科技革命与投资方向——占领战略制高点 人工智能技术（二）

人工智能技术（二）

智能人“罗怕特”异军陡起

说起“机器人”的来历，还有一段“外史”，据说，1920年捷克著名剧作家雷尔?査培克写了一本名为《罗沙姆万能机器人公司》的寓言剧本，是以人制造人的世界为主题，描写了主人公“罗伯特”（ROBOTA）这个既听话又勤奋的机器人的种种表现。在捷克语中ROBOTA是代表“农奴的赋役”的意思，英语ROBOT是由它衍生而来。该剧上演后，引起人们极大的兴趣，此后人们就把“罗伯特”作为机器人的代称了。现代机器人是带有电脑的“罗伯特”，它已从幻想剧中的角色变成了现实的事物。当今已有的无论是工业机器人还是军用机器人，在机能上和形态上都与人相差甚远。但它已不同于一般的自动化机器，而是具有一定思维能力，动作灵活，自由度比较多（多达六维以上），工作程序易于调整，作业功能可适当扩充的高级智能机器人。

人工智能是计算机科学一个新的高级发展阶段，是它与工程学、数学、生理学和心理学等众多学科间的一门综合性交叉学科，是以实现脑力劳动自动比为主要内容的科学，被人称为当今世界三大尖端科学之一。而机器人是这门学科的典型代表，是核心内容的集中体现，用它来建立一种能模拟人类的某些思维和决策过程的智力活动，从而代替人去完成智力才能的任务。人工智能一般包括：专家系统、理解自然语言系统、危机 警系统、计划管理系统和人工智能机器人（执行机构）。

一、机器人初露锋芒

智能机器人技术是建立在现代电子计算机技术、微电子技术、精密机械制造技术等诸多新兴高技术群体基础上的一种系统自动化技术。目前，智能机器人的定义在国际上还没有一个统一的明确的说法。美国机器人 给“ROBOT”下的定义是：“机器人是一种可编写程序的多种功能的操作器，它可设计成具有搬运物体、零件、工具等能功的特殊装置，通过改变它的编程动作，可完成不同的作业任务。”这里着重说明机器人具有两个明显特征：一是在编程条件下能自动工作；二是具有高度灵活性，可按编程完成多重任务。我国研究机器人的专家把机器人定义为“具有拟人功能的机械电子装置”，十分简明扼要，切中实质。中国还有的专家说：“人工智能是研究有关模仿、延伸和扩展人的智能工程方法和技术手段的”。这阐明了人工智能与人的智能的基本关系。上述种种说法，无论哪种，都说明一个基本观点，就是人工智能和机器人具有超常的潜能，具有强大的生命力，但它是在人的智能基础上发展起来的，是人的智慧的发挥和延伸。

在机器人于20世纪60年代初出现以前，人工智能学科思想早就出现。当第一台电子计算机于1946年面世后的第二年，即1947年就有的科学家提出了“人工智能”概念，到1956年这一术语正式得到科技界的确认。半个多世纪以来，由于人们的认识不同、技术水平限制和理论基础的局限等因素，在历史上曾出现几次大起大落。10年代和50年代中期，都曾发生过起伏而未结出硕果。直到60年代初，在申农信息论、现代计算机和微电子及通信技术的推动下，利用计算机软件模拟人的大脑信息处理系统，推出了体现智能行为的程序，终于在美国产生了第一台实用型样机。60年代末，日本等国，以及到70年代初期美国等国在专家咨询系统和庞大数据处理技术的研究取得突飞进展的情况下，促进机器人技术产生了重大突破，应用范围不断扩展，功能日益增强。进入80年代在全球范围内极大地兴盛起来，逐步形成了一个重要的高技术学科领域。

机器人在60年代初出生之后，已经历了两次高潮。第一次是在60年代末，由于资本主义处于一次新的上升发展时期，国际竞争加剧，产品要求多品种、少批量，更新换代周期大大缩短，传统的“刚性流水生产线”已不能适应要求，而必须改善生产条件，出现了“柔性生产线”，机器人正是实现这种生产线的核心手段。这样，就形成了机器人发展的第一次高潮。到70年代中期，资本主义经济出现新的萧条期，虽为时不久，但使机器人技术发展也受到影响，延续下来，走向低谷。到70年代末期，随着科技的发展，终究使这一先进科学技术重新繁荣起来，特别是日本引入机器人专利后，非常重视应用研究和开拓市场，并受到日本政府的支持，使日本机器人产业很快发展起来，进入新的高潮期，生产机器人的工厂就有150家。到1980年日本拥有工业机器人的数量占世界总数的一半，并把1980年称为“日本机器人元年”，日本成了“机器人王国”。

