億次，具有較為復(fù)雜的運(yùn)算和運(yùn)籌能力，智力達(dá)到中小型哺乳動(dòng)物的水平，能執(zhí)行若干不同的任務(wù)，如：在家庭中，處理各種家務(wù)雜事。 2030：第二代萬(wàn)能機(jī)器人出現(xiàn)，智力達(dá)到中等哺

37、乳動(dòng)物的水平，具有認(rèn)知能力和條件反射的學(xué)習(xí)機(jī)制，能依據(jù)過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)面對(duì)選擇，能逐漸地適應(yīng)其特殊的和變化的生存環(huán)境。2040：第三代萬(wàn)能機(jī)器人出現(xiàn)，智力達(dá)到靈長(zhǎng)類動(dòng)物的水平，具有生理的、心理的和文化的特征。 2050：第四代萬(wàn)能機(jī)器人出現(xiàn)，智力達(dá)到人類的水平。 第49頁(yè)/共73頁(yè)05 Robot 的進(jìn)化史5.8 Moravec 的預(yù)言的預(yù)言Moravec的預(yù)言太樂(lè)觀了。然而， Moravec 的預(yù)言代表了科學(xué)家甚至科學(xué)界的追求和愿望。更重要的是，Moravec 的預(yù)言為機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域描繪了機(jī)器人發(fā)展的方向和目標(biāo)：方向：朝向智能機(jī)器人的方向，朝向提高機(jī)器人智能的方向。目標(biāo)：趕上和超過(guò)人類。

38、第50頁(yè)/共73頁(yè)06 機(jī)器人名人堂6.1 關(guān)于機(jī)器人名人堂關(guān)于機(jī)器人名人堂2003 年 4 月 30 日，美國(guó) Carnegie Mellon 大學(xué)為機(jī)器人建立了一個(gè)名人堂，即“機(jī)器人名人堂”（The Robot Hall of Fame, RHF）。機(jī)器人名人堂祭典那些對(duì)于人類具有里程碑意義的機(jī)器人。這些機(jī)器人分為兩類：(1) 真實(shí)機(jī)器人(2) 虛幻機(jī)器人真實(shí)的機(jī)器人，如 Walter 龜，人形機(jī)器人 ASIMO，火星探測(cè)車 Sojourner，它們具有特定的功能或技能，能服務(wù)于人類。而虛幻機(jī)器人，如科學(xué)幻想小說(shuō)中的機(jī)器人，電影或電視劇中的機(jī)器人，它們能激發(fā)我們的想象力，使我們創(chuàng)造出更精巧

39、的真實(shí)機(jī)器人。第51頁(yè)/共73頁(yè)06 機(jī)器人名人堂6.2 首屆首屆 RHF 入住儀式入住儀式2003 年 11 月 10 日，首屆機(jī)器人名人堂入堂儀式在美國(guó) C a r n e g i e Mellon 大學(xué)所在地 Pittsburgh 的 Carnegie 科學(xué)中心舉行，4 種機(jī)器人首批入住機(jī)器人名人堂，其中，2 種是真實(shí)機(jī)器人，另 2 種是虛幻機(jī)器人：美國(guó) NASA 研制的 1997 年登陸火星的火星探測(cè)車“旅居者（Sojourner）”1961 年美國(guó) G. Devol 發(fā)明的用于 組 裝 汽 車 的 通 用 機(jī) 械 臂（Unimate Robotic Arm）美國(guó)科幻系列影片星球大戰(zhàn)（

40、Star Wars）中的機(jī)器人 R2-D2美國(guó)科幻影片宇宙奧德賽（2001: A Space Odyssey）中的機(jī)器人 HAL-9000第52頁(yè)/共73頁(yè)06 機(jī)器人名人堂6.3 第二屆第二屆 RHF 入住儀式入住儀式2004 年 10 月 11 日，第二屆機(jī)器人名人堂入堂儀式在 Carnegie 科學(xué)中心舉行，又有 5 種機(jī)器人入住機(jī)器人名人堂，其中，2 種是真實(shí)機(jī)器人，另 3 種是虛幻機(jī)器人：2000 年日本 Honda 制造的人性化機(jī)器人 ASIMO。1969 年美國(guó) Standford 研究所人工智能中心發(fā)明的 Shakey (最早的由計(jì)算機(jī)控制且有模式識(shí)別智能行為的移動(dòng)式機(jī)器人)日

