详情
Servo的内容主题范围很广，从可编程逻辑，到步进马达基础、无线电通信基础、机器人基础知识、自助操作、闭环系统、语音识别、视觉添加等，到产品和图书评论，构建自己的Bot和系统项目等等。诸如DARPA、机器人世界杯足球赛、FIRST、ComBots、水下机器人挑战赛等等活动的报道。
书名：机器人爱好者（第1辑）
ISBN：978-7-115-42445-7
本书由人民邮电出版社发行数字版。版权所有，侵权必究。
您购买的人民邮电出版社电子书仅供您个人使用，未经授权，不得以任何方式复制和传播本书内容。
我们愿意相信读者具有这样的良知和觉悟，与我们共同保护知识产权。
如果购买者有侵权行为，我们可能对该用户实施包括但不限于关闭该帐号等维权措施，并可能追究法律责任。
• 著 美国SERVO杂志社
译 符鹏飞 匡 昊 雍 琦
责任编辑 陈冀康
• 人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
• 读者服务热线：(010)81055410
反盗版热线：(010)81055315
Copyright © 2015 by T & L Publication, Inc.
Authorized translation from the English language edition published by T & L Publication.
All rights reserved.
本书中文简体字版由美国T&L公司授权人民邮电出版社出版。未经出版者书面许可，对本书任何部分不得以任何方式复制或抄袭。
版权所有，侵权必究。
本书是美国机器人杂志《Servo》精华内容的合集。
全书根据主题内容的相关性，进行了精选和重新组织，分为5章。
第1章介绍了机器人的历史、发展状态以及前景。第2章是新款机器人的产品实测，还包括了格斗机器人DIY的文章。第3章是“跟Mr.Roboto动手做”的专栏文章。第4章是系列文章的合集，详细介绍了一款机器人的动手构建。第5章是全球机器人领域最新的研究动态和资讯。
本书内容新颖，信息量大，对于从事机器人和相关领域的研究和研发的读者具有很好的实用价值和指导意义，也适合对机器人感兴趣的一般读者阅读参考。
Tom Carroll 撰文 赵俐 译
我们有多少次看到过“家家都有机器人”这个话题？这句话出现在报纸、杂志、互联网中，甚至我3年前写的一篇文章中也曾这样说过。媒体和公众都认为机器人将成为我们家庭中的普通成员，就像电视卡通系列剧《杰森一家》中的罗西一样。阅读本书的大部分读者都不是来寻找工厂机器人应用设计的。事实上，除了对机器人有点业余爱好之外，我们甚至都不会关注UAV（Unmanned Aerial Vehicle），也就是人们常说的无人机。大部分机器人爱好者最感兴趣的并不是ROV（Remotely Operated Vehicles遥控水下机器人）、搜救机器人或格斗机器人。归根结底，大部分人都希望家里有个机器人，不仅用来做伴，还可以替我们完成尽可能多的家务琐事，就像sciencemag.org站点所绘的卡通图那样（图1）。然而，问题又回来了：是否家家都将会有（或者说应该有）一个机器人？
图1 来自sciencemag.org 站点的终极家用机器人
5年前，如果你问人们家用机器是什么样子，他们会说机器人像人类一样也有两条腿，只是比人类略小一点，一只手上拿着掸子，另一只胳膊上搭着毛巾。或许机器人有轮子——一种更灵敏的设计，但不管怎样，机器人就是一个家庭仆人的样子。如图2所示， 2014年11月的《科技新时代》（Popular Science）杂志展示了一个机器人Curi（也称为Simon），它是由佐治亚理工学院的社交智能机器实验室的Andrea Thomaz开发的。注意其胸部的PrimeSense传感器。该杂志中文章的题目是《机器人，你未来的好朋友？》。