日本机器人技术发展迅速，特别是在产业化方面得到顺利进展，与其投入一产出比逐步提高也是一个重要原因。1970年，日本刚获得美国专利后不久，试产的机器人相当于12个人年工资额，1975年降到4.8个，1978年降到3.7个，到1982年，就降到1个人年工资额，这就为机器人的广泛应用创造了可承担的经济条件，使各行各业大力推广起来。1970年，日本汽车行业中还没有机器人，到70年代末就有了比美国汽车行业还要多6倍的机器人，而其经济效益和社会效益是惊人的，为工业生产开创了新局面。

当前，机器人技术的发展，在信息技术、计算机技术、微电子技术、超微细工程技术以及生物技术、医学技术等高技术群体推动下，正向更高层次发展，利用第五代、第六代智能计算机向第三代智能机器人阶段推进中。

二、沿着智能化方向前进

现代机器人的发展经历了两次大的高潮正进入第三次高潮期，从技术角度来划分，大致也可以划分为三代。第一代称“示教再现工业机器人”（PBIR），这就是目前世界各国机器人所生产的最为典型的产品，已广泛应用于各工业部门。

这类机器人通常由三大部分组成：机器人本体，即以终端执行器为基础部件的操作器；机器人控制系统，即以高速中央处理机为主的、采用MELFA语言的人机对话操控和显示系统；示教装置，即以伺服系统为基础的电子或液压或气动伺服驱动系统。

这种“示教再现工业机器人”实际上是由人将作业的各种操作要求，通过示教盒、示教手柄等示教手段，教会机器人，机器人把这些作业要求、动作、规定等用记忆存贮器记忆下来，然后使机器人接到再现指令后，能按人“教”给它的那些作业动作重复再现。这样，经过一次示教，即可反复动作，如需更换作业任务，可重编程序另行示教即可。通常一个机器人可以存放上百种以上作业的动作编写程序，并可随意调用和更新换样。这种机器人最重要的特点是具有记忆功能，能经过一次示教，就会牢记不忘，无限地重复这个动作，准确、可靠、不走样。

机器人的第二代是基于传感器信息的离散编程工业机器人，用以扩大对工作环境的适应能力。所谓传感器，就是用人工方法制造的能感知外界信息的人造器官。其工作原理就是它能按一定规律将各种被控测件的检测量转换成便于处理的物理量（如电量）。电子计算机要进行“思维”活动，必须通过传感器收集各种信息。传感器种类繁多，根据感知外界信息可分为三类：即物理传感器，用光、电、声、磁、热等物理效应传感；化学传感器，用化学反应等进行传感；生物传感器，用酶、抗体、激素等分子识别功能的传感。这一代机器人是比第一代先进一些，但其传感信息少而窄，不能满足多重需求。因此要向具有多种传感功能的更先进的机器人方向发展，它成了第一代与第三代机器人之间的过渡产物。

第三代机器人就是装有多种传感器，能识别作业环境，在接受指令后，能自行编程的自主式机器人，即智能机器人。

智能机器人是人工智能发展到高级阶段的产物，实质上是通过高级智能计算机的控制，能感知环境、自主决策和灵活动作的类似人的“思维”和“行动”的高级机器人技术。这种“智能”由于程度不定、差别甚大，因此很难给出一个准确、完善、统一而公认的定义。目前，有几种定义比较流行：一种是国际自动控制联合大会认为：“智能机器人是能够独立决策和具有适应性行动的机器人”；美国学者傅京孙等提出：“智能机器人是能够理解指令，感知环境，识别对象，计划操作程序，自行完成各种任务的机器”；日本工业机器人学会则称：“智能机器人是一种能够感觉和有识别能力，且能自行决定动作的机器人”。这些说法，从字面上看似有差异，而实质上有共同观点，就是这种高级机器人已具有人类大脑的部分功能，可以完成自行决策的某些任务，它不知疲劳、无需给养、不畏艰险、勇往直前，而且神通广大，俯首贴耳地按照人的意志行动，“组织纪律观念”特强，不越雷池半步地执行公务。