41、本科幻動(dòng)畫(huà)片宇宙男孩(Astroboy)中的機(jī)器人“鐵臂阿童木(Atom Boy)”美國(guó)系列科幻影片星球大戰(zhàn)(Star Wars)中的機(jī)器人 C-3PO (R2-D2 的同僚)美國(guó)科幻影片禁錮的星球(Forbidden Planet)中的機(jī)器人 Robby (最早的機(jī)器人銀幕形象)第53頁(yè)/共73頁(yè)06 機(jī)器人名人堂隨“探路者（Pathfinder）”到達(dá)火星的“旅居者（Sojourner）”是第一個(gè)入住機(jī)器人名人堂的自治移動(dòng)移動(dòng)式機(jī)器人（Robot 或 AMR）。6.4 探索火星的探索火星的“旅居者旅居者”：Sojourner第54頁(yè)/共73頁(yè)6.4 探索火星的探索火星的“旅居者旅居者”：S

42、ojourner06 機(jī)器人名人堂Sojourner（旅居者）是 美 國(guó) 航 空 航 天 局NASA研制的用于探測(cè)火星的自治機(jī)器人，有較高的智能，安裝有精密的激光電子眼，面對(duì)預(yù)料之外的火星環(huán)境，能自治地規(guī)劃行動(dòng)方案?！奥镁诱摺保⊿ojourner） 于1996 年 12 月 4 日隨“探路者” （Pathfinder）起飛，1997 年 7 月 4 日抵達(dá)火星。科研人員在“旅居者”(Sojourner) 出發(fā)前對(duì)其進(jìn)行組裝和測(cè)試第55頁(yè)/共73頁(yè)06 機(jī)器人名人堂6.4 探索火星的探索火星的“旅居者旅居者”：Sojourner“旅居者”對(duì)火星表面大約 250 平方米的范圍進(jìn)行了勘探，進(jìn)行了 1

43、6 次巖石和土壤的化學(xué)分析和力學(xué)實(shí)驗(yàn)，向地球發(fā)回了 2.310+9 比特的數(shù)據(jù)，包括17,050 張照片、16 組巖石和土壤化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以及 8.510+6組有關(guān)火星大氣壓力、溫度和風(fēng)的測(cè)試數(shù)據(jù)。美國(guó)在“旅居者”即將登陸火星時(shí)發(fā)行的宣傳畫(huà)美國(guó)在“旅居者”(Sojourner) 出發(fā)前發(fā)行的紀(jì)念郵票第56頁(yè)/共73頁(yè)06 機(jī)器人名人堂6.5 第一個(gè)智能機(jī)器人：第一個(gè)智能機(jī)器人：ShakeyShakey 是世界上第一具有規(guī)劃其行動(dòng)的邏輯推理能力的移動(dòng)式機(jī)器人 (Mobile Robot)，因其行動(dòng)顛簸搖擺而得名。2004 年 10 月 11 日作為第二批成員進(jìn)駐機(jī)器人名人堂。第57頁(yè)/共73頁(yè)0

44、6 機(jī)器人名人堂6.5 第一個(gè)智能機(jī)器人：第一個(gè)智能機(jī)器人：ShakeyShakey 的研發(fā)始于 1966 年，由 Stanford Research Institute （現(xiàn)為 SRI International） 創(chuàng)作。經(jīng)過(guò)多年的研究，Shakey，移動(dòng)式機(jī)器人族中的丑小鴉 (Ungainly “bot”)，已經(jīng)成為機(jī)器人技術(shù)和人工智能技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)里程碑。Shakey 是一個(gè)智能機(jī)器人：裝備了 TV Camera，觸碰傳感器，并通過(guò)無(wú)線設(shè)備與 DEC PDP-10 和 PDP-15 計(jì)算機(jī)聯(lián)系在一起；能通過(guò)“看”和“推理”而“行動(dòng)”；甚至，具有簡(jiǎn)單的言語(yǔ)能力，能接收英語(yǔ)鍵入的命令，用英語(yǔ)

