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100 年机器人技术史:进步比你想象的要快

2022-01-25 11:05 性质:原创 作者:DDing 来源:中国叉车网-中叉网
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图片:Heron 机器人从 Heron 的古董音乐机到智能机器狗 Spot,再到学会独立行走的 AI:机器人技术自工业化以来已经走过了漫长的道路。本应让我们在日常生活...

图片:Heron 机器人

从 Heron 的古董音乐机到智能机器狗 Spot,再到学会独立行走的 AI:机器人技术自工业化以来已经走过了漫长的道路。本应让我们在日常生活中的工作更轻松的技术正变得越来越先进。

自从未来技术的愿景不可逆转地进入人类的自我形象以来,已经过去了一百年。这一切都始于一个表达新技术成果本质的文学新词:机器人。

但它不应该停留在纯粹的科幻幻想中。随着现代技术进步的出现,使用机器在日常生活中模仿人类行为和行为的可能性变得越来越明显。机器人学史。

内容

(1)人造人的古代观念

(2)具有持久效果的文字创作

(3)人、机器——还是两者兼而有之?

(4)第一次世界大战:机器人的起源

(5)机器人作为人类的友好帮手

(6)二战后机器人的进步

(7)第一次摇摇晃晃的步行尝试

(8)机器人作为娱乐玩具

(9)当服务机器人陷入困境...

(10)波士顿动力:机器人病毒式传播

(11)敏感地感受环境

(12)通过强化学习新技能

(13)机器人开发:下一步

(14)结论:100 年的机器人技术——进步比你想象的要快

人造人的古代观念

今天的机器人技术(也称:机器人技术)涉及用机电机器取代人类与环境交互的技术。它们的功能基于收集信息的传感器、处理信息的处理器和执行器:它们将信号转换为机械过程。

根据德国斯图加特技术哲学家 Catrin Misselhorn 的说法,机器人的行为是自主的,或者至少看起来是自主的——与计算机相比,机器人可以影响他们的环境并影响它。

但是自主行动的想法,通常类似于人类的设备是古老的:人形机器生物已经出现在公元前 4 世纪的希腊神话中,并且在公元前 250 年的旧道教文本中也提到过。公元 1 世纪,亚历山大港的数学家赫伦(Heron)撰写了《自动机》(Automata),其中他描述了在古代引起轰动的自动装置。

世界各地还有许多其他例子:大约 1200 年,阿拉伯学者 Al-Jazari 发明了可以倒酒的机械服务员和自动洗手机等。达芬奇在 16 世纪描绘了一个机械骑士,机械 karakuri 木偶在 18 世纪和 19 世纪的日本提供家庭娱乐,西班牙工程师和数学家莱昂纳多·托雷斯·克韦多大约在 1910 年发明了第一台国际象棋自动机。

具有持久效果的文字创作

“机器人”一词最初来自捷克剧作家卡雷尔·恰佩克 1920 年的一部戏剧,他想用它来描述人造人类的现象。

在第一次世界大战后工业化程度提高和大规模生产需求的背景下,他设想在不久的将来创造出合成人形生物,这些生物将在工厂和战场上接管人类的任务,以提高生产力。最初是作为奴隶建造的,他们有朝一日会彻底改变并推翻人类。

说明: Čapek 的戏剧 RUR – Rossum 的 Universal Robots 中的一个场景,该剧于 1921 年首演,展示了三个机器人。

1921 年 1 月,Čapek 的科幻剧《RUR - Rossum's Universal Robots》在布拉格首演。它在全球首映后很快就大受欢迎,并在两年内被翻译成三十种语言。

Karel Čapek 通过他的兄弟 Josef提出了“机器人”这个词,他建议使用捷克语Roboti来表示人造人,意思是农奴或强迫劳动者。新词取代了旧术语,如“自动机”、“机械人”或“机器人”。

人、机器——还是两者兼而有之?