图2 《科技新时代》2014年11月——机器人，你未来的好朋友？
杂志的封面展示了这个机器人会两只手拌沙拉，但这并不是它的核心功能，其核心功能是与人类进行社交互动的能力——而不仅仅是一个保姆或厨师。社交互动是否应该取代家务劳动成为家用机器人的核心功能？过去，人们可能会想象到推着标准立式真空吸尘器做家务的机器人，如图3所示，或者机器人为全家人做早餐，把锅里煎的培根颠起来在空中翻个。图4显示了本田公司的Asimo 机器人为一名女性端咖啡的一张照片。在屋外，我们可能会看到机器人推着标准割草机除草或者清扫落叶。这是你想象中的家用机器人吗？当今的大公司是否希望为家用机器人增加多样化功能？谁将负责设计和制造家用机器人？对于个人机器人领域中不断变化的情况，那些“大玩家”做出了怎样的反应？
图3 未来的家用机器人——像人一样操作吸尘器
图4 本田公司Asimo机器人端咖啡
本文将介绍一家大名鼎鼎的公司是如何进军机器人领域的，以及创业者的“家家都有机器人”梦想是如何一点点破灭的。
2014年9月，我在IEEE Spectrum的网站上读到了一条消息，面临重重压力的微软CEO萨提亚•纳德拉已经将整个机器人部门纳入到裁员行列中。微软在全球裁员18000人，其中2700多人在西雅图地区，包括机器人部门的剩余人员，此前该部门一直在研究利用Kinect作为传感器对机器人进行操控和导航。
在飞速变化的商业世界中，公司要想保持赢利，必须采取激进的措施，而新上任的高管往往更喜欢大刀阔斧地削减成本和提高盈利能力。然而，微软的这项最新举措看起来并不符合创始人比尔•盖茨的最初设想，比尔•盖茨在2006年12月《科学美国人》杂志上发表的著名文章中表明了其长期远景（参见图5）。
图5 2006年12月《科学美国人》——机器人时代
去年10月，我在西雅图的Hoaloha Robotics办公室采访了Tandy Trower。Tandy（图6是在他的办公室拍摄的照片）是比尔•盖茨战略团队的元老之一，后来应比尔•盖茨的要求领导微软的机器人计划，并在2005年组建了微软机器人部门。
图6 Tandy Trower在Hoaloha Robotics办公室中
1981年，Tandy在Atari工作，当时他建议管理层授权Microsoft Basic使用他们的产品，年轻的比尔•盖茨前往Atari与Tandy协商产品的功能。后来盖茨聘用了Tandy，Tandy成为了微软的元老之一。
盖茨后来选择Tandy组建和发展机器人部门一点都不奇怪，因为Tandy了解机器人社区，并且知道如何将微软的软件精髓融入到不断发展的高级机器人系统中。2006年6月，他的团队开发出了Microsoft Robotics Studio，这是一个专门为大学和机器人业余爱好者开发的软件包。
史蒂夫•鲍尔默于2000年出任微软CEO，他大力开发他认为能够盈利的产品和技术；在他的领导下，微软的确挣了不少钱。鲍尔默从来就不看好机器人部门，因为他并不像他的导师、时任董事会主席的盖茨那样有远见，能够看到机器人在未来的巨大潜力。
2006年盖茨卸任，退居首席软件架构师，Tandy似乎看到了不祥的预兆。虽说盖茨仍然是董事会主席，但CEO鲍尔默并不赞同他的想法。鲍尔默想立即知道如何让机器人在微软成为“十亿美元级”的业务部门。盖茨（和Tandy）对新项目开发的热情似乎已被机器人部门磨灭了。