45、輸出響應(yīng)；其最大的成就在于，能理解一般的而非 “step-by-step”的指令，進(jìn)而自主地進(jìn)行行動(dòng)規(guī)劃以完成任務(wù)。第58頁(yè)/共73頁(yè)06 機(jī)器人名人堂6.6 人形機(jī)器人：人形機(jī)器人： ASIMOASIMO 誕生于 2000 年 10 月 31日，之前，它已經(jīng)在日本 Honda Motor Co. 腹中孕育了 15 年。ASIMO 是一個(gè)首字母組合詞，意即 Advanced Step in Innovative Mobility。2004 年 10 月 11 日作為第二批成員進(jìn)駐機(jī)器人名人堂，是美國(guó)之外的第一個(gè) Robot 名人。ASIMO 上臺(tái)接受名人堂證書(shū)第59頁(yè)/共73頁(yè)06 機(jī)器人名人

46、堂6.6 人形機(jī)器人：人形機(jī)器人： ASIMOHonda 的工程師們還在繼續(xù)地改進(jìn) ASIMO 以提高其智力水平和運(yùn)動(dòng)技能。目前，ASIMO 的仿生技能包括：語(yǔ)言和人臉識(shí)別，環(huán)境數(shù)字映射，手勢(shì)和姿態(tài)識(shí)別，以及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)操作。ASIMO 是世界上第一個(gè)能能像人一樣輕松優(yōu)雅地行走的機(jī)器人。第60頁(yè)/共73頁(yè)06 機(jī)器人名人堂6.7 科幻機(jī)器人：科幻機(jī)器人：ASTRO BOY機(jī) 器 人 名 人 堂 中 的 機(jī) 器 人 ， 不 僅 僅 來(lái) 自 于 科 學(xué)（Science），也來(lái)自于科學(xué)幻想（Science Fiction）。ASTRO BOY，又叫阿童木（Atom），是日本漫畫(huà)家手冢治蟲(chóng)（Osamu

47、 Tezuka）1951 年創(chuàng)作的卡通機(jī)器人，以其為主人翁的連環(huán)畫(huà)流行于全世界，共計(jì) 5000 頁(yè)之多。在手冢治蟲(chóng)的作品中，一個(gè)杰出的科學(xué)家心愛(ài)的兒子死于一場(chǎng)車禍，對(duì)愛(ài)子的懷念驅(qū)使他創(chuàng)作了少年機(jī)器人 (Child-Robot) Atom，并賦予它超人的力量：眼睛象探照燈，耳朵能聽(tīng)千里，手指能放射激光，腿是噴火的火箭，因而有飛行的本領(lǐng)。不僅如此，Atom 還有靈魂，有善心，有人類的情感。介乎人類和機(jī)器人之間，Atom 經(jīng)歷了各種艱難困苦，終究克服了自己面對(duì)的一切困難而成長(zhǎng)起來(lái)。第61頁(yè)/共73頁(yè)06 機(jī)器人名人堂6.7 科幻機(jī)器人：科幻機(jī)器人：ASTRO BOY1963 年，阿童木被搬上黑白電視

48、屏幕，并在 50 多個(gè)國(guó)家播放；1980 年，阿童木彩色版問(wèn)世；2003 年，阿童木動(dòng)漫問(wèn)世。Atom 激發(fā)了無(wú)數(shù)日本兒童的想象力，其中一些人后來(lái)成為了機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人技術(shù)以及政治經(jīng)濟(jì)文化科學(xué)等其他領(lǐng)域的領(lǐng)袖。這正是 Atom 被選入機(jī)器人名人堂的重要因素。第62頁(yè)/共73頁(yè)06 機(jī)器人名人堂6.7 科幻機(jī)器人：科幻機(jī)器人：ASTRO BOY科幻機(jī)器人的意義或許遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)我們所能想象的。2004 年 10 月 11 日作為第二批成員進(jìn)駐機(jī)器人名人堂，是美國(guó)之外的第一個(gè)科幻 Robot 名人。第63頁(yè)/共73頁(yè)07 機(jī)器人能做什么？7.1 Simon 1957 年的預(yù)言年的預(yù)言機(jī)器人（Robot