Čapek 的机器人是由合成的有机材料制成的,这与我们目前将机器人理解为纯无机机器不同。按照今天的定义,机器人这个词更适合 Čapek 的角色:这些是人形机器人,通常由人造有机材料制成,最初来自科幻小说领域。

1728 年《牛津英语词典》首次提到,机器人在 18 世纪后期的展览中被展示为类似于人类并且可以执行任务的先进机械装置。只有通过进一步的文化主题化,主要是在 1930 年代和 40 年代的英语低俗杂志中,以及通过作家艾萨克·阿西莫夫在 40 年代和 50 年代的作品,概念上的差异才变得更加明显。

DER 01,日本机器人,也称为 Gynoid。自 1970 年代以来,日本一直是机器人和女性机器人生产的领导者。女性机器人或女性机器人是一个正在讨论的类别,因为它们经常被高度性感化的描述。

混合人类版本 - 具有有机和无机身体部位 - 是半机械人(简称:cyberneticorg anism“控制论有机体”),它们通过集成技术或人工组件增强了能力。从这个意义上说,拥有心脏起搏器、除颤器、复杂假肢或其他电子植入物的人已经可以被视为机器人。

第一次世界大战:机器人的起源

第一次世界大战首先使人们意识到人类可以通过新技术发明实现自我毁灭——装甲车、机枪和遥控武器等自动化技术就是此类技术用于战争的例子。

鉴于伤亡人数众多,在下一场迫在眉睫的战争中,用机器人代替士兵,以防止人类生命损失的想法,获得了动力。

Čapek 的工作也极大地促进了关于技术可以在多大程度上解放工人和从事体力劳动的辩论。自动化的奴隶应该在工人曾经艰苦的日常工作中创造天堂般的环境,创造财富并建立社会和平,以消除一方面资本和辛勤工作之间的现代性斗争。

机器人作为人类的友好帮手

1920年代后期,日本生物学家西村诚乐观地尝试创造一个与自然和人类和谐相处的人造人。与 Čapek 的反乌托邦未来幻想相比,西村的机器人是人类鼓舞人心的朋友,而不是他的奴隶。

Gakutensoku(日语为“从自然法则中学习”)能够采用不同的面部表情,移动他的头和手,甚至通过气压机制写字。它于 1928 年 9 月在京都首次亮相。

其他具有修辞能力的人形机器人模型同时在英国出现,大约十年后,机器人Elektro被引入美国,它的词汇量达到 700 个单词,会抽烟并携带一只叫Sparko的机器狗。 .

Gakutensoku 是亚洲开发的第一个机器人,于 1920 年代后期在日本大阪创建,但后来在其全球巡回展览中神秘消失。|图片:(大阪每日新闻),公共领域,来自维基共享资源

人形机器人的想法被俄裔美国科幻作家艾萨克·阿西莫夫进一步普及。这其中的核心是阿西莫夫 1942 年的短篇小说Runaround,其中他第一次使用了“机器人”一词。在其中,他制定了三项基本的机器人法律,旨在保护人类免受新技术的侵害。比如:

(1)机器人不得伤害人类,或因不作为而让人类受到伤害。

(2)机器人必须服从人类的命令——除非这样的命令会与机器人第一定律相冲突。

(3)一个机器人必须保护它的存在,只要这种保护不与机器人的第一或第二定律相冲突。

阿西莫夫对机器人社会的愿景也比 Čapek 在反乌托邦戏剧中设想的不可靠机器要仁慈得多。这位当时已经享誉世界的作者将机器人视为人类的有用助手。在他的一些作品中,他甚至将它们描述为与人类相比“更好、更纯洁的物种”。

二战后机器人的进步

在 1930 年代第一台类似机器人的设备已经在美国用于工业生产之后,Konrad Zuse 于 1939 年用他的可编程计算机对人形机器进行了最后的推动,按照今天的理解,我们称之为机器人。

Z1,Konrad Zuse 制造的第一台计算机。

1950 年代,美国肯塔基州的发明家 George C. Devol 建造了第一台数字化和可编程机器人,并用于汽车制造。

在这里, Unimate工业机器人在压铸过程中承担了对人类构成安全风险的任务。不久后成立的Unimation公司奠定了机器人在汽车行业以及工业机器人领域取得成功的基石。

