最先进仿生人(人形机器人)的发展现状(文字版)

来源: kylelong 2013-12-29 20:12:14 [] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读: 次 (68886 bytes)

    小说《时空客》中一个重要人物—Anna,是拥有第五代生物电脑的超仿真机器人。她虽然有金属的骨骼以及超越人类的人造感觉器官(比如视觉、听觉、嗅觉等),却有着人类的肌肤和某些器官,甚至拥有人类的思维、学习与记忆的大脑(即生物电脑)。虽然科幻,但却是当代科技的未来。

 

    未来的超仿真机器人,也就是仿生人,或者说是人形机器人,到底会发展到何种水平,现在很难说,它取决于生物学、医学、材料科学以及电脑技术的发展。那么,现代的超仿真机器人处于什么水平呢?下面来小结一下:

 

    1,机器人

 

机器人(Robot),是自动控制机器的俗称,自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其它生物的机械(如机器狗、机器猫等)。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议,有些电脑程序甚至也被称为机器人。在当代工业中,机器人指能自动执行任务的人造机器装置,用以取代或协助人类工作。

理想中的高仿真机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机与人工智能、材料学和仿生学的产物,目前科学界正在向此方向研究开发。

 

机器人(自动控制机器)一词,最早出现在西元1920年捷克科幻作家恰配克的《罗索姆的万能机器人》中,原文作“Robota”,后来成为西文中通行的“Robot”1967年日本科学家森政弘与合田周平提出:机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器。日本和美国在机器人发展领域,一直处于世界前沿,甚至日本的机器狗、机器猫也已经上市。

 

2,仿生人

 

仿生人(Android), 即仿真机器人,指是以模仿真人作为目的制造的机器人,而还有仿制人或人型(人形)机器人等名称。但人型(人形)机器人也可以指英语中的Humanoid(拟人机器人),可以大小和真人差很远也没有似人的外观,但有人的四肢和头等构造。现时的仿生人仍然在试制阶段,却是长期以来科幻和机器人学的一大主题。仿生人拟真的程度有很多,有些可以从外观上识别,也没有真人的思想和感情(如Chobits中的人型电脑)。

 

仿生人是以模仿真人作为目的,这些模仿既可以是外观与动作行为上,又可以是思想感情上的。理论上讲,要做出外观、行为、思想都非常接近真人的机器人,在目前还有不可跨越的技术难度,但在未来并不是不可能的事。让我们最难忘的机器人电影:《星球大战》、《终结者》、《地球停转日》、《未来世界》、《异形》、《铁甲威龙》、《星际旅行》、《人工智能》、《我,机器人》、《银河系漫游指南》、《变形金刚》、《终结者外传》等等,都有大量的仿生人出现。

 

 

 

 

    3,生物机器人

 

生物机器人(Bioroid),生物机器人是利用单细胞打造成的,具有特殊功能特性的机器人,他们能够完成普通仿真机器人所不能完成的任务。生物机器人的外表具有人类或者生物的细胞,而大脑则与普通机器人的电脑一样。

 

生物机器人是使用一种真人或生物的活组织,但以机器为主体的类型,是和机械化人有重叠的概念,也是完全刻意为了仿冒真人而制造的,但行为不一定似真人,如电影《未来战士》的T系列和《翡翠窝大阴谋》Future world中的机器人。施瓦辛格通常都是扮演生物机器人的角色,穿越时空。反过来说亦有开发外观不似人,但能够有似真人行为的机器人,如2001年美国麻省理工学院研发了号称世界上第一个有类似人类感情的机器人。

 

 

 

 

4,生物电脑

 

生物电脑(Biological Computer,生物计算机),是利用生物分子代替硅,实现更大规模的高度集成。传统计算机的芯片是用半导体材料制成的,1毫米见方的硅片上最多不能超过25万个。而生物芯片上生物计算机的元件密度比人的神经密度还要高100万倍,传递信息的速度也比人脑的思维速度快100万倍。

 

生物电脑的另一个显著特点就是存储量极大。单个的细菌细胞,大小只有1微米见方,与一个硅晶体管的尺寸差不多,但是却能成为容纳超过1M字节的 DNA存储器。生物芯片快捷而准确,可以直接接受人脑的指挥,成为人脑的外延或扩充部分,它以从人体细胞吸收营养的方式来补充能量。生物电脑将能用来改善和增强人的记忆力。

 

生物电脑具有较高的人工智能,它可以彻底实现现有计算机所无法真正实现的模糊推理功能和神经网络运算功能,能够如同人脑那样进行思维、推理,能认识文字、图形,能理解人的语言,因而可以承担各种工作,可广泛应用于卫星导航、工业控制领域和国防军事领域,发挥它无比重要的作用。

 

5,半机器人

 

半机械人(Cyborg),又称半机器人,是利用人工智能与生物机体相结合构造的一种生物。科学家认为,通过纳米技术和人工智能工程的发展,未来将成为半机械人的世界,人类的寿命也将提高甚至长生不老。

 

