機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀的研究

董美雪

摘 要：本文從機(jī)器人的歷史淵源展開說明，介紹了中國古代的機(jī)器人原型；接著從技術(shù)層面的發(fā)展階段介紹機(jī)器人的發(fā)展歷程，包括了示教再現(xiàn)型機(jī)器人，感覺機(jī)器人以及智能機(jī)器人；最后一部分著重介紹了當(dāng)前智能機(jī)器人在人類生產(chǎn)生活中的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用，詳細(xì)闡述了機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)算法如何促進(jìn)現(xiàn)代智能機(jī)器人的發(fā)展，以及展望自主學(xué)習(xí)下的機(jī)器人未來動向。

關(guān)鍵詞：人工智能；機(jī)器學(xué)習(xí)；深度學(xué)習(xí)；智能機(jī)器人

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

機(jī)器人是人類制造的替代人類從事某種作業(yè)的仿生性工具，發(fā)展到現(xiàn)代的機(jī)器人是一種機(jī)電一體化的自動裝置。從上世紀(jì)20年代，捷克人卡羅·凱佩克第一次提出“機(jī)器人”概念，到40年代美國阿貢研究所研制出遙控式機(jī)械手，歷時20年；從上世紀(jì)50年代數(shù)控技術(shù)為機(jī)器人在控制方面做足準(zhǔn)備，到1962年第一臺工業(yè)機(jī)器人“Unimate”誕生，歷時10年；從1950年計算機(jī)科學(xué)家提出圖靈測試，到2016年機(jī)器人AlphaGo完勝人類圍棋高手，歷時66年；從上世紀(jì)90年代，人工智能、計算機(jī)科學(xué)和傳感器科學(xué)支持下機(jī)器人技術(shù)迅速發(fā)展，到如今情感機(jī)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(jī)器人脫離人工智能，超越想象的帶動人類社會高速發(fā)展，還有多少年呢？

1 機(jī)器人的淵源以及發(fā)展階段

機(jī)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(jī)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(chuàng)造了“木牛流馬”（如圖1），用以運送糧草支援戰(zhàn)爭。古代人類的自我復(fù)制和拓展能力的思想動力，推動了人們對機(jī)器人的構(gòu)思、研究、繼承發(fā)展和不斷創(chuàng)新。

機(jī)器人的發(fā)展歷程主要經(jīng)歷了三個技術(shù)階段，形成了以下三代機(jī)器人：

第一代機(jī)器人是示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它能夠在人類的“示教”和編程計算下從事簡單的重復(fù)性勞動。20世紀(jì)中期，數(shù)字計算機(jī)的出現(xiàn)和電子技術(shù)的發(fā)展，推動了可編程數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)，用于替代人類從事一些惡劣環(huán)境下的作業(yè)。20年后出現(xiàn)的主從機(jī)械手，由兩個結(jié)構(gòu)相似的機(jī)械手臂組成，工作人員在控制室操控主機(jī)械手臂，帶動從機(jī)械手在有輻射的工作現(xiàn)場作業(yè)，這種方式被稱為主從控制的機(jī)器人控制方式。

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

第二代機(jī)器人是有感覺的機(jī)器人，包括觸覺、視覺、力覺等，能夠根據(jù)不同的作業(yè)任務(wù)適應(yīng)工作需要。

直到今天，第一、二代機(jī)器人已經(jīng)遍布工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)等各項產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，大到數(shù)百米長龍型的農(nóng)業(yè)噴灑機(jī)械，小到微型縫紉機(jī)械手臂，這種機(jī)器人在千行百業(yè)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(jìn)了人類向更高、更快、更強(qiáng)的領(lǐng)域發(fā)展。

而第三代機(jī)器人被稱為是智能機(jī)器人，它以感覺為基礎(chǔ)，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(jī)器人。

2 人工智能和智能機(jī)器人

智能機(jī)器人在各行各業(yè)方興未艾，正在大力推動著人類生產(chǎn)力不斷向前發(fā)展。

2.1 家庭智能機(jī)器人及其分類

種類繁多的智能機(jī)器人已經(jīng)走進(jìn)家庭。

在這個龐大的家庭智能機(jī)器人隊伍中，我們可以粗略的按照實用功能對其進(jìn)行分類，比如掃地功能的機(jī)器人、專業(yè)擦窗功能的機(jī)器人，它們有著單一明確的應(yīng)用功能，統(tǒng)稱為應(yīng)用型機(jī)器人。能夠通過與人類進(jìn)行語言溝通、簡單的肢體接觸表達(dá)情感的機(jī)器人，我們稱之為社交陪伴型機(jī)器人。模仿人類直立行走、肢體協(xié)調(diào)，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(dá)的機(jī)器人，我們稱之為仿生機(jī)器人[1]。