第一次摇摇晃晃的步行尝试

大约从 1966 年到 1972 年,斯坦福研究所位于硅谷的人工智能中心开发了第一台移动机器人。正如它的名字一样,Shakey the Robot更像是一个缓慢、颤抖的轮子塔,由于它的摄像头和传感器,它能够感知周围环境并自行定位。

他技能的最高荣耀是操作电灯开关和门把手,越过障碍物和推动物体。但实际上,正是这种不稳定的模型预示着机器人革命的开始,并凭借其研究成果为进一步的突破性发展铺平了道路。

Shakey (1972) 是第一个可以根据自己的决定在周围环境中移动的移动机器人。

“个人机器人”WABOT(WAseda roBOT) 是 1970 年代在东京早稻田大学开发的,配备了视觉和说话以及身体运动的系统。

它有人工耳朵、眼睛和嘴巴,可以用日语交流,还可以使用外部感受器测量距离和方向。通过他手上的触觉传感器,他能够抓住和移动物体。据估计,WABOT-1 具有 18 个月大的幼儿的智力;他花了整整45秒才迈出一步。

1980 年代开发的 WABOT-2 型号不太通用,但具有确定的直觉和音乐感。这个音乐机器人专门弹奏键盘,可以与人类交流、阅读音乐并在电子风琴上演奏中等难度的旋律。

在 1980 年代中期,本田开始了人形机器人的计划,并在此框架下开发了 P1 到 P3 机器人系列,直到 1990 年代后期,它可以流畅地移动、挥手和握手。

这项研究在 2000 年以艾萨克·阿西莫夫 (Isaac Asimov) 命名的著名双足动物 Asimo (Advanced Step in Innovative MO bility) 达到顶峰,他的新模型现在甚至能够使用多种语言的手语、爬楼梯、单腿跳跃并且会跳舞。

机器人作为娱乐玩具

1999年,索尼推出了一种新的高科技玩具——机器狗Aibo 。想要为孩子提供这种吠叫、摇尾巴的娱乐活动的父母不得不掏腰包买狗和额外的软件:这个高科技玩具价值高达 2,500 美元,而且它的行为也可以根据“奖惩”制度。

Aibo 之后是另一个由索尼设计的机器人作为社交儿童朋友。近两英尺高的Qrio(“ Quest forCurio sity”的简称)是第一个能够同时在空中双腿奔跑的人形机器人。此外,Qrio 可以跳跃、爬楼梯、朗读、跳舞、咯咯笑和踢足球。他记得他的人类玩伴的长相、声音和喜好,并且可以直接对他们做出反应,这使他在 18 到 24 个月的幼儿中特别受欢迎。

美国公司 iRobot 的自主吸尘机器人 Roomba 于 2002 年首次亮相,现已推出第 9 代。它使用传感器在地面周围寻找路径,并可以识别斑点、障碍物和深渊。例如,在机器人割草机中使用了类似的功能。

另一个有趣的机器人是RoboSapien,它是由香港玩具机器人制造商WoWee于 2004 年推出的,在短短几个月内就卖出了 150 万台。这款遥控机器人现在提供带有摄像头、MP3 播放器、PC 连接甚至多个可选个性的版本,可以对声音和触摸做出反应,并执行多达 67 种预编程动作。

次年,由 RoboSapiens 组成的两支队伍参加了首场全球自动人形机器人之间的 RoboCup 足球比赛。RoboSapien 的继任者 Roboraptor 拥有四种可调节的基本情绪,使他能够通过传感器对外部刺激做出不同的反应。

对于机器人的有趣家庭使用,现在可以以更实惠的价格获得相应的套件。大多数模型让人联想到原始的两栖动物、狗、装甲车或其他车辆,并且可以通过遥控器进行控制。他们的一些典型能力包括面部识别、导航和物品运输。许多更高级的成人应用程序需要编码技能。

当服务机器人陷入困境...

