科幻小說素材：機器人資料終極大全 二

（爆侃網文訊）機器人指揮

其實並不是人們不想給機器人一個完整的定義，自機器人誕生之日起人們就不斷地嘗試著說明到底什麼是機器人。但隨著機器人技術的飛速發展和信息時代的到來，機器人所涵蓋的內容越來越豐富，機器人的定義也不斷充實和創新。

1886年法國作家利爾亞當在他的小說《未來夏娃》中將外表像人的機器起名為「安德羅丁」(android)，它由4部分組成：

1，生命系統(平衡、步行、發聲、身體擺動、感覺、表情、調節運動等);

2，造型解質(關節能自由運動的金屬覆蓋體，一種盔甲);

3，人造肌肉(在上述盔甲上有肉體、靜脈、性別等身體的各種形態);

4，人造皮膚(含有膚色、機理、輪廓、頭髮、視覺、牙齒、手爪等)。

1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克發表了科幻劇本《羅薩姆的萬能機器人》。在劇本中，卡佩克把捷克語「Robota」寫成了「Robot」，「Robota」是奴隸的意思。該劇預告了機器人的發展對人類社會的悲劇性影響，引起了大家的廣泛關注，被當成了機器人一詞的起源。在該劇中，機器人按照其主人的命令默默地工作，沒有感覺和感情，以呆板的方式從事繁重的勞動。後來，羅薩姆公司取得了成功，使機器人具有了感情，導致機器人的應用部門迅速增加。在工廠和家務勞動中，機器人成了必不可少的成員。機器人發覺人類十分自私和不公正，終於造反了，機器人的體能和智能都非常優異，因此消滅了人類。

但是機器人不知道如何製造它們自己，認為它們自己很快就會滅絕，所以它們開始尋找人類的倖存者，但沒有結果。最後，一對感知能力優於其它機器人的男女機器人相愛了。這時機器人進化為人類，世界又起死回生了。

卡佩克提出的是機器人的安全、感知和自我繁殖問題。科學技術的進步很可能引發人類不希望出現的問題。雖然科幻世界只是一種想像，但人類社會將可能面臨這種現實。

為了防止機器人傷害人類，科幻作家阿西莫夫(Isaac.Asimov)於1940年提出了「機器人三原則」：

1，機器人不應傷害人類;

2，機器人應遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外;

3，機器人應能保護自己，與第一條相抵觸者除外。

這是給機器人賦予的倫理性綱領。機器人學術界一直將這三原則作為機器人開發的準則。

在1967年日本召開的第一屆機器人學術會議上，就提出了兩個有代表性的定義。一是森政弘與合田周平提出的：「機器人是一種具有移動性、個體性、智能性、通用性、半機械半人性、自動性、奴隸性等7個特徵的柔性機器」。從這一定義出發，森政弘又提出了用自動性、智能性、個體性、半機械半人性、作業性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動性等10個特性來表示機器人的形象。另一個是加藤一郎提出的具有如下3個條件的機器稱為機器人：

1，具有腦、手、腳等三要素的個體;

2，具有非接觸感測器(用眼、耳接受遠方信息)和接觸感測器;

3，具有平衡覺和固有覺的感測器。

禮儀機器人

該定義強調了機器人應當仿人的含義，即它靠手進行作業，靠腳實現移動，由腦來完成統一指揮的作用。非接觸感測器和接觸感測器相當於人的五官，使機器人能夠識別外界環境，而平衡覺和固有覺則是機器人感知本身狀態所不可缺少的感測器。這裡描述的不是工業機器人而是自主機器人。

機器人的定義是多種多樣的，其原因是它具有一定的模糊性。動物一般具有上述這些要素，所以在把機器人理解為仿人機器的同時，也可以廣義地把機器人理解為仿動物的機器。

1988年法國的埃斯皮奧將機器人定義為：「機器人學是指設計能根據感測器信息實現預先規劃好的作業系統，並以此系統的使用方法作為研究對象」。

1987年國際標準化組織對工業機器人進行了定義：「工業機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業的可編程操作機。」

