在人類的幻想和現(xiàn)實之間，有一個神秘的存在——人形機器人。它們不僅僅是科幻電影中的角色，更是現(xiàn)代科技與未來生活的交匯點。隨著科技的迅猛發(fā)展，人形機器人正從科幻小說中的想象逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實，逐步走進我們的日常生活。

在本周的“親子科學時光”中，中國科協(xié)創(chuàng)新戰(zhàn)略研究院博士后何衛(wèi)華、中國科協(xié)戰(zhàn)略發(fā)展部部長申金升、中國科協(xié)創(chuàng)新戰(zhàn)略研究院研究員王國強將帶領我們一起走過人形機器人的“進化”之路。

古人的奇思妙想

制造出像人一樣的機器，是人類對自身世界探索的一部分。從古代文明開始，人類就在不斷追逐這一夢想。據(jù)文獻記載，黃帝時期的“指南車”靠齒輪傳動指明方向，堪稱古代導航技術(shù)的神奇杰作（見上圖）。西周時期，能工巧匠偃師制作了“伶人”——一個能歌善舞的機械人偶，展現(xiàn)了古人對自動化娛樂的憧憬。東周時期魯班發(fā)明的“鵲鳥”，以及三國時期諸葛亮設計的“木牛流馬”，更是將機械應用于糧草運輸中，體現(xiàn)了智慧與技術(shù)的完美結(jié)合。

大約公元前1400年，古巴比倫的“漏壺”用水流計時，類似現(xiàn)代水鐘，彰顯了古人對時間管理的創(chuàng)新。在古希臘，發(fā)明家設計的“自動機”能借助水、空氣和蒸汽完成諸如開門、移動等動作，甚至能夠發(fā)出音樂聲。在中世紀的歐洲，偉大的藝術(shù)家和科學家達·芬奇設計了多個機械裝置，其中以齒輪驅(qū)動的“機器人”尤為著名，這個機器人不僅能坐、能站，還能移動頭部。這些設計不僅是技術(shù)的奇跡，更是達·芬奇對人類和機器關(guān)系的深刻思考。

這些古代機械不僅僅意味著單純的技術(shù)創(chuàng)新，更代表了跨越時空的智慧傳承。每一個裝置背后都體現(xiàn)了當時人類對自然規(guī)律的深刻理解和對未來生活的美好期許。這些發(fā)明不僅推動了技術(shù)的進步，也為現(xiàn)代機器人技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎。

現(xiàn)代機器人技術(shù)的崛起

機械鴨

18世紀，伴隨近代科學革命的浪潮，技術(shù)水平不斷提高，許多驚人的發(fā)明相繼問世。1738年，法國天才技師雅克·德·沃康松發(fā)明了令人嘆為觀止的“機械鴨”（見上圖）。這只鴨子不僅能栩栩如生地移動，還能模擬真實的進食和消化過程。1773年，瑞士鐘表匠皮埃爾·雅克德羅父子發(fā)明的“自動玩偶”能書寫、繪畫和演奏，機械設計精妙絕倫（見下圖）。

進入19世紀，蒸汽機的發(fā)明標志著第一次工業(yè)革命的到來，自動化技術(shù)得到了前所未有的快速發(fā)展。1801年，法國人約瑟夫·瑪麗·雅卡爾發(fā)明了穿孔卡片控制的“自動織機”（見下圖），這種技術(shù)極大地提高了紡織工業(yè)的效率，開啟了工業(yè)自動化的新時代。

20世紀中期，為了滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需求，自動化技術(shù)得到了進一步的發(fā)展。1954年，美國發(fā)明家喬治·德沃爾制造出了第一臺可編程機器人。1958年，被譽為“機器人之父”的美國人約瑟夫·恩格爾伯格創(chuàng)建了世界上第一家機器人公司尤尼梅申，并在1962年生產(chǎn)出第一臺工業(yè)機器人尤尼梅特（見下圖）。這款機器人能夠完成復雜的焊接和裝配任務，徹底改變了制造業(yè)的面貌。