十多年来,像Tug the Robot这样辛勤工作的机器工人一直在酒店和医院工作,他们在那里运送食物、床单、药品和废物。他们可以通过 WLAN 与自动电梯、火灾报警器和门进行通信,并具备基本的语言技能。

很多地方都为此类服务机器人设立了热线电话,如果在酒店或医院走廊遇到难以逾越的障碍,附近无人帮助时,它们可以独立拨打电话。

尤其是冠状病毒大流行,表明了机器人在医疗领域的重要性:在大流行中,机器人是非常乐于助人的同事,因为与人类不同,它们不会生病,并且可以执行对人类医院构成严重危险的所有工作职员。这些包括温度测量或药物管理。

Tug the Robot,医疗领域的服务机器人。

在智能机器的支持下,人类护理人员将有更多时间从事机器人可能永远无法替代的活动:开发概念解决方案并为患者提供同理心帮助。但新冠大流行也表明,经济的广泛瘫痪表明,我们距离让机器人继续举办世界大事还有很长的路要走。

Sophia 是一个具有社交和语言技能的类人机器人,于 2016 年激活,旨在引起人类同行的同情。|图片:Hanson Robotics

顺便说一句,人机交互开辟了一个全新的分支,称为人机交互(HRI)。HRI 领域的安全要求大致基于 Isaac Asimov 曾经制定的机器人法律,尽管机器人和机器伦理领域的复杂性现在远远超出了这三个简单的原则。例如,教护理人员如何与人工助理一起工作已被证明是一项挑战。

波士顿动力:机器人病毒式传播

2013 年,美国机器人公司波士顿动力为DARPA 机器人挑战赛创建了机器人Atlas,这是 2012 年至 2015 年举行的一项国际机器人比赛,旨在鼓励机器人技术在救援行动中的发展。

波士顿动力公司用他们最新机器人发明的巧妙上演的视频激发人们的灵感。例如,2018 年发布的这些视频显示,犬类机器人 Spot Mini 为另一个 SpotMini 开门,甚至用曲棍球棒击败了人类攻击者。在 YouTube 和 Co. 上,他们被观看了数百万次。

波士顿动力公司首席执行官马克·雷伯特(Marc Raibert)展示了狗机器人现场。

为了模拟真实情况,波士顿动力公司通常会先构建一个数字版本的机器人,用数据和视频材料对其进行训练,然后在实验室环境中测试物理结果。只有这样,机器人才能摆脱现实。

与此同时,这家现在主要由韩国现代汽车集团拥有的公司正在量产其四足机器人现货,并于 2020 年首次以 74,500 美元的价格出售。

包括 SpaceX 在内的超过 75 家公司在商业上使用 Spot。它具有广泛的功能,并且已经在建筑工地、采矿、农业种植幼苗或作为数据收集机器中半自主地使用。他甚至被拍到作为棒球啦啦队长与专门阅读人类面部表情的人形机器人 Pepper 一起跳舞。

敏感地感受环境

日常和家用机器人的发明可能是机器人技术中最大的挑战。与专门从事单一活动的预编程工业机器人相比,日常机器人必须在非结构化、多变的环境中找到自己的出路,并可靠地执行大量活动。

未来的家用机器人必须是敏感的,才能对我们有利。直到最近,机器人还经常缺乏必要的机智——仅仅拿着笔是不可能的,西红柿柔软的皮肤被不小心压碎了,鸡蛋也被打碎了。但是由于基于大量敏感传感器的改进的触觉,机器人现在能够感觉到不同的表面并精确地抓住各种物体。

例如,德国慕尼黑工业大学的机器人工程师开发了一种敏感的人造皮肤,可以让机器人感觉到触摸,南加州大学的研究人员生产了一种可以记录各种材料的触觉人造手。SynTouch 和Meta 还开发了机器人指尖和触觉人造皮肤,可以区分从温度到表面纹理的一系列感觉。

谷歌的母公司 Alphabet 也在开发自适应机器人:2019 年 12 月,该公司展示了其“日常机器人”项目。虽然第一个原型只擅长分类垃圾,但谷歌园区的新模型现在正在调整椅子、擦桌子、收集杯子和开门。