神经控制假肢:在2000年后的不到10年时间里,美国国防部高级研究计划署革命性假肢计划改造了多款世界上最先进的假肢,比如DEKA公司研制的机械手臂。

心灵控制:利用计算机作为一种中间感应媒介,未来部队之间的远距离交流根本不需要说话。2009年,美国国防部高级研究计划署启动了一项无声通话计划。该计划首先利用脑电图扫描器读取大脑信号,然后再对这些信号进行解码,从而建立起一个脑电波字典。

实验室人造血液:大量的人造万能血液将能够应用于外伤治疗中,以解决血库不足的问题。在美国国防部高级研究计划署的资助下,美国生物技术公司Arteriocyte公司利用脐带的造血细胞制造出首批人造血液。

大脑植入器:事实上,并不是只有现役部队才使用电子人技术。从伊拉克和阿富汗战场上下来的部队中,有10%20%的人大脑都曾受过外伤。将来,他们将有可能会接受脑植入手术,以修复他们受损的大脑。

 

世界首个政府承认的半机械人尼尔·哈尔比森:2002314日,英国雷丁大学控制论教授沃里克,在牛津的拉德克利夫医院接受了一次手术。外科医生用了两小时的时间,将一枚边长为3毫米的硅制芯片植入了沃里克左肘的皮肤下,芯片上100个头发丝粗细的电极与他手臂主神经相连,以接收神经冲动信号。他拿自己做实验有一个严肃的目标,那就是帮助因脊髓受伤等原因而瘫痪的病人。他希望能通过对神经信号的研究,最终让这些病人通过远程控制恢复部分自身行动能力。

 

世界唯一政府承认的半机械人:英国色盲男子尼尔·哈尔比森,他能利用一个与头部结合的摄像头装置听颜色。哈尔比森是一个全色盲,只能看到黑与白的颜色,他脑部安装的这个装置能把颜色转化为不同的音符,通过辨别不同音阶的声音他就能看到不同的颜色。上大学二年级的时候,哈尔比森上了一门关于感官延伸的人工智能课程。他说服老师为他制作了一个人工智能感官装置。为了能正确听懂各种颜色,哈尔比森必须记下不同频率的声音所代表的颜色,譬如说红色是最低频的声音。哈尔比森表示,这个装置完全改变了他对艺术的理解,因为在他的世界里,颜色和声音是同样的东西。2004年,哈尔比森得到英国身份管理部门的正式承认,认定该装置是他身体的一部分。

 

2012年,哈佛大学的生物工程学家们近日打破了生物和机械之间的隔阂,制造出了全球首块半机械版人体组织。这些组织可以是神经元、心脏细胞、肌肉组织或血管组织,而制造它们的原材料竟然是纳米线和晶体管。为了制造半生命体,研究人员要先搭建一个微型立体架子,再用纳米线和晶体管将其缠绕。之后,让细胞在这个电气纳米架(nanoES上生长就可以了。等到组织长成之后,组织内部就有一个人造的机械传感系统——人们可以通过电脑控制生物细胞的活动。就以半机械心脏组织为例,研究人员已经可以通过内嵌的纳米线测量心率了。这些半机械组织都拥有正常的生命特征。

 

 

 

 

6,机器人定律

 

机器人三定律(Three Laws of Robotics),是科幻小说家艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)在他的机器人相关作品和其他机器人相关小说中为机器人设定的行为准则,是阿西莫夫除心理史学Psychohistory)外另一个著名的虚构学说。

 

第一法则:机器人不得伤害人类,或因不作为使人类受到伤害;

第二法则:除非违背第一法则,机器人必须服从人类的命令;

第三法则:在不违背第一及第二法则下,机器人必须保护自己。

 

但在1985年,《机器人与帝国》这本书中,阿西莫夫将三大法则扩张为四大法则:

第零法则:机器人不得伤害人类这族群,或因不作为使人类这族群受到伤害;

第一法则:除非违背第零法则,机器人不得伤害人类,或因不作为使人类受到伤害;

第二法则:除非违背第零或第一法则,机器人必须服从人类的命令;

第三法则:在不违背第零至第二法则下,机器人必须保护自己。

 

机器人三定律在艾萨克·阿西莫夫于1942年发表的作品《转圈圈》(Runaround,《我,机械人》(I, Robots)中的一个短篇)中第一次明确提出,并且成为他的很多小说,包含基地系列小说中机器人的行为准则和故事发展的线索。机器人被设计为遵守这些准则,违反准则会导致机器人受到不可恢复的心理损坏。但是在某些场合,这样的损坏是不可避免的。在两个人互相造成伤害时,机器人不能任人受到伤害而无所作为,但是这会造成对另一个人的伤害,在一些小说中这造成了机器人的自毁。

 

他在小说中提出了三定律的很多变体。这些对机器人行为准则的修改成为他的很多故事的主线。在《消失无踪》(Little Lost Robot,《我,机械人》中的一个短篇)中为了避免机器人无谓地阻止人类进行低危险性工作,第一定律中的后半部分被去掉了,但是也产生了一些其他的问题。在《机械人之梦》(Robot Dreams,同名小说中的一个短篇)中,一个机器人做了个关于取消第一定律和第二定律的梦,导致了他的毁灭。在机器人与帝国中,一些机器人的系统中人类的定义被修改(说话没有该星球的口音就不是人类),而攻击人类。在1999年上映的科幻电影《双百人》(Bicentennial Man,原为短篇小说,后改编为中篇小说《正子人》)中,一个机器人为了成为人,将自己的机械部分逐步替换成组织,并且在最后用自己的贡献和牺牲换来了人类的认同和保护机器人的法律的产生。