智能机器人一般具有如下三大特点：

一是通过各种传感器，综合收集、处理各种信息，就是具有很强的感受环境的能力，从而可以确定自身最优行动。

二是通过人工智能科学的发展，使机器人理解人的自然语言，看懂文字并能开口对话，这样就要具有语言识别、语义分析等能力，实现高级的真正的人-机通信。

三是通过知识库和专家系统，采取启发式搜索和推理的过程，用“估价函数”来评价每一步的“思维”正确性，根据联想知识，达到逻辑推理，从而获得问题求解的正确答案。

这些特点，正是体现在智能机器人所特有的功能之中。智能机器人通常具有以下五种“特异”功能：

一是控制功能，这点比较易于理解，概括地说，就是按照预编程序或人-机对话系统的指令，接受自动控制，包括近距和远距遥控，而且整个肢体都要受控。

二是操作功能，智能机器人的活动关节必须具有多于六个自由度的功能，六个自由度是起码的必备的，还应有超出六个以上的自由度，称为“多余自由度”，这也是大部分生物所具有的（或称“外界自由度”），其作用是当肢体某部分不正常时，仍能进行补偿。

三是运动功能，机器人的移动如采取轨道或轮子形式，比较易于解决，复杂的是用“腿”和“脚”的行动，步态的动态稳定性较难解决。日本最新研制的两腿步行机器人，能和人的步行速度相当，并能上下阶梯，但尚未达到实用化。目前除了采用轮子轨道、步行等运动形式外，还有的研究出像蛇样的蠕动和蹦跳等多种运动形式。

四是感觉功能，这是智能机器人最复杂的功能之一，它必须有多重传感器、多重受感器，要解决“压觉”、“视觉”、“听觉”。这些“感觉”的取得，有直接接触式和非直接接触式的传感器，还要有光源、声波，静电和磁感应等的触觉感应器，特别是“视觉”，最难解决，机器人的视觉又称“计辟机视觉”，就是要把摄像机中获得的视觉信息经过计算机处理后，变为对实际对象得出一种明确而有意义的描述，它不仅是对信息数据的处理、积累、传递、更重要的是获取并应用知识的过程，它涉及到仿效人脑的处理信息的复杂方式问题目前，有的国家已研制出具有两只“眼睛”——两台摄像机的机器人，能自如地处理诸如复杂焊接工艺问题。

五是思维功能，这是指能自动作出决定、规划任务、控制动作和解释传感器数据的功能。主要依靠智能计算机能对文字、图像.语言直接进行识别、处理、输出伺服信息，实现人-机对话，达到能看、会听、能讲，易于人机交换，达到自动感受环境，真正成为智能机器人。日本在这方面发展比较快，正在研制“知识信息处理系统”（KIPS），进行智能处理。

上述这五种功能，美、日等国有些已有所突破，有些尚在研究中，距“全功能”的程度还有相当距离，难以全面智能化。但即使已取得的这些突破，已构成国外现有几十万台各类机器人技术的基础，能完成人工智能的部分功能。例如：美国马萨诸塞州理工学院研究能用于空间的“移动数据收集装置”机器人，将用于在火星上着陆，可识别颜色、躲避洞穴等；日本早稻田大学研制的“音乐机器人”，是智能机器人的典型代表，能识读五线谱，两手一脚演奏电子琴，能为人歌唱伴奏，自动调整音调，还能听懂人的简短命令和对话等。

我国在“863计划”中把“智能机器人”列入“自动化技术领域”里第二项重点主题，经过三多年的努力，已取得令人满意的进展，能研制出实现恶劣环境条件下的移动式机器人，水下无缆智能机器人和智能装配机器人等三类智能机器人。全国建立了七个机器人技术研究 点，部署了五个型号机器人的阶段性产品研制任务，即水下无缆、壁面爬行检査、核工业用遥控移动作业、防核化移动侦察和精密装配机器人。有些机器人的研制工作，目前已取得长足进展，壁面爬行、双足步行、全方位四足步行、全方位六足步行等原理样机或试用样机已分别由上海交大、哈工大、中科院等有关单位研制出来，为我国发展智能机器人技术打下了良好基础，有的已达到国际上领先水平。