隨著技術(shù)的不斷進步，研究人員開始嘗試制造模仿人類形態(tài)和行為的機器人。2000年，日本本田公司推出了阿西莫（見下圖），這是一款具有高度智能和運動能力的人形機器人。阿西莫不僅可以行走和跑步，還能進行復雜的互動，如與人類握手、搬運物品甚至是踢足球。它的誕生不僅代表了人形機器人技術(shù)的重大突破，也為未來機器人與人類的協(xié)作描繪了美好的前景。

從18世紀的“機械鴨”到21世紀的阿西莫，機器人技術(shù)經(jīng)歷了跨越式的發(fā)展。這些令人驚嘆的發(fā)明不僅展示了人類智慧和創(chuàng)造力的極限，更預示著一個充滿無限可能的未來。

機器人的智能進化

現(xiàn)代機器人的發(fā)展可謂是波瀾壯闊，經(jīng)歷了三大重要階段，每一階段都見證了技術(shù)的跨越式進步。第一代機器人也被稱為示教再現(xiàn)型機器人，主要依靠人類的直接控制完成任務。這類機器人最初應用于工業(yè)生產(chǎn)線上，它們通過編程來重復執(zhí)行特定的任務，如焊接、組裝和搬運。這一階段的機器人雖然操作簡單，但已經(jīng)初步展示了機械自動化的巨大潛力。

第二代機器人具備了感知能力。借助傳感器技術(shù)，這些機器人能夠獲取周圍環(huán)境的信息，并根據(jù)感知到的變化調(diào)整自身狀態(tài)，完成更復雜的操作。裝有力度傳感器的機器人可以控制握力，防止在搬運易碎物品時用力過猛。裝有視覺傳感器的機器人能夠識別并避開障礙物，實現(xiàn)更為自主的移動。這一代機器人的出現(xiàn)，大大提升了工業(yè)生產(chǎn)的自動化水平和靈活性。

進入第三代，智能機器人登上歷史舞臺。這些機器人不僅具備多種傳感器，可以感知復雜的環(huán)境信息，還配備了先進的人工智能（AI）系統(tǒng)，能夠自主決策并完成復雜任務。在人形機器人領域，AI堪稱它們的“大腦”。通過處理海量數(shù)據(jù)并進行深度學習，AI賦予了機器人理解和響應復雜環(huán)境的能力。自然語言處理技術(shù)使機器人能夠理解人類語言，甚至進行復雜的對話。AI技術(shù)的進步使機器人不僅能聽懂指令，還能根據(jù)對話的上下文合理地推斷和回應，極大地提升了人機互動的質(zhì)量和效率。傳感器是機器人的“眼睛”和“耳朵”，通過高分辨率攝像頭、激光雷達和觸覺傳感器，機器人能夠精確地感知環(huán)境，識別物體和人類動作。高分辨率攝像頭使機器人具備了強大的視覺能力，可以識別并分析圖像；激光雷達為機器人提供了精確的空間感知能力，幫助其導航和避障；觸覺傳感器則使機器人能夠感知物體的表面特征和力度，完成更加精細的操作。運動系統(tǒng)是人形機器人實現(xiàn)各種動作的關(guān)鍵，它們模仿人類的骨骼和肌肉結(jié)構(gòu)，配備了高性能電機和復雜的控制算法。這些電機和算法共同作用，使機器人能夠保持平衡并執(zhí)行精細的動作。例如，機器人在行走時需要實時調(diào)整重心，確保不會摔倒；在搬運物體時，需要精確控制手臂的力量和角度，防止損壞物品。復雜的運動規(guī)劃和控制技術(shù)使機器人能夠在不同地形和環(huán)境中靈活移動，執(zhí)行如行走、跑步、跳躍等復雜動作。

