機器人發展現狀的研究

董美雪

摘 要：本文從機器人的歷史淵源展開說明，介紹了中國古代的機器人原型；接著從技術層面的發展階段介紹機器人的發展歷程，包括了示教再現型機器人，感覺機器人以及智能機器人；最后一部分著重介紹了當前智能機器人在人類生產生活中的發展現狀及應用，詳細闡述了機器學習等先進算法如何促進現代智能機器人的發展，以及展望自主學習下的機器人未來動向。

關鍵詞：人工智能；機器學習；深度學習；智能機器人

中圖分類號：TP24 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）09-0251-01

機器人是人類制造的替代人類從事某種作業的仿生性工具，發展到現代的機器人是一種機電一體化的自動裝置。從上世紀20年代，捷克人卡羅·凱佩克第一次提出“機器人”概念，到40年代美國阿貢研究所研制出遙控式機械手，歷時20年；從上世紀50年代數控技術為機器人在控制方面做足準備，到1962年第一臺工業機器人“Unimate”誕生，歷時10年；從1950年計算機科學家提出圖靈測試，到2016年機器人AlphaGo完勝人類圍棋高手，歷時66年；從上世紀90年代，人工智能、計算機科學和傳感器科學支持下機器人技術迅速發展，到如今情感機器人索菲亞開玩笑說：“是的，我要消滅人類”，歷時27年；那么，距離機器人脫離人工智能，超越想象的帶動人類社會高速發展，還有多少年呢？

1 機器人的淵源以及發展階段

機器人的淵源最早可追溯到西周時期，中國的著名匠工偃師研制出了能歌善舞的伶人，這是中國最早記載的機器人。春秋后期的魯班制造過一只能在空中飛行“三日不下”的木鳥，三國時期諸葛亮創造了“木牛流馬”（如圖1），用以運送糧草支援戰爭。古代人類的自我復制和拓展能力的思想動力，推動了人們對機器人的構思、研究、繼承發展和不斷創新。

機器人的發展歷程主要經歷了三個技術階段，形成了以下三代機器人：

第一代機器人是示教再現型機器人，它能夠在人類的“示教”和編程計算下從事簡單的重復性勞動。20世紀中期，數字計算機的出現和電子技術的發展，推動了可編程數控機床的出現，用于替代人類從事一些惡劣環境下的作業。20年后出現的主從機械手，由兩個結構相似的機械手臂組成，工作人員在控制室操控主機械手臂，帶動從機械手在有輻射的工作現場作業，這種方式被稱為主從控制的機器人控制方式。

1954年的“通用重復操作機器人”在美國申請了專利，這種“通用重復操作機器人”是借助人手的示教，機器人用以記錄相關動作過程并能自動重復，第一臺工業機器人“Unimate”就是這種可實現回轉、伸縮、俯仰等動作的“通用重復操作機器人”。

第二代機器人是有感覺的機器人，包括觸覺、視覺、力覺等，能夠根據不同的作業任務適應工作需要。

直到今天，第一、二代機器人已經遍布工業、農業、服務業等各項產業領域，大到數百米長龍型的農業噴灑機械，小到微型縫紉機械手臂，這種機器人在千行百業長盛不衰，大大縮減了人類工作的時長，替代了眾多繁重的體力勞動，促進了人類向更高、更快、更強的領域發展。

而第三代機器人被稱為是智能機器人，它以感覺為基礎，以人工智能為特征，具有一定的邏輯判斷能力和自主決策能力的機器人。

2 人工智能和智能機器人

智能機器人在各行各業方興未艾，正在大力推動著人類生產力不斷向前發展。

2.1 家庭智能機器人及其分類

種類繁多的智能機器人已經走進家庭。

在這個龐大的家庭智能機器人隊伍中，我們可以粗略的按照實用功能對其進行分類，比如掃地功能的機器人、專業擦窗功能的機器人，它們有著單一明確的應用功能，統稱為應用型機器人。能夠通過與人類進行語言溝通、簡單的肢體接觸表達情感的機器人，我們稱之為社交陪伴型機器人。模仿人類直立行走、肢體協調，甚至能夠模仿人類的喜怒哀樂等面部表情以及像人類一樣思考、表達的機器人，我們稱之為仿生機器人[1]。

