什么是機(jī)器人？

我們都知道“機(jī)器人”這個(gè)詞，并在日常對話中隨意使用它。但我們知道它真正的含義嗎？讓我們花點(diǎn)時(shí)間來深入研究機(jī)器人的定義。它是像看起來那么簡單，還是挑戰(zhàn)了我們的理解？

在其核心，機(jī)器人是一個(gè)可編程的機(jī)器，能夠感知，處理信息，并自主或在一定程度上的人類指導(dǎo)下執(zhí)行任務(wù)。與傳統(tǒng)工具不同，機(jī)器人可以適應(yīng)周圍環(huán)境，并經(jīng)常執(zhí)行重復(fù)或危險(xiǎn)的工作，讓我們有時(shí)間從事更具創(chuàng)造性的工作。有一種常見的誤解，即機(jī)器人總是具有人類的外觀（圖1），但情況并非總是如此。稍后我們將深入研究類人機(jī)器人，在那里這個(gè)概念成為現(xiàn)實(shí)。

快速回顧：機(jī)器人的歷史

看看“機(jī)器人”這個(gè)詞的詞源，起源于1921年捷克戲劇“羅森的通用機(jī)器人”（來自捷克語“robota”，意思是“強(qiáng)迫勞動”）由卡雷爾·恰佩克。然而，科幻小說作家艾薩克·阿西莫夫被認(rèn)為發(fā)明了“機(jī)器人”這個(gè)詞。它出現(xiàn)在艾薩克·阿西莫夫的科幻小說《奔跑》（1942年）中。Runaround還包含了阿西莫夫著名的機(jī)器人三定律（圖2）。就像其他突破性技術(shù)一樣，機(jī)器人技術(shù)也從小說中汲取靈感，將富有想象力的概念變成現(xiàn)實(shí)。

機(jī)器人技術(shù)的一些突破

從虛構(gòu)到現(xiàn)實(shí)，在工業(yè)革命期間，我們看到了走向自動化的第一個(gè)真實(shí)的步驟，旨在簡化重復(fù)性任務(wù)的機(jī)械設(shè)備。自動機(jī)的概念可以追溯到古代神話，比如希臘神話中的塔羅斯，其中有一個(gè)巨大的青銅自動機(jī)。沃康松鴨（圖3）是一個(gè)令人印象深刻的自動化機(jī)器人，這只機(jī)械鳥搖搖擺擺地尋找食物，撿起種子，然后吞下種子。無法將它與真實(shí)的鳥區(qū)分開來。

機(jī)器人技術(shù)的真實(shí)的突破出現(xiàn)在1954年，當(dāng)時(shí)喬治·德沃爾創(chuàng)造了第一臺可編程機(jī)器人Unimate（圖4）。它永遠(yuǎn)地改變了制造業(yè)，特別是在汽車行業(yè)。

還記得21世紀(jì)初的ASIMO嗎（圖5）？本田的人形機(jī)器人讓我們離科幻夢想又近了一步。此外，我認(rèn)為我們不能忘記世界上第一個(gè)機(jī)器人公民索菲亞。她于2017年獲得沙特阿拉伯國籍，創(chuàng)造了機(jī)器人領(lǐng)域的里程碑。憑借其先進(jìn)的液壓系統(tǒng)和28個(gè)自由度，波士頓動力公司的Atlas展示了卓越的機(jī)動性，并展示了機(jī)器人在危險(xiǎn)環(huán)境中提供協(xié)助的潛力。

波士頓動力公司的另一個(gè)杰出作品是Spot（圖6），這是一個(gè)四足機(jī)器人，具有多功能性和適應(yīng)性。如今，通過人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，機(jī)器人可以在復(fù)雜的環(huán)境中導(dǎo)航，做出決策，甚至從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)。

我們制造和使用的不同類型的機(jī)器人

機(jī)器人不僅僅是工業(yè)巨人或未來概念，它們是可以在我們的車間里實(shí)現(xiàn)的工具。這里有一個(gè)主要類型的機(jī)器人的快速綱要。