通过强化学习新技能

为了让日常机器人摆脱原始阶段并能够提供实际利益,它们必须更加自主地行动并更加独立地学习。例如,2015 年,加州大学伯克利分校的实验室开发了机器人 Brett(简称:Berkeley Robot for the Elimination of TediousTasks ) ,它可以使用强化学习来教自己在这些拼图周围不同物体的形状然后像小孩子一样把它放在适当的洞里。

使用创新的 RL 方法,首先构建机器人的数字版本,并对给定问题进行视觉模拟,从而观察学习过程。只有这样,程序化的物理机器人才能在实验室中充满这些知识,经过培训,并在成功测试后,才能在现实世界中使用。完美环境中的模拟具有比现实生活更快地执行和尝试试错步骤的优势。

根据这种学习方案,双足人工智能发明了一种以自学方式奔跑的方式:在计算机模拟中,装备有两条胳膊和两条腿的类人物体只被告知在没有先行的情况下尽快向前移动——根据传统程序 - 注意到已经输入了运动数据。在最初的几次失误之后,虚拟两足动物实际上开始走路,最终甚至自学了跑步。

视频:在模拟中,谷歌的人工智能公司 Deepmind 要求双足人工智能从 A 移动到 B。在强化学习的帮助下,人工智能终于学会了根据反复试验的原则走路和克服障碍——即使这些动作有时对我们人类来说似乎有点不寻常。

基于这种新方法的类似成就最近在俄勒冈州立大学诞生:使用 RL 算法,机器人 Cassie 可以自学走路,而无需先学会通过直接编程或模仿来走路。

您可以在Facebook AI 的 Tim Rocktäschel的AI 播客 Deep Minds中了解有关强化学习的更多信息。

机器人开发:下一步

人形机器人表面上的先进能力往往掩盖了它们的局限性。它们让我们忘记,尽管如此,我们正在处理的是程序化的、没有创造力的、纯粹的机械生物。

即使机器人一天比一天聪明,在他们学会并能够独立执行要求更高的任务之前,仍然需要大量的人类帮助。只有这样,他们才能通过观察、互动和交流,不断地自主学习,积极参与我们的生活。

一个重要的下一步是模拟算法学会学习 - 无需程序员进行手动改进。否则,我们将不得不永远使用我们自制的机器,而它们永远不会独立行动,并且在我们不断变化和混乱的世界中真正有用。

视频:看似相似?最近由英国公司Engineered Arts 开发的机器人 Ameca令人惊喜,其流畅的面部表情看起来几乎是人类。

在这种情况下,进一步的问题出现了:我们愿意将多少权力交给自主机器?谁对机器人 AI 的错误决策负责?机器人会很快接管我们的工作吗?

尽管有理由担心机器人可能会给人类带来一场社会和生存危机,但人与机器有朝一日也有可能和谐共存,大多数活动不会完全被机器人取代,而是伴随着机器人带来利润。我们在关于人工智能和哲学的播客中讨论了人工智能和人类共存的场景。

结论:100 年的机器人技术——进步比你想象的要快

机器人已经生活在我们中间:作为真空吸尘器、割草机、个人助理、服务和护理机器人或用于娱乐,它们在我们日常生活的许多领域中变得不可或缺。但仍有巨大的进步潜力。

让我们想象一下,他是您家中每个人都负担得起的人形机器人,它结合了这里描述的所有技能:他吸尘、打扫、精确分类我们的垃圾、用多种语言聪明而有趣地交谈,可以灵活地行走,搬运物品、爬楼梯、制作音乐和跳舞,甚至掌握翻筋斗等优雅的特技。他的面部表情与人类一样逼真。当我们给他一个目标而不必训练他时,他会学到新东西。

还要多久,我们才能模仿人类如此完美的奇迹?这个机器人搭档在我们身边成为现实需要多长时间?鉴于从一百年前这个词的创造到最近由人工智能驱动的跑步发现的快速发展,这可能比我们想象的要快。

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