2008年，该产品的名称改为Microsoft Robotics Developer Studio（RDS），并发布了2.0版。随后又发布了RDS更新和软件开发工具包。当我第一次采访Tandy时，我注意到他的真正兴趣是用机器人辅助残障人士和老年人，而这一目的是无法在微软实现的。他于2009年离开微软并创建了自己的公司Hoaloha Robotics（Hoaloha在夏威夷语中是“关心陪伴”的意思）。
Tandy离职之后，我后来又采访过微软机器人部门的员工，在交谈中我感觉到这个部门已经背离了Tandy的方向，也不符合盖茨当初创立此部门时的本意和目标。或许鲍尔默是对的，机器人这个领域水太深，而且与微软最初的业务目标相差太远。
不知道其他大公司是否也会规避机器人的复杂性，而转向更新的“热门领域”，例如光伏发电或电动汽车。
让我们再来谈谈Tandy的Hoaloha Robotics公司，他的公司正在开发社交互动式的自主机器人。这样的个人机器人不仅对老年人和残障人士大有帮助，而且对神经发育障碍患者也非常有用，例如亚斯伯格综合症和自闭症，这些疾病都属于社会功能障碍。
多年来我一直在研究辅助性机器人设计，即在人们跌倒时提供帮助或进行身体上的照顾，Tandy的机器人设计与我所做的不同，他的设计不涉及人/机交互的法律责任方面。
在我访问Hoaloha Robotics期间，Tandy花了很多时间描述他的机器人设计问题和计划实现的功能。我看到了3个不同的工作原型，它们展现了Tandy在机器人开发中的思想过程转变。
“目前的设计方向是安全、有用、易用且价格适中的家用机器人。”Tandy还表明“硬件是一个推动因素，但绝不是成功的关键。从某种意义上讲，任何人都可以制造机器人，但制作一个有用、易用且价格合理的机器人仍然是最难的部分。”
这并不是说他所展示的“硬件”未使用复杂的机械系统和软件。在几个演示中，机器人使用了视觉、口头、手动和自动命令来执行大量所要求的任务。如果我在Hoaloha所看到的一切是一种未来征兆的话，那么真正可用且易用的社交互动机器人很快就会出现在我们的生活中。
在介绍其他一些家用机器人之前，我想先谈谈家用机器人所执行的任务的真正重要性。毋庸置疑，每个人都有大量的任务希望由机器人去执行，人人都想在任务列表上增加更多的任务。很多人可能首先会想到一些令他们讨厌的家务活，但却没有考虑到这些活儿的复杂性，而每周他们做这些事可能只需几分钟的时间。
有一些家务活需要人的灵巧双手去做，例如叠衣服——要想设计这样一个机器人是非常昂贵的。价值40万美元的Willow Garage PR2叠一条洗好并烘干的毛巾需要半个小时，如图7所示。
图7 PR2正在叠毛巾
它有一个复杂的视觉系统，以及相关软件和令人称奇的手臂。然而，为什么要使用这台昂贵机器给地毯吸尘呢？这样的任务完全可以用400美元的Neato 机器人轻松完成。
没有人真的希望让机器人去擦易碎雕像上的灰尘，或者用茶盘托着名贵的中国茶壶和茶杯为客人送上热茶。要想设计一个既能修剪草坪又能擦实木地板的机器人同样是十分困难的，因为户外所用的轮子肯定会损伤地板。
将盘子放到洗碗机中也需要一双巧手，要把盘子正确堆放到适当的格子中，这要求操纵手臂从地面一直到1.5米或更高的高度。除了机械要求之外，还需要一个高级视觉系统来指挥四肢的动作。
还记得高级PR2机器人连叠毛巾都很困难吗？一周雇两次保姆，每次花两个小时洗衣、操作洗碗机以及做一些简单的家务，费用要比使用机器人便宜得多。而与主人进行社交互动所需的机器人却简单得多。
几年后将会有更高级的机器人，老人摔倒时可以扶他们起来，或者扶他们上床下床，等等，所有这些都通过口头指令完成。再经过几年的发展，机器人将能够自主地完成所有这些事情。