2.2 核心功能的實現(xiàn)

這些家用應(yīng)用型機(jī)器人、社交陪伴型機(jī)器人、仿生機(jī)器人，其核心功能都是通過傳感器感知外部環(huán)境，把感知所得的信息在機(jī)器人腦中進(jìn)行分析、轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的經(jīng)驗，進(jìn)而操控機(jī)器人的肢體表達(dá)、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(jī)器人。其智能化功能通過云端和本地存儲聯(lián)合實現(xiàn)，斷網(wǎng)的情況下機(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不斷優(yōu)化本地和云端的存儲和處理，并以此積累經(jīng)驗。

語言表達(dá)是該類機(jī)器人最基本的功能，從最初的兒童故事機(jī)、點讀筆到功能逐漸豐富的家用智能機(jī)器人，逐步實現(xiàn)了和兒童的互動交流。該類機(jī)器人通過麥克風(fēng)提取聲音并保存，對于一些程序內(nèi)簡單的語音，終端可以直接實現(xiàn)對話；對于復(fù)雜的語音，會被發(fā)送到云端進(jìn)行識別，然后再返回終端指導(dǎo)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(jī)器人的經(jīng)驗，進(jìn)而形成智能。

2.3 人工智能推動智能機(jī)器人發(fā)展

促進(jìn)智能機(jī)器人發(fā)展的核心要素便是人工智能。人工智能就是讓機(jī)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(jī)器獲得自適應(yīng)能力，解決一些之前沒有遇到過的問題。

如何讓機(jī)器獲得觀察、感知、理解、推理和自適應(yīng)能力呢？這種實現(xiàn)機(jī)器人智能化的方法路徑就是機(jī)器學(xué)習(xí)，機(jī)器學(xué)習(xí)（Machine Learning）的本質(zhì)是基于互聯(lián)網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)強(qiáng)大的并行運算能力，讓機(jī)器自主模擬人類學(xué)習(xí)的過程，通過不斷“學(xué)習(xí)”數(shù)據(jù)來做出智能決策行為[2]。

世界著名風(fēng)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(shù)高市值企業(yè)的發(fā)展都是基于人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)。如谷歌的搜索算法，本質(zhì)上是機(jī)器學(xué)習(xí)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(zhì)上都是人工智能技術(shù)。機(jī)器學(xué)習(xí)是一類可從數(shù)據(jù)中自動分析獲得規(guī)律，并利用規(guī)律對未知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)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(shù)百種落子方式，所以部分機(jī)器學(xué)習(xí)研究是近似算法。

機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用廣泛，特別是運用于機(jī)器人的研究與開發(fā)意義重大。從“深藍(lán)”擊敗卡斯帕羅夫，AlphaGo完勝圍棋世界冠軍，到最近戰(zhàn)勝人類最強(qiáng)大腦的“小度”，都離不開人工智能的發(fā)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(jī)器人的記憶程序，認(rèn)為它們不過是一臺臺記憶機(jī)器，那么你就落伍了。2012年6月華裔計算機(jī)科學(xué)家吳恩達(dá)和他帶領(lǐng)的谷歌大腦項目團(tuán)隊，基于深度學(xué)習(xí)的研究成果，使用一千臺電腦，創(chuàng)造出了包含十億個連接節(jié)點的深層次神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使機(jī)器系統(tǒng)學(xué)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(jī)器，貓應(yīng)該長成啥樣，而是由它去自主從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，并利用了深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來解決特征表達(dá)。

3 結(jié)語

創(chuàng)造能夠掌握自主學(xué)習(xí)能力的智能機(jī)器人，其靈感來自人類使用自己的神經(jīng)系統(tǒng)和身體器官來進(jìn)行感知、學(xué)習(xí)、推理和行動，并從中獲取知識。人類對自身的認(rèn)識尚沒有極限，這也是目前智能機(jī)器人發(fā)展水平?jīng)]有最高，只有更高的根本所在。

參考文獻(xiàn)

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

[2]郭亞寧，馮莎莎.機(jī)器學(xué)習(xí)理論研究[J].中國科技信息，2010，（14）：208-209+214.