機器人系統設計與制作：Python語言實作1.2 機器人從哪兒來

<b>1.2　機器人從哪兒來</b>

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正如标題所示，本節要介紹的應該是機器人的曆史起源。我們已經知道了一些非常重要的事實，比如“機器人”一詞是由一位捷克作家karel apek在1920年提出的，而且通過事實考證，在那幾年裡，還發生了很多更有趣的事情。為了講述上更有序，讓我們從頭開始來看。

曆史上很難準确地找出一個具體日期，說它就是第一個機器人誕生的時間。在此之前，我們對機器人已經有了一個相對嚴格的定義，是以一直等到20世紀，一個真正的嚴格意義上的機器人才出現。在那之前，我們充其量隻是提到這個名詞而已。

第一個接近機器人的裝置，是一種被稱為“鴿子”的機械鳥。它是公元前4世紀，在意大利的塔倫特姆，由希臘數學家archytas發明的，由蒸汽推動前進。根據我們對機器人的定義可知，它還不能被認為是一個機器人（無法感覺周圍環境已失去資格），但在那個時代已經算是相當接近了。在接下來的幾個世紀，有許許多多的機器人被嘗試建立，如依靠水流來測量時間的鐘表，實物大小的機械圖案，乃至第一個可程式設計的人形機器人（實際上是一艘載有4個機械樂手的船）。所有這些機器存在的問題是它們幾乎都沒有獲得可靠的資訊來源，是以都存在很大争議。

這樣的狀态一直延續了相當長的一段時間，直到20世紀50年代leonardo da vinci的筆記被重新發現。它完整地記錄了1945年發明的一個類人機器（從外形上看起來與人相似的機械裝置），它看起來像一個裝甲騎士。從表面上看，它被設計成可以端坐、揮舞手臂、搖頭，最重要的功能是用來娛樂皇室成員。在18世紀的娛樂行業方面，jacques de vaucanson發明了3個自動玩偶：可以演奏12首歌的長笛樂手，手鼓演奏器，以及最著名的“消化鴨”。這隻鴨子能夠自己移動，發出嘎嘎聲，拍打翅膀，甚至有能力吃東西并将食物消化（不是真正将食物消化，而是把食物存儲收集在一個隐藏的容器内）。它是一個“運動解剖學”的例子，用機械裝置模組化人體或動物解剖學。

我們再來看看接下來的一個世紀裡那些非常類似于機器人的裝置，它們在機器人的曆史演變長河中是不可或缺的。它們中的大部分是由無線電控制的，如nikola tesla的小船，之前陳列在紐約麥迪遜廣場花園的玻璃櫃内。你可以控制它前進、停止、向左或向右轉，打開或關閉燈光，甚至讓它下沉。所有這些在當時似乎并不太令人印象深刻，因為當時的報刊新聞報道認為這是一種“精神控制”。

就是在這樣的社會認知下，我們再一次接觸到機器人這個術語，這也是它第一次被正式公開提到。正如我們之前說過很多次，在1920年karelapek在他的劇本《r.u.r》中正式用到了機器人這個術語。20年後，另一個非常重要的術語又被創造出來了。1942年，issac asimov在他的短篇小說《環舞》（runaround）中第一次提到了機器人學（robotics）這個術語。issac asimov還寫了很多其他關于機器人的故事，是一位當時非常著名的科幻小說家。

然而，在機器人學領域，他更為突出的貢獻是提出了機器人學三定律：

第一定律：機器人不得傷害人類，或坐視人類受到傷害。

第二定律：在不違背第一定律的前提下，機器人必須服從人類的指令。

第三定律：在不違背第一及第二定律的前提下，機器人必須保護自己。

後來，他又補充了機器人零定律：

零定律：機器人不得傷害人類的整體利益，或坐視人類的整體利益受到傷害。

這些定律一定程度上反映了當時人們對稱之為“機器人”的這種機器的态度。看到具有一定智能的機器人奴役真的成為可能，那麼我們在發明設計這種新的智能機器的時候，就算不能直接遵循這些定律，也應該将其作為指導原則牢記在心。同時，雖然很多人還是害怕機器人會帶給我們災難，但從時代發展上看，暫時還不會這樣。機器還将需要擁有一定程度的智能，一定的思考能力，能根據它們自己的想法去行動，這樣才能認為機器人真的來了。我們縱觀機器人的曆史發展過程，雖然在當時機械方面确實有了一定進步，但在智能方面基本還是停滞不前的。

正是在這樣的情況下，到1956年夏天，幾個非常聰明的年輕人（marvin minsky、john mccarthy、herbert simon和allan newell）聚集在一起，讨論要如何給機器創造智能（人工智能），他們被認為是人工智能這個新領域的創始者。

雖然這幾個年輕人當時野心勃勃（有些資料上甚至提到他們計劃在那個夏天就能發明創造出整機智能），但到一些有意思的結果出現之前，還是經過了一段時間。

一個有代表性的案例就是shakey，美國斯坦福國際研究所（sri）1966年發明的一個機器人。它是首台能夠自主進行推理行動的機器人（按照我們現在對機器人的了解）。在此之前的機器人，都是通過執行預編譯程式指令來完成動作的。換句話說，shakey能夠分析更複雜的程式指令，并能自行将複雜指令分解成一系列更簡單的問題。圖1-2所示的這張shakey的圖檔來自于https://en.wikipedia.org/wiki/file:shakeyliveshere.jpg。

它的硬體配置也是非常先進的，它裝有撞擊探測器、聲呐測距儀和電視相機。它可以在一個擺滿各種障礙物的小的封閉的環境裡運作。為了要在這些障礙物間行走，必須要找到一種能夠不碰到并且繞過它們的方法。shakey采用了一種非常簡單的方式。

開始，它先小心翼翼地給自己規劃了一條能繞過這些障礙物的行動路徑（那時候的路徑搜尋技術還不太先進），然後試着慢慢地移動并繞過障礙物。當然，從一個穩定位置開始移動不可避免地會出現一些偏移。shakey在移動過程中就出現了很多這樣的偏移，由此得名為shakey。

那些試圖想教會shakey怎樣去适應周圍環境的研究人員總結出了很多非常重要的經驗。其中a*搜尋算法（一種在兩個目标點之間能非常快速有效地找到最佳路徑的算法）毫無疑問可以算是衆多研究成果之一。這個算法不僅在人工智能或機器人領域，而且在整個計算機科學領域都被認為是最重要的基礎算法之一。

關于機器人的曆史起源，我們還可以讨論很長時間。雖然任何人都能以這個主題寫一本書（當然它本身就是一個很有意思的事情），但這并不是本書主要想講的内容。還是回到我們之前關心的問題：機器人從哪兒來？

簡而言之，機器人主要是從非常基礎的機械自動化發展演變而來的，系統或裝置通過遠端遙控對象使其能夠自主（甚至是自适應）地去完成特定目标。這樣聽起來太複雜了？别擔心，事實上制作一個你自己的機器人，可以不需要了解太深的原理。你見到的絕大部分機器人都是由很多簡單的部分組成的，被拆分的這些小部分都不難了解，并不像整體看起來那樣難懂。

那麼，接下來就來看看怎樣建構一個我們自己的機器人，了解一下這些機器人都是由哪些部分組成的。