49、 或 AMR）是科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)物，是人類的杰作。那么，機(jī)器人能為人類做什么呢？人類對(duì)智能機(jī)器充滿期望。1957年，人工智能的先驅(qū) Simon 預(yù)測(cè)，10年之內(nèi)，計(jì)算機(jī)將能：譜寫具有美學(xué)價(jià)值的音樂(lè)用計(jì)算機(jī)程序表達(dá)大多數(shù)的心理學(xué)理論證明重大的數(shù)學(xué)猜想戰(zhàn)勝人類國(guó)際象棋冠軍第64頁(yè)/共73頁(yè)07 機(jī)器人能做什么？7.2 Winston 1957 年的預(yù)言年的預(yù)言1977年，Winston在其所著的人工智能一書(shū)中充滿幻想地寫到：不難想象計(jì)算機(jī)在未來(lái)世界中的應(yīng)用，以今天的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，很象科學(xué)幻想。這里給出一些例子：在農(nóng)業(yè)中，計(jì)算機(jī)將控制病蟲(chóng)害，進(jìn)行剪枝，并能有選擇地收割套種的莊稼。在采礦業(yè)中，計(jì)算機(jī)將在對(duì)人類

50、來(lái)說(shuō)過(guò)于危險(xiǎn)的條件下工作，它將在海底發(fā)掘錳。在制造業(yè)中，計(jì)算機(jī)將進(jìn)行裝配以及檢查各種工作。在辦公室中，計(jì)算機(jī)將編制有關(guān)人員和團(tuán)體的各種表格，把問(wèn)題提交給適當(dāng)?shù)娜耍鲂侣務(wù)?，推敲文件草案，改正拼寫和文法錯(cuò)誤。第65頁(yè)/共73頁(yè)07 機(jī)器人能做什么？7.2 Winston 1957 年的預(yù)言年的預(yù)言1977年，Winston在其所著的人工智能一書(shū)中充滿幻想地寫到：不難想象計(jì)算機(jī)在未來(lái)世界中的應(yīng)用，以今天的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，很象科學(xué)幻想。這里給出一些例子：在學(xué)校里，計(jì)算機(jī)把學(xué)生們的問(wèn)題視為要找的錯(cuò)誤，給學(xué)生提供計(jì)算機(jī)化的書(shū)籍，顯示行星運(yùn)行的軌跡，演奏樂(lè)章。在醫(yī)院里，計(jì)算機(jī)將幫助診斷、監(jiān)護(hù)病人，處理治療和管

51、理床位。在家庭里，計(jì)算機(jī)將考慮烹調(diào)和采購(gòu)，清理地板和草地，擔(dān)負(fù)洗衣和處理生活費(fèi)用等。Winston所說(shuō)的計(jì)算機(jī)大多應(yīng)該是裝備了電腦的 AMR。Winston 1977年描述的所謂幻想，今天大多已成為現(xiàn)實(shí)。第66頁(yè)/共73頁(yè)07 機(jī)器人能做什么？7.3 機(jī)器人能為人類做很多事情機(jī)器人能為人類做很多事情實(shí)際上，今天的機(jī)器生命甚至比Winston所想象的更能干，更聰明。機(jī)器人能為人類做許多的事情。電子千足蟲(chóng)能在火星上翻山越嶺，勘探火星的地質(zhì)構(gòu)造。機(jī)器蛇能深入南極上千米深的冰裂縫，研究冰裂縫的成因，報(bào)告冰裂縫的走向。機(jī)器鼴鼠能打地洞，深入地下尋找水源。機(jī)器海豚能幫助人類獲取大洋和海底信息，探測(cè)海情，預(yù)