1.工業(yè)機(jī)器人：這些是工廠的主力，處理焊接，噴漆和裝配等任務(wù)。協(xié)作機(jī)器人或“cobots”與人類一起安全地工作，使制造業(yè)更加靈活和安全。這些機(jī)器人有各種尺寸和能力，但它們主要屬于機(jī)器人手臂類別（圖7）。想要了解您現(xiàn)在可以買到的機(jī)械臂裝置的微型版本，請查看KUKA的AGILUS KR 6 R900-2機(jī)器人套件。

2.服務(wù)機(jī)器人：從吸塵到協(xié)助外科醫(yī)生，服務(wù)機(jī)器人使生活更輕松，更高效。在醫(yī)療保健領(lǐng)域，它們甚至幫助醫(yī)生進(jìn)行精確的手術(shù)。達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)可以被認(rèn)為是遠(yuǎn)程操縱機(jī)器人手術(shù)領(lǐng)域的先驅(qū)（圖8）。

3.移動的機(jī)器人：這些機(jī)器人可以移動！想想自主無人機(jī)、漫游車和帶輪子或腿的機(jī)器人，它們可以探索從倉庫到火星的各種堅(jiān)韌環(huán)境。這些機(jī)器人正在征服土地、水和空氣。它們可以在各種模式下操作，例如手動遙控，監(jiān)護(hù)遙控（可以避開障礙物，但將在人類控制下）或純自主導(dǎo)航模式。

自主移動的機(jī)器人（AMR）（圖9）可以使用先進(jìn)的算法（如同步定位和地圖繪制（SLAM）或基于地圖的導(dǎo)航技術(shù)）自行移動。它們可以感知障礙物，使用地圖找到最短路徑，并繞過障礙物從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)，所有這些都無需人工干預(yù)。他們甚至可以攜帶機(jī)械臂或其他工具來操縱周圍的世界。查看這個(gè)自主移動的機(jī)器人博客或這個(gè)視頻以進(jìn)一步了解。

4.類人機(jī)器人：類人機(jī)器人是看起來像人類的機(jī)器人。他們有更好地操縱周圍世界的優(yōu)勢，因?yàn)槲覀內(nèi)祟愒O(shè)計(jì)的一切都可以從人類的形式因素訪問。像波士頓動力公司的Atlas、本田Asimo和Sophia這樣的人形機(jī)器人，不僅僅是看起來很酷，它們還在推動移動性和互動性的極限。雖然類人機(jī)器人仍在發(fā)展，但潛在的應(yīng)用是巨大的，特別是在教育，教育和自動化家務(wù)等領(lǐng)域。

5.社交機(jī)器人（圖10）：這些機(jī)器人旨在與我們在情感層面上互動。他們是老人的伴侶，孩子的導(dǎo)師，甚至是客戶服務(wù)的助手。令人難以置信的是，他們?nèi)绾螌⑷斯ぶ悄芘c人類行為相結(jié)合。一些社交機(jī)器人也可能屬于類人機(jī)器人類別，但不是必需的。

除了這些更廣泛的分類之外，還有Swarm機(jī)器人，Soft機(jī)器人，Exoskeletons和Robotic Prosthetics等其他機(jī)器人系統(tǒng)。群機(jī)器人是一種微型機(jī)器人，它們在大群體中一起工作，模仿螞蟻或蜜蜂等社會昆蟲的行為來完成復(fù)雜的任務(wù)。軟機(jī)器人由柔性材料制成，使它們能夠在狹小的空間中導(dǎo)航，并與人類安全地互動。外骨骼是一種可穿戴的機(jī)器人套裝，可以增強(qiáng)人體的力量和移動性，通常用于康復(fù)和工業(yè)環(huán)境。機(jī)器人假肢是先進(jìn)的假肢，可以恢復(fù)截肢者的功能，為他們提供更好的生活質(zhì)量。