三、用途广泛，功能多样化

人工智能技术的发展，大大促进了世界高技术产品市场的高涨。据统计，人工智能设备的销售呈明显上升趋势，1990年已获大幅度增长，美国这一年销售用于人工智能系统的专家系统达4万台，销售额达8.48亿美元，预计1991年将增长35%，约达11.2亿美元。还有的估计到1992年全世界工业机器人市场的需求量将达25亿美元。

联合国欧洲经济委员会1991年初发表统计数字表明，到1989年底，全世界工业机器人的总数已达38.8万个。目前拥有工业机器人最多的国家是日本，到1989年已达21.97万个，占全世界工业机器人总数的一半以上。其次是苏联，已拥有6.23万个工业机器人，占总数的16%。排名第三位的是美国，拥有3.7万个，占9%。其它拥有工业机器人较多的国家还有德国（2.24万个）、法国（7063个）、捷克斯洛伐克（7007个）、英国（5908个）、瑞典（3463个）和意大利（2585个）。

一些发展中国家或地区，也在积极生产和使用工业机器人。新加坡在1982年仅有3个工业机器人，到1989年已增长到1389个。南朝鲜1990年积极发展工业机器人技术，并大力生产和开发多种用途工业机器人。除其本国三星、金星、大宇等机电、汽车、重工公司自力研制外，还与日本合作，联合开发简易机器人。南朝鲜工业机器人的产量大增，一半自用，一半出口，机器人年出口额达6000万美元。例如大宇重工业公司1987年仅向美国出口40台NOVA-10型多用途产业机器人，而1990年竟出口120万台。台湾也很重视发展工业机器人，1982年仅有20个，到1989年已发展到965个。

据联合国欧洲经委会预测，从中长期看，世界工业机器人的发展具有广泛的前景。

当今世界已有的数十万个机器人，在生产、生活中担负着各种不同的劳务。1990年1月2日美国《华盛顿邮 》发表题为《纪律严明设备先进——访日本高技术机器人制造厂法努克公司》的采访文章，描写该工厂在深夜里全厂都下班了，只有—批机器人在漆黑的厂房里继续不停地进行无人照管下的生产情况。这些机器人像是“在没有观众的房子里表演一场无懈可击的‘芭蕾舞’，还不断地哼着‘玛丽有一只小羊羔’的曲子，以警吿那些可能走错路而误入它们的磁性轨道的人赶快走开”。文章认为这家公司是世界上居于领先地位的机器人生产厂家之一，它代表了日本工业迅速走向未来的浪潮，它生产的是对日本创造新的经济奇迹起推动作用的智能机器人，这将使日本成为一个比以往任何时间都更加令人生畏的竞争者。

以日、美为典型生产的各种用途的机器人，花样翻新，光彩夺目，用途广泛、功能上乘。除军事用途我们将在后面谈到外，现仅将社会工业应用略举一些实例如下：

清扫机器人。法国巴黎地铁已开始启用，1990年已学会诸如抹椅上灰尘等一系列细致的工作，到3995年将完全成为能独立工作的清洁工。

采摘机器人。美国佛洛里达州大学研制成功的能采摘水果自行检査成熟程度，一台装6-12个采摘臂的机器人，每秒可采收六个水果。

擦窗机器人。苏联研制出的能沿墙壁和天花板自由行走，机器人脚下装有高真空吸盘，保证它呆在上面不会掉下来，可进行清洁工作。

消防机器人。在日本东京进行了一场机器人灭火试验，带有5吨水，可靠近火源，把水柱或灭火剂对准目标扑灭火焰。

检查机器人。英国一家公司制造出的这种机器人，能检査汽车的各个零件是否符合所需形状大小，是否已到位，它由62个电视摄像机和激光装置，在43秒钟内，进行148次检査。

至于在工业生产中的机器人，名目就更为繁多，难以计数，诸如焊接、喷漆、搬运、装配、水下作业，采矿，乃至空间操作等等，不胜枚举。

人工智能和智能机器人的迅速发展，并得以广泛应用，就为所谓“3A”革命（FA工厂自动化、OA办公自动化、HA家务自动化）提供了实现的物质基础，并将继续向前发展下去，从发展趋势来看，除继续完善和增强智能机器人的多种功能外，在人工智能的技术发展上，一些国家都在着重研制语言翻译系统，如日译英、英译日，以及其它各种文字互译等。人工智能技术与机器人技术的结合，必将推动这一领域的推广和应用出现更大的发展势头。