我國科學家對機器人的定義是：「機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器」。在研究和開發未知及不確定環境下作業的機器人的過程中，人們逐步認識到機器人技術的本質是感知、決策、行動和交互技術的結合。隨著人們對機器人技術智能化本質認識的加深，機器人技術開始源源不斷地向人類活動的各個領域滲透。結合這些領域的應用特點，人們發展了各式各樣的具有感知、決策、行動和交互能力的特種機器人和各種智能機器，如移動機器人、微機器人、水下機器人、醫療機器人、軍用機器人、空中空間機器人、娛樂機器人等。對不同任務和特殊環境的適應性，也是機器人與一般自動化裝備的重要區別。這些機器人從外觀上已遠遠脫離了最初仿人型機器人和工業機器人所具有的形狀，更加符合各種不同應用領域的特殊要求，其功能和智能程度也大大增強，從而為機器人技術開闢出更加廣闊的發展空間。

中國工程院院長宋健指出：「機器人學的進步和應用是20世紀自動控制最有說服力的成就，是當代最高意義上的自動化」。機器人技術綜合了多學科的發展成果，代表了高技術的發展前沿，它在人類生活應用領域的不斷擴大正引起國際上重新認識機器人技術的作用和影響。

我國的機器人專家從應用環境出發，將機器人分為兩大類，即工業機器人和特種機器人。所謂工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人。而特種機器人則是除工業機器人之外的、用於非製造業並服務於人類的各種先進機器人，包括：服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人、機器人化機器等。在特種機器人中，有些分支發展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。目前，國際上的機器人學者，從應用環境出發將機器人也分為兩類：製造環境下的工業機器人和非製造環境下的服務與仿人型機器人，這和我國的分類是一致的。

古代機器人

機器人一詞的出現和世界上第一台工業機器人的問世都是近幾十年的事。然而人們對機器人的幻想與追求卻已有3000多年的歷史。人類希望製造一種像人一樣的機器，以便代替人類完成各種工作。

機器馬車

西周時期，我國的能工巧匠偃師就研製出了能歌善舞的伶人，這是我國最早記載的機器人。

春秋後期，我國著名的木匠魯班，在機械方面也是一位發明家，據《墨經》記載，他曾製造過一隻木鳥，能在空中飛行「三日不下」，體現了我國勞動人民的聰明智慧。

公元前2世紀，亞歷山大時代的古希臘人發明了最原始的機器人──自動機。它是以水、空氣和蒸汽壓力為動力的會動的雕像，它可以自己開門，還可以藉助蒸汽唱歌。

1800年前的漢代，大科學家張衡不僅發明了地動儀，而且發明了計里鼓車。計里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。

後漢三國時期，蜀國丞相諸葛亮成功地創造出了「木牛流馬」，並用其運送軍糧，支援前方戰爭。

1662年，日本的竹田近江利用鐘錶技術發明了自動機器玩偶，並在大阪的道頓堀演出。

1738年，法國天才技師傑克·戴·瓦克遜發明了一隻機器鴨，它會嘎嘎叫，會游泳和喝水，還會進食和排泄。瓦克遜的本意是想把生物的功能加以機械化而進行醫學上的分析。

寫字機器人

在當時的自動玩偶中，最傑出的要數瑞士的鐘錶匠傑克·道羅斯和他的兒子利·路易·道羅斯。1773年，他們連續推出了自動書寫玩偶、自動演奏玩偶等，他們創造的自動玩偶是利用齒輪和發條原理而製成的。它們有的拿著畫筆和顏色繪畫，有的拿著鵝毛蘸墨水寫字，結構巧妙，服裝華麗，在歐洲風靡一時。由於當時技術條件的限制，這些玩偶其實是身高一米的巨型玩具。現在保留下來的最早的機器人是瑞士努薩蒂爾歷史博物館裡的少女玩偶，它製作於二百年前，兩隻手的十個手指可以按動風琴的琴鍵而彈奏音樂，現在還定期演奏供參觀者欣賞，展示了古代人的智慧。