52、警海底地震及海嘯。機(jī)器狗和機(jī)器貓能成為人類的另類寵物，看門，為盲人引路，照看嬰幼兒，以及病人和老人。機(jī)器保安員認(rèn)識(shí)大樓內(nèi)所有的人員，能對(duì)外來(lái)人員進(jìn)行甄別，能及時(shí)地將異常情況報(bào)告指揮中心。第67頁(yè)/共73頁(yè)07 機(jī)器人能做什么？7.3 機(jī)器人能為人類做很多事情機(jī)器人能為人類做很多事情機(jī)器牧羊犬能照看羊群。與真正的牧羊犬相比，機(jī)器牧羊犬能與羊群形成更為融洽的關(guān)系。農(nóng)業(yè)機(jī)器人能適時(shí)地和有針對(duì)性的為果樹(shù)噴灑農(nóng)藥，修剪果樹(shù)，識(shí)別并采摘成熟的水果。電子三葉蟲(chóng)能清潔地板，自由地在房間里爬行，能量不足時(shí)自行充電。機(jī)器鷹和機(jī)器昆蟲(chóng)能更加隱秘地偵察敵情。機(jī)器工兵能高效率地探測(cè)和排除地雷。機(jī)器戰(zhàn)士能代替人上戰(zhàn)場(chǎng)，消

53、滅敵人，摧毀敵方目標(biāo)。2005 年新年伊始，美國(guó)就向伊拉克派遣了一支由 8 名機(jī)器戰(zhàn)士組成的特種部隊(duì)，據(jù)說(shuō)，這些機(jī)器戰(zhàn)士個(gè)個(gè)都是神槍手，能負(fù)重行軍，穿越壕溝，并且刀槍不入。第68頁(yè)/共73頁(yè)07 機(jī)器人能做什么？7.3 機(jī)器人能為人類做很多事情機(jī)器人能為人類做很多事情機(jī)器蟑螂能模仿蟑螂的行為，散發(fā)蟑螂的氣味，影響和改變蟑螂的習(xí)性。微型機(jī)器人能進(jìn)入人體，幫助醫(yī)生為病人診斷或治療疾病，甚至給病人做手術(shù)。甚至，美國(guó)軍方還設(shè)計(jì)制造了一種機(jī)器狗，專為美軍搬運(yùn)彈藥。據(jù)說(shuō)，這種機(jī)器狗使用四條機(jī)械腿而不是輪子，擅長(zhǎng)在森林和山地間行走，還能爬樓梯，并且，這種機(jī)器狗有敏銳的視覺(jué)，能準(zhǔn)確地觀測(cè)地形，繞過(guò)障礙物。這種

54、機(jī)器狗將被用于叢林或城市的戰(zhàn)斗中。工業(yè)上，機(jī)器生命能做的事情就更是枚不勝舉。第69頁(yè)/共73頁(yè)思考與練習(xí)1 什么是 Robot？什么是 Robotics？2 自治移動(dòng)式機(jī)器人（Autonomous Mobile Robot），作為機(jī)器生命，具有什么樣的特征？3 什么是“能量流動(dòng)”？對(duì)比機(jī)器人系統(tǒng)與生物系統(tǒng)中能量流動(dòng)的相似性。4 什么是“信息流動(dòng)”？對(duì)比機(jī)器人系統(tǒng)與生物系統(tǒng)中信息流動(dòng)的相似性。5 復(fù)述 Asimov 關(guān)于 Robot 的三定律。6 機(jī)器人學(xué)（Robotics）和機(jī)器人技術(shù)（Robotic Technology）是一個(gè)多學(xué)科交叉融合的科學(xué)研究領(lǐng)域，其中，主要涉及了哪些學(xué)科領(lǐng)域？第70頁(yè)/共73頁(yè)思考與練習(xí)7 從機(jī)器人的智力水平（電腦的復(fù)雜性）看，機(jī)器人的發(fā)展史上一共出現(xiàn)了哪幾代機(jī)器人？8 阿童木是一個(gè)幻想的機(jī)器人，卻入了“機(jī)器人名人堂”。你認(rèn)為，幻想的機(jī)器人有什么價(jià)值或意義？9 機(jī)器人能做什么？第71頁(yè)/共73頁(yè)如果說(shuō)人類的創(chuàng)造者是上帝，那么，機(jī)器人的上帝就是人類。第72頁(yè)/共73頁(yè)感謝您的觀看。第73頁(yè)/共73頁(yè)