机器人外观，包括视觉外观和一些细微之处，例如嗓音和动作，对于潜在的顾客是非常重要的。图8显示的是卡耐基梅隆大学机器人学院开发的高级机器人Herb，你能想象出当它出现在一个毫无准备的老人面前时会怎样吗？毫无疑问，周围几个街区都会听到一声令人毛骨悚然的尖叫！
图8 卡耐基梅隆大学开发的机器人Herb—— 一款可能的家用机器人
在意识到这个怪物只不过是一位友善的机器人助手之前，训练有素的海豹特遣队员可能会轮圆胳膊扯掉这个“200磅重的螳螂”的手臂（我能想象到遭到重创的机器人躺在地板上说“我只不过想要一个奥利奥呀”）。
图9所示有两只5自由度手臂的机器人怎么样？它活像一只跑出来的200磅重的蛆虫。这个外观现代化的高级机器人拥有视觉系统、一个交互式屏幕、激光雷达导航以及不错的功能，很适合家用。然而，它的外观可能还需要再柔和一些。
图9 2010年上海世博会上展出的家用监控机器人
这两个机器人只是开发团队用来优化其功能的原型平台。它们都是造型优美的高性能机器人；它们的最终改良版本将具有更友好的人机接口，当然最终产品会比初始模型便宜得多。这两个机器人都采用了多自由度（DOF）关节的手臂，这种结构很昂贵，因为需要特殊模具，机械臂必须使用昂贵的关节以及内部电机/编码器组件。
这里给出一个高级机器人手臂成本的例子，如图10所示，Willow Garage公司出售一款特别版的单手臂PR2机器人，与双手臂相比，这款机器人的价格是115 000～285 000美元。一款带有两个带活动关节手臂的全功能家用机器人肯定不会低于285 000～400 000美元，这一价格甚至是高收入家庭也承受不起的。
图10 Willow GaragePR2-SE
我的研究显示中等收入家庭的最大承受能力约为1万～1.5万美元。当元件销售量上升并且竞争加剧时，这一成本肯定会降低。
与计算机和智能手机等电子设备不同，像机器人和大型设备这样的电子机械相对来说会昂贵一些，因为它们更复杂，而且需要劳动密集型的装配。在制造过程中，外壳、内部结构以及机器人手臂和驱动系统使用了很多紧固件和金属切割作业。
罗宾•威廉姆斯主演的《机器管家》（图11）或《机器人与弗兰克》中的机器人在做家务方面，要远胜当今高级机器人实验室中的任何产品。它们使用“核动力源”（无论那是什么）可以运行好几天，而像本田的Asimo这样的高级机器人使用笨重的锂离子电池供电，在最好的情况下也只能运行一小时。
图11 机器人管家——由罗宾•威廉姆斯饰演的新型旗舰版家用机器人
过去几年，我们在电池技术上有了一些难以置信的进步，但家用机器人所需的那种能够驱动机械运动的高电能技术尚未出现。
锂-铁磷酸盐和其他化学成份被证明是更好的替代，但我们还有很长的路要走。电机、驱动器和其他耗电部件对电力的利用效率越来越高，但还不足以解决电力不足的问题。
家用机器人还缺乏真正的智能和交互式视觉能力。Microsoft Kinect和PrimeSense传感器，以及CMUCam系列摄像头为机器人实验者提供了一些不错的视觉功能，但它们甚至都达不到简单家用机器人操控任务（例如叠衣服或做饭）所需的复杂视觉反馈。很多这样的传感器的价格在100美元之下，如图12中所示的CMUCam 5的售价为69美元。
图12 常用的CMUCam 5
人类的眼睛与大脑协同工作，实时分析复杂的景象，并指挥我们的胳膊和手去执行复杂操控任务。机器人正在慢慢利用这样的技术。Neato机器人吸尘器通过一个旋转的激光雷达传感器进行SLAM导航，这是实验者们在家居环境中结合使用多种传感器进行基本导航的一种“视觉”方法。
上面简要介绍了有关节的多自由度手臂和功能性抓手或机械手的用处，然后我们又谈到了它们有多么昂贵。这些类型的设备在工业机器人领域被称为“末端操纵装置”，随着家用机器人的普及，它们将变得十分重要。