19世紀中葉自動玩偶分為2個流派，即科學幻想派和機械製作派，並各自在文學藝術和近代技術中找到了自己的位置。1831年歌德發表了《浮士德》，塑造了人造人「荷蒙克魯斯」;1870年霍夫曼出版了以自動玩偶為主角的作品《葛蓓莉婭》;1883年科洛迪的《木偶奇遇記》問世;1886年《未來的夏娃》問世。在機械實物製造方面，1893年摩爾製造了「蒸汽人」，「蒸汽人」靠蒸汽驅動雙腿沿圓周走動。

進入20世紀後，機器人的研究與開發得到了更多人的關心與支持，一些適用化的機器人相繼問世，1927年美國西屋公司工程師溫茲利製造了第一個機器人「電報箱」，並在紐約舉行的世界博覽會上展出。它是一個電動機器人，裝有無線電發報機，可以回答一些問題，但該機器人不能走動。1959年第一台工業機器人(可編程、圓坐標)在美國誕生，開創了機器人發展的新紀元。

現代機器人

現代機器人的研究始於20世紀中期，其技術背景是計算機和自動化的發展，以及原子能的開發利用。

自1946年第一台數字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發展。

大批量生產的迫切需求推動了自動化技術的進展，其結果之一便是1952年數控機床的誕生。與數控機床相關的控制、機械零件的研究又為機器人的開發奠定了基礎。

另一方面，原子能實驗室的惡劣環境要求某些操作機械代替人處理放射性物質。在這一需求背景下，美國原子能委員會的阿爾貢研究所於1947年開發了遙控機械手，1948年又開發了機械式的主從機械手。

鉚接機器人

1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念，並申請了專利。該專利的要點是藉助伺服技術控制機器人的關節，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人。現有的機器人差不多都採用這種控制方式。

作為機器人產品最早的實用機型(示教再現)是1962年美國AMF公司推出的「VERSTRAN」和UNIMATION公司推出的「UNIMATE」。這些工業機器人的控制方式與數控機床大致相似，但外形特徵迥異，主要由類似人的手和臂組成。

1965年，MIT的Roborts演示了第一個具有視覺感測器的、能識別與定位簡單積木的機器人系統。

機器狗

1967年日本成立了人工手研究會(現改名為仿生機構研究會)，同年召開了日本首屆機器人學術會。

1970年在美國召開了第一屆國際工業機器人學術會議。1970年以後，機器人的研究得到迅速廣泛的普及。

1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩製造了第一台由小型計算機控制的工業機器人，它是液壓驅動的，能提升的有效負載達45公斤。

到了1980年，工業機器人才真正在日本普及，故稱該年為「機器人元年」。

隨後，工業機器人在日本得到了巨大發展，日本也因此而贏得了「機器人王國的美稱」。

自治潛水器

隨著計算機技術和人工智慧技術的飛速發展，使機器人在功能和技術層次上有了很大的提高，移動機器人和機器人的視覺和觸覺等技術就是典型的代表。由於這些技術的發展，推動了機器人概念的延伸。80年代，將具有感覺、思考、決策和動作能力的系統稱為智能機器人，這是一個概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導了機器人技術的研究和應用，而且又賦予了機器人技術向深廣發展的巨大空間，水下機器人、空間機器人、空中機器人、地面機器人、微小型機器人等各種用途的機器人相繼問世，許多夢想成為了現實。將機器人的技術(如感測技術、智能技術、控制技術等)擴散和滲透到各個領域形成了各式各樣的新機器——機器人化機器。當前與信息技術的交互和融合又產生了「軟體機器人」、「網路機器人」的名稱，這也說明了機器人所具有的創新活力。