機(jī)器人如何改變我們的世界？

機(jī)器人已經(jīng)對我們的生活產(chǎn)生了巨大的影響。在制造業(yè)，他們簡化了流程，使工作場所更安全。在醫(yī)療保健方面，他們協(xié)助從手術(shù)到康復(fù)的一切工作。農(nóng)業(yè)是機(jī)器人正在加速發(fā)展的另一個(gè)領(lǐng)域-自動化種植，收獲和監(jiān)測作物等任務(wù)，以幫助養(yǎng)活世界。

讓我們不要忘記他們在危險(xiǎn)環(huán)境中扮演的拯救生命的角色。機(jī)器人可以處理炸彈，探索深海戰(zhàn)壕，甚至管理核材料。

機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn)

當(dāng)然，也不是一帆風(fēng)順的。我們?nèi)匀幻媾R著一些巨大的挑戰(zhàn)：

• 機(jī)動性和靈活性：讓機(jī)器人像人類一樣移動或在棘手的地形中導(dǎo)航并不容易。工程師們不斷努力提高他們的平衡性，靈活性和控制力。是的，我們?nèi)匀幻媾R著挑戰(zhàn)，使機(jī)器人能夠穿越人類可以穿越的所有不同地形，如雪地，水坑，山脈和樓梯。然而，如果我們回顧歷史，即使用兩只腳走路對機(jī)器人來說也是一個(gè)挑戰(zhàn)。然而，現(xiàn)在我們有了像“Atlas”這樣的機(jī)器人，它們可以做跑酷（圖11）和后空翻。所以，我們正在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們看到一個(gè)可以在所有地形中導(dǎo)航的機(jī)器人只是時(shí)間問題，這太自主了。

感知和快速決策：機(jī)器人需要處理感知數(shù)據(jù)并做出瞬間決策。自動駕駛汽車就是一個(gè)很好的例子，它們需要檢測障礙物并準(zhǔn)確預(yù)測它們的運(yùn)動。這是一個(gè)堅(jiān)韌的問題，但我們正在取得進(jìn)展。5G和低延遲網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步確實(shí)為遠(yuǎn)程處理開辟了新的可能性，使機(jī)器人能夠?qū)?fù)雜的計(jì)算卸載到更強(qiáng)大的硬件上，而這些硬件本身無法攜帶。

倫理考慮：隨著機(jī)器人變得越來越普遍，我們需要考慮更大的圖景。我們?nèi)绾翁幚砉ぷ魈娲?、隱私問題以及人工智能的道德使用？后技術(shù)奇點(diǎn)（圖12），機(jī)器超越人類智能，對于期望什么仍然存在一些模糊性。一方面，人們擔(dān)心人工智能世界末日，無法控制的超級智能機(jī)器可能會給人類帶來生存風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，人工智能有望成為一個(gè)良性的伙伴，幫助解決氣候危機(jī)等關(guān)鍵問題。未來仍然不確定，在很大程度上取決于我們?nèi)绾伍_發(fā)和監(jiān)管這些先進(jìn)技術(shù)。

機(jī)器人的下一步是什么？

未來看起來令人興奮。我們正在走向一個(gè)機(jī)器人將成為我們一切合作伙伴的世界。從協(xié)助工作場所和探索未知的領(lǐng)域，以提供娛樂和陪伴，可能性是無窮無盡的。

• 更智能的AI：機(jī)器學(xué)習(xí)正在解鎖新功能。未來的機(jī)器人將處理更復(fù)雜的任務(wù)，甚至創(chuàng)造性地解決問題。想象一下，一個(gè)機(jī)器人每次和你一起工作都會學(xué)習(xí)和改進(jìn)！
• 人機(jī)協(xié)作：未來的車間將看到機(jī)器人和人類并肩工作，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。協(xié)作機(jī)器人（協(xié)作機(jī)器人）將處理重復(fù)性或風(fēng)險(xiǎn)性任務(wù)，讓我們專注于創(chuàng)造性和戰(zhàn)略性的東西。
• 太空探索：機(jī)器人已經(jīng)在探索火星，而這僅僅是個(gè)開始。有一天，機(jī)器人可能會幫助在其他星球上建造建筑物。多酷啊？

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