2.2 核心功能的實現

這些家用應用型機器人、社交陪伴型機器人、仿生機器人，其核心功能都是通過傳感器感知外部環境，把感知所得的信息在機器人腦中進行分析、轉化為機器人的經驗，進而操控機器人的肢體表達、表情展露。它們不是只擁有有限知識的玩具，而是具有初級智能并且伴隨著用戶成長而成長的機器人。其智能化功能通過云端和本地存儲聯合實現，斷網的情況下機器人能夠完成基于本地存儲支持下的基本工作；遇到新問題及時連接云存儲進行數據處理，不斷優化本地和云端的存儲和處理，并以此積累經驗。

語言表達是該類機器人最基本的功能，從最初的兒童故事機、點讀筆到功能逐漸豐富的家用智能機器人，逐步實現了和兒童的互動交流。該類機器人通過麥克風提取聲音并保存，對于一些程序內簡單的語音，終端可以直接實現對話；對于復雜的語音，會被發送到云端進行識別，然后再返回終端指導對話。通過對兒童語意的不斷理解、掌握、反饋、綜合、對比、篩選，逐漸積累機器人的經驗，進而形成智能。

2.3 人工智能推動智能機器人發展

促進智能機器人發展的核心要素便是人工智能。人工智能就是讓機器具備觀察和感知的能力，可以做到一定程度的理解和推理，甚至讓機器獲得自適應能力，解決一些之前沒有遇到過的問題。

如何讓機器獲得觀察、感知、理解、推理和自適應能力呢？這種實現機器人智能化的方法路徑就是機器學習，機器學習（Machine Learning）的本質是基于互聯網的海量數據以及系統強大的并行運算能力，讓機器自主模擬人類學習的過程，通過不斷“學習”數據來做出智能決策行為[2]。

世界著名風險投資公司紅杉資本合伙人邁克指出：過去十到十五年，多數高市值企業的發展都是基于人工智能和機器學習。如谷歌的搜索算法，本質上是機器學習模型， Facebook和頭條的新聞推送都是用個性化算法給用戶推薦想看的東西，本質上都是人工智能技術。機器學習是一類可從數據中自動分析獲得規律，并利用規律對未知數據進行預測的算法。由于很多推論無程序可循，就像“代表人類最后智力驕傲”的圍棋，其每一步先后手之間都有數百種落子方式，所以部分機器學習研究是近似算法。

機器學習應用廣泛，特別是運用于機器人的研究與開發意義重大。從“深藍”擊敗卡斯帕羅夫，AlphaGo完勝圍棋世界冠軍，到最近戰勝人類最強大腦的“小度”，都離不開人工智能的發展。如果你還停留在“小度”只不過是把百度的資源全部納入了機器人的記憶程序，認為它們不過是一臺臺記憶機器，那么你就落伍了。2012年6月華裔計算機科學家吳恩達和他帶領的谷歌大腦項目團隊，基于深度學習的研究成果，使用一千臺電腦，創造出了包含十億個連接節點的深層次神經網絡，使機器系統學會自動識別貓等其他動物。它的突破在于研究者無需告訴機器，貓應該長成啥樣，而是由它去自主從數據中學習，并利用了深度神經網絡來解決特征表達。

3 結語

創造能夠掌握自主學習能力的智能機器人，其靈感來自人類使用自己的神經系統和身體器官來進行感知、學習、推理和行動，并從中獲取知識。人類對自身的認識尚沒有極限，這也是目前智能機器人發展水平沒有最高，只有更高的根本所在。

參考文獻

[1]牛立群.家庭智能機器人的市場正在打開[J].現代家電，2016，（20）：22-24.

[2]郭亞寧，馮莎莎.機器學習理論研究[J].中國科技信息，2010，（14）：208-209+214.