機器人的手

機器人要模仿動物的一部分行為特徵，自然應該具有動物腦的一部分功能。機器人的大腦就是我們所熟悉的電腦。但是光有電腦發號施令還不行，最基本的還得給機器人裝上各種感覺器官。我們在這裡著重介紹一下機器人的「手」和「腳」。

機器人必須有「手」和「腳」，這樣它才能根據電腦發出的「命令」動作。「手」和「腳」不僅是一個執行命令的機構，它還應該具有識別的功能，這就是我們通常所說的「觸覺」。由於動物和人的聽覺器官和視覺器官並不能感受所有的自然信息，所以觸覺器官就得以存在和發展。動物對物體的軟，硬，冷，熱等的感覺就是靠的觸覺器官。在黑暗中看不清物體的時候，往往要用手去摸一下，才能弄清楚。大腦要控制手，腳去完成指定的任務，也需要由手和腳的觸覺所獲得的信息反饋到大腦里，以調節動作，使動作適當。因此，我們給機器人裝上的手應該是一雙會「摸」的、有識別能力的靈巧的「手」。

機器人的手一般由方形的手掌和節狀的手指組成。為了使它具有觸覺，在手掌和手指上都裝有帶有彈性觸點的觸敏元件(如靈敏的彈簧測力計)。如果要感知冷暖，還可以裝上熱敏元件。當觸及物體時，觸敏元件發出接觸信號，否則就不發出信號。在各指節的連接軸上裝有精巧的電位器(一種利用轉動來改變電路的電阻因而輸出電流信號的元件)，它能把手指的彎曲角度轉換成「外形彎曲信息」。把外形彎曲信息和各指節產生的「接觸信息」一起送入電子計算機，通過計算就能迅速判斷機械手所抓的物體的形狀和大小。

現在，機器人的手已經具有了靈巧的指，腕，肘和肩胛關節，能靈活自如的伸縮擺動，手腕也會轉動彎曲。通過手指上的感測器還能感覺出抓握的東西的重量，可以說已經具備了人手的許多功能。

在實際情況中有許多時候並不一定需要這樣複雜的多節人工指，而只需要能從各種不同的角度觸及並搬動物體的鉗形指。1966年，美國海軍就是用裝有鉗形人工指的機器人「科沃」把因飛機失事掉入西班牙近海的一顆氫彈從七百五十米深的海底撈上來。1967年，美國飛船「探測者三號」就把一台遙控操作的機器人送上月球。它在地球上的人的控制下，可以在兩平方米左右的範圍里挖掘月球表面四十厘米深處的土壤樣品，並且放在規定的位置，還能對樣品進行初步分析，如確定土壤的硬度，重量等。它為「阿波羅」載人飛船登月當了開路先鋒。

機器人的眼睛

人的眼睛是感覺之窗，人有80%以上的信息是靠視覺獲取，能否造出「人工眼」讓機器也能象人那樣識文斷字，看東西，這是智能自動化的重要課題。關於機器識別的理論，方法和技術，稱為模式識別。所謂模式是指被判別的事件或過程，它可以是物理實體，如文字，圖片等，也可以是抽象的虛體，如氣候等。機器識別系統與人的視覺系統類似，由信息獲取，信息處理與特徵抽取，判決分類等部分組成。

機器認字

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大家知道，信件投入郵筒需經過郵局工人分揀後才能發往各地。一人一天只能分揀2-3千封信，現在採用機器分揀，可以提高效率十多倍。機器認字的原理與人認字的過程大體相似。先對輸入的郵政編碼進行分析，並抽取特徵，若輸入的是個6字，其特徵是底下有個圈，左上部有一直道或帶拐彎。其次是對比，即把這些特徵與機器里原先規定的0到9這十個符號的特徵進行比較，與哪個數字的特徵最相似，就是哪個數字。這一類型的識別，實質上叫分類，在模式識別理論中，這種方法叫做統計識別法。