 

三定律在科幻小说中大放光彩,在一些其他作者的科幻小说中的机器人也遵守这三条定律。同时,三定律也具有一定的现实意义,在三定律基础上建立新兴学科机械伦理学旨在研究人类和机械之间的关系。但是现存的机器人并未有足够的智能去分辨人类和危险等概念,因此三定律并未实际应用在机器人上面。

 

罗杰·克拉克构思的机器人原则:

 

元原则:机器人不得实施行为,除非该行为符合机器人原则。

第零原则:机器人不得伤害人类整体,或者因不作为致使人类整体受到伤害。

第一原则:除非违反高阶原则,机器人不得伤害人类个体,或者因不作为致使人类个体受到伤害。

第二原则:机器人必须服从人类的命令,除非该命令与高阶原则抵触。机器人必须服从上级机器人的命令,除非该命令与高阶原则抵触。

第三原则:如不与高阶原则抵触,机器人必须保护上级机器人和自己之存在。

第四原则:除非违反高阶原则,机器人必须执行内置程序赋予的职能。

繁殖原则:机器人不得参与机器人的设计和制造,除非新机器人的行为符合机器人原则。

 

    7,机器人大事记

 

  1920年:捷克斯洛伐克作家卡雷尔?恰佩克在科幻小说中创造出Robot(机器人)这个词。

 

  1939年:美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro。它由电缆控制,可以行走,会说77个字。

 

  1954年:美国人乔治?德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人。

 

  1959年:德沃尔与美国发明家约瑟夫?英格伯格连手制造出第一台工业机器人。

 

  1968年:美国斯坦福研究所研发成功世界上第一台智慧机器人Shakey

 

    1969 日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人,被誉为仿人机器人之父。日本专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见长,后来更进一步,催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO

 

  1978年:美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA,工业机器人技术完全成熟。

 

  1999年:日本新力公司推出犬型机器人爱宝(AIBO),娱乐机器人迈进普通家庭。AIBO的名字来源于人工智能机器人(Artificial Intelligence Robot)的英文缩写。

 

    2001年:美国麻省理工学院打破历史传统,研发了世界上第一个有模拟感情的机器人。理想中的高仿真机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机与人工智能、材料学和仿生学的产物,目前科学界正在向此方向研究开发。

 

2002年:美国iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba,它能避开障碍,自动设计行进路线,还能在电量不足时,自动驶向充电座。Roomba是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。

 

200312月,日本索尼公司SONY推出QRIO机器人技术。QRIO的名字源于“Quest for Curiosity”,是一款集科技与娱乐于一身的梦幻机器人;身高58厘米,体重7公斤,在多达38个可转动关节下,不仅可跳舞、唱歌、踢足球,更可即时调整姿势来适应各种环境;透过纪录声音与脸部特征,具有辨识的功能,可与人进行即时互动。200439日,索尼公司最新推出的机器人QRIO在东京一个音乐会的彩排上流畅的指挥完了《贝多芬第五交响曲》,

 

  2006年:微软公司推出Robotics Studio,机器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显。

 

  2008年:世界首例机器人切除脑瘤手术成功。

 

    2010年:西班牙的人形服务机器人REEM-H2,西班牙的PAL Robotics公司推出了一款人形服务机器人REEM-H2。机器人REEM-H2装备自主导航系统、语音和人脸识别系统、电子触摸屏,能搬运大件行李物品,将主要用于商城、酒店、机场、医院等公众场所。REEM-H2上装载了很多应用,用户可以在机器人胸前的屏幕上查询周边环境地图、天气情况、酒店和航班信息等。

 

2000--2013年:ASIMO(日语:アシモ)是日本本田技研工业所开发的人形机器人,站立时约130厘米,重54公斤。ASIMO外型酷似一位背着背包的航天员,而且可以时速6公里的速度前进。ASIMO是从一系列的本田E机器人所发展出来的,目前至少有3代产品。

 

2004--2013年:NAO(发音和“Now”相近)是一个自主的可编程仿人机器人,由法国Aldebaran机器人公司研发。2004年,NAO项目启动。2007年,NAO被索尼公司的AIBO机器狗击败,未能被RoboCup标准平台联赛(SPL)采用。在20082009年度的RoboCup比赛中,NAO被正式采用。NAOV3R则被用于2010年的RoboCup

 

2013年:Atlas机器人(英语:Atlas (robot))是一个双足人形机器人,由美国波士顿动力公司为主开发,和由美国国防部国防高等研究计划署(DARPA)的资助和监督。这个身高6-英尺 (1.8-的机器人是专为各种搜索及拯救任务而设计,并在2013711日向公众亮相。

 

2013年:美国NASA花费300万美元打造的人形机器人Valkyrie

 
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