未來機器人新紀元

未來，隨著AI和傳感器技術(shù)的不斷進步，人形機器人將在更多領域展現(xiàn)出巨大的潛力。在人口老齡化的背景下，醫(yī)療護理需求不斷增加。未來的人形機器人不僅可以憑借穩(wěn)定和精準的操作，協(xié)助醫(yī)生進行精密手術(shù)，還能在醫(yī)院和護理機構(gòu)中充當耐心細致的護理助手，幫助患者進行康復訓練。這些機器人能夠24小時不間斷地監(jiān)測患者的健康狀況，及時提供必要的護理服務，從而大大減輕醫(yī)護人員的工作負擔，提升醫(yī)療服務的效率和質(zhì)量。

在工廠中，人形機器人將成為工業(yè)自動化的中堅力量。與傳統(tǒng)工業(yè)機器人不同，人形機器人具備高度的靈活性和適應性，可以在各種生產(chǎn)任務之間無縫切換，從高精度的裝配和檢測到重型物料的搬運，均能游刃有余地完成。通過實時數(shù)據(jù)分析和自我優(yōu)化，機器人能夠持續(xù)提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，為制造業(yè)帶來革命性的變革。

未來的人形機器人將成為家庭的智能助手，提升家庭生活的便利性和舒適度。這些機器人不僅能高效地完成打掃、烹飪、照顧寵物等家務，還能細心照顧老人和兒童，提供情感陪伴和安全保障。通過學習和適應家庭成員的生活習慣，機器人能夠提供個性化的服務，使家庭生活變得更加智能和有溫度。

機械覺醒與未來展望

機器人在社會中的廣泛應用也帶來了深刻的倫理和法律問題。設想一下，未來一個與人類高度相似的智能機器人在某個任務中失控，造成了嚴重后果，“人類與機器人的終極對決”這樣的科幻電影場景可能會變成現(xiàn)實，這引發(fā)了人類關(guān)于機器人權(quán)利和責任的激烈爭論。如何確保機器人在執(zhí)行任務時的安全性，以及如何規(guī)范人類與機器人的交互倫理，都是亟待解決的問題。特別是在及隱私保護和數(shù)據(jù)安全的領域，隨著機器人逐步融入人類生活，如何保障用戶的隱私和數(shù)據(jù)安全成為一個重要課題。

為此，人類需要制定一系列有效的法律法規(guī)，明確機器人的使用規(guī)范和人類的保護措施。此外，隨著機器人智能化水平的提高，它們在社會中的角色將變得更加復雜。例如，機器人是否應當擁有某些權(quán)利？如果機器人在執(zhí)行任務時做出了自主決策，誰應對其行為負責？這些問題不僅考驗著法律體系的完善，也挑戰(zhàn)著社會倫理的底線。如何在技術(shù)進步與社會倫理之間找到平衡，確保機器人技術(shù)為人類帶來福祉而非困擾，將是我們面臨的重大挑戰(zhàn)。

人形機器人不僅是科技進步的象征，更是人類對未來生活美好愿景的具體體現(xiàn)。隨著技術(shù)的不斷突破，從精密的動態(tài)平衡控制到智能化的自主決策能力，人形機器人正逐步走向現(xiàn)實。未來的機器人將不再只是冰冷的機械，而是與我們共存、協(xié)作的智能伙伴。我們不應懼怕機器人，而應擁抱這一技術(shù)進步帶來的機遇。使用機器人并不是為了取代人類，而是為了提升人類生活的質(zhì)量，解放我們的生產(chǎn)力，使我們能夠?qū)Ｗ⒂诟邉?chuàng)造性和價值的工作。通過與機器人共存，我們可以共同開創(chuàng)一個更加高效、便利和人性化的社會。讓我們懷著開放的心態(tài)迎接這個智能時代，利用科技的力量，創(chuàng)造一個更美好的未來。

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《科學畫報》2024年第9期