機器人認字的研究成果除了用於郵政系統外，還可用於手寫程序直接輸入，政府辦公自動化，銀行合計，統計，自動排版等方面。

機器識圖

現有的機床加工零件完全靠操作者看圖紙來完成。能否讓機器人來識別圖紙呢?這就是機器識圖問題。機器識圖的方法除了上述的統計方法外，還有語言法，它是基於人認識過程中視覺和語言的聯繫而建立的。把圖像分解成一些直線、斜線、折線、點、弧等基本元素，研究它們是按照怎樣的規則構成圖像的，即從結構入手，檢查待識別圖像是屬於哪一類「句型」，是否符合事先規定的句法。按這個原則，若句法正確就能識別出來。

機器識圖具有廣泛的應用領域，在現代的工業，農業，國防，科學實驗和醫療中，涉及到大量的圖象處理與識別問題。

機器識別物體

機器識別物體即三維識別系統。一般是以電視攝像機作為信息輸入系統。根據人識別景物主要靠明暗信息，顏色信息，距離信息等原理，機器識別物體的系統也是輸入這三種信息，只是其方法有所不同罷了。由於電視攝像機所拍攝的方向不同，可得各種圖形，如抽取出棱數，頂點數，平行線組數等立方體的共同特徵，參照事先存儲在計算機中的物體特徵表，便可以識別立方體了。

目前，機器可以識別簡單形狀的物體。對於曲面物體，電子部件等複雜形狀的物體識別及室外景物識別等研究工作，也有所進展。物體識別主要用於工業產品外觀檢查，工件的分選和裝配等方面。

機器人的鼻子

人能夠嗅出物質的氣味，分辨出周圍物質的化學成分，這全是由上鼻道的粘模部分實現的。在人體鼻子的這個區域，在只有五平方厘米的面積上卻分布有五百萬個嗅覺細胞。嗅覺細胞受到物質的刺激，產生神經脈衝傳送到大腦，就產生了嗅覺。人的鼻子實際上就是一部十分精密的氣體分析儀。人的鼻子是相當靈敏的，就算在一升水中放進二百五十億分之一的乙硫醇(就是一種特殊的具有異常臭味的化學物質)，人的鼻子也能夠聞出來。

機器人的鼻子也就是用氣體自動分析儀做成的。我國已經研製成功了一種嗅敏儀，這種氣體分析儀不僅能嗅出丙酮、氯仿等四十多種氣體，還能夠嗅出人聞不出來但是卻可以導致人死亡的一氧化碳(也就是我們通常所用的煤氣)。這種嗅敏儀有一個由二氧化錫，氯化鈀等物質燒結而成的探頭(相當於鼻粘模)。當它遇到某些種類氣體的時候，它的電阻就發生變化，這樣就可以通過電子線路做出相應的顯示，用光或者用聲音報警。同時，用這種嗅敏儀還可以查出埋在地下的管道漏氣的位置。

現在利用各種原理製成的氣體自動分析儀已經有很多種類，廣泛應用於檢測毒氣，分析宇宙飛船座艙里的氣體成分，監察環境等方面。

這些氣體分析儀，原理和顯示都和電現象有關，所以人們把它叫做電子鼻。把電子鼻和電子計算機組合起來，就可以做成機器人的嗅覺系統了。

機器人的耳朵

人的耳朵是僅次於眼睛的感覺器官，聲波扣擊耳膜，引起聽覺神經的衝動，衝動傳給大腦的聽覺區，因而引起人的聽覺。機器人的耳朵通常是用「微音器」或錄音機來做的。被送到太空去的遙控機器人，它的耳朵本身就是一架無線電接收機。

人的耳朵是十分靈敏的。我們能聽到的最微弱的聲音，它對耳膜的壓強是每平方厘米只有一百億分之幾公斤。這個壓強的大小只是大氣壓強的一百億分之幾。可是用一種叫做鈦酸鋇的壓電材料做成的「耳朵」比人的耳朵更為靈敏，即使是火柴棍那樣細小的東西反射回來的聲波也能被它「聽」的清清楚楚。如果用這樣的耳朵來監聽糧庫，那麼在二到三公斤的糧食里的一條小蟲爬動的聲音也能被它準確地「聽」出來。

用壓電材料做成的「耳朵」之所以能夠聽到聲音，其原因就是壓電材料在受到拉力或者壓力作用的時候能產生電壓，這種電壓能使電路發生變化。這種特性就叫做壓電效應。當它在聲波的作用下不斷被拉伸或壓縮的時候，就產生了隨聲音信號變化而變化的電流，這種電流經過放大器放大後送入電子計算機(相當於人大腦的聽區)進行處理，機器人就能聽到聲音了。

但是能聽到聲音只是做到了第一步，更重要的是要能識別不同的聲音。目前人們已經研製成功了能識別連續話音的裝置，它能夠以百分之九十九的比率，識別不是特別指定的人所發出的聲音，這項技術就使得電子計算機能開始「聽話」了。這將大大降低對電子計算機操作人員的特殊要求。操作人員可以用嘴直接向電子計算機發布指令，改變了人在操作機器的時候手和眼睛忙個不停而與此同時嘴巴和耳朵卻是閑著的狀況。一個人可以用聲音同時控制四面八方的機器，還可以對樓上樓下的機器同時發出指令，而且並不需要照明，這樣就很適宜於在夜間或地下工作。這項技術也大大加速了電話的自動回答，車票的預定以及資料查找等服務工作的自動化實現的進程。

現在人們還在研究使機器人能通過聲音來鑒別人的心理狀態，人們希望未來的機器人不光能夠聽懂人說的話，還能夠理解人的喜悅，憤怒，驚訝，猶豫和曖昧等情緒。這些都會給機器人的應用帶來極大的發展空間。

人類與機器人

隨著社會的不斷發展，各行各業的分工越來越明細，尤其是在現代化的大產業中，有的人每天就只管擰一批產品的同一個部位上的一個螺母，有的人整天就是接一個線頭，就像電影《摩登時代》中演示的那樣，人們感到自己在不斷異化，各種職業病逐漸產生，於是人們強烈希望用某種機器代替自己工作，因此人們研製出了機器人，用以代替人們去完成那些單調、枯燥或是危險的工作。由於機器人的問世，使一部分工人失去了原來的工作，於是有人對機器人產生了敵意。「機器人上崗，人將下崗。」不僅在我國，即使在一些發達國家如美國，也有人持這種觀念。其實這種擔心是多餘的，任何先進的機器設備，都會提高勞動生產率和產品質量，創造出更多的社會財富，也就必然提供更多的就業機會，這已被人類生產發展史所證明。任何新事物的出現都有利有弊，只不過利大於弊，很快就得到了人們的認可。比如汽車的出現，它不僅奪了一部分人力車夫、挑夫的生意，還常常出車禍，給人類生命財產帶來威脅。雖然人們都看到了汽車的這些弊端，但它還是成了人們日常生活中必不可少的交通工具。英國一位著名的政治家針對關於工業機器人的這一問題說過這樣一段話：「日本機器人的數量居世界首位，而失業人口最少，英國機器人數量在發達國家中最少，而失業人口居高不下」，這也從另一個側面說明了機器人是不會搶人飯碗的。

美國是機器人的發源地，機器人的擁有量遠遠少於日本，其中部分原因就是因為美國有些工人不歡迎機器人，從而抑制了機器人的發展。日本之所以能迅速成為機器人大國，原因是多方面的，但其中很重要的一條就是當時日本勞動力短缺，政府和企業都希望發展機器人，國民也都歡迎使用機器人。由於使用了機器人，日本也嘗到了甜頭，它的汽車、電子工業迅速崛起，很快佔領了世界市場。從現在世界工業發展的潮流看，發展機器人是一條必由之路。沒有機器人，人將變為機器;有了機器人，人仍然是主人。

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