鉴于此，机器人设计者必须开发有用且不那么昂贵的抓手和手臂。不仅要让顾客能够负担得起，而且必须易用且安全，因为它们是机器人与人类交互的主要接口。
把摔倒在地的人扶起来是我遇到的最难的设计问题之一。安全是至关重要的，但是安全方面是与严格的责任处罚联系在一起的，这就像任何“医疗设备”在可能造成人身伤害时要负责任一样。
为满足法律规定，必须进行大量原型开发和测试，这为辅助性家用机器人增加了大量成本，但这些机器人最终肯定会被开发出来。毕竟人类社会中有很大一部分人需要它们。
前面讨论了一些非常有趣的可在家中使用的机器人。它们的价格在几百美元到40万美元。每位设计者都有其独有的设计特色。我曾在几个亚洲站点上看到过如图13所示的家用机器人，但网站并未提供这种机器人的详细说明。它有两只类似于人类的手臂，但没有手指。
图13 站在现代厨房中的中国家用机器人
图14所示的机器人是Grandar Shang-hai Robotics公司制造的，它凭借识别人脸表情和汉字书写的能力而闻名。它有两条DOF手臂和一个触摸屏，目前尚处于研发阶段。
图14 Grandar Robotics制造的家庭教育机器人
三星与韩国科学技术学院（KIST）联合开发了一个名为Mahru的人形机器人，如图15所示。这款机器人于2008年首次公开亮相，在过去的几年中有了大量改进。这款与人类身材相仿的双足人形机器人被认为是韩国与日本Asimo机器人竞争的产品。
图15 三星与KIST联合开发的Mahru辅助机器人
这款机器人能够识别人脸、声音和物体。我曾参与制作并使用过韩国两个最受欢迎的人形机器人——Dongbu Hovis Lite和Robotis Bioloid，因此我对韩国机器人工业很有信心，我相信他们一定能够在市场中推出最先进的机器人。
日本在家用机器人领域当然不甘落后。本田公司的Asimo机器人享誉全球。日本东京大学研制的AR辅助机器人（图16）是一款奇妙的人形机器人，它是专为家居环境设计的。
图16 模拟家居环境中的IRT AR辅助机器人
“这款机器人原型有1.5米高，130千克重，拥有32个自由度。目前，它可以擦地板、擦桌子、检拾杂物并放到垃圾桶中，甚至能够将物品放回原位，还能收集脏衣服并放到洗衣机中。”
它有6个轮子和5个摄像头，并且使用激光和超声波测距仪进行导航。像所有人形机器人一样，电池只能使用1小时左右。
丰田、富士通、松下、三菱等多家日本大公司为这款机器人及其他机器人的研究提供了资助。
正如我们看到的，家用机器人是机器人工业关键参与者们心中最大的梦想。但在目前这个时刻，我们还没有能够执行家居服务的功能齐全的机器人，但我们已经越来越接近这一目标了。图17所示的机器人来自威尔•史密斯的电影《机械公敌》，电影中的这一幕发生在2035年。或许到2035年，我们仍然不会有双足的人形机器人，但真正有用并且智能的轮式机器人将会为我们当中的一些人服务。
图17 美国的NS-5机器人在厨房中——来自电影《机械公敌》
遗憾的是，特斯拉公司和美国太空探索技术公司（Spacex）的创始人伊隆•马斯克认为，人工智能将是“我们最大的存亡威胁”。
是的，这些机器人的第一批买主可能是那些早期采用者，但或许它们的开发者就在我们的读者中间。
Tom Carroll 撰文 雍琦 译
我最近读了一篇极棒的文章，由Frank Tobe撰写并发表在他自己主持的在线杂志《机器人报告》上。Frank的文章名为《机器人准备好了吗？》，文章介绍了27家公司，真是让我大开眼界，没想到有那么多机器人正投身于跟人类命运息息相关的农业领域。在我看来，农业是人类最重要的产业，它不仅为人类和牲畜提供食物，而且为工业生产提供能源。
沿着加州I-5高速公路往南行驶，一路上会有数百英里路程穿越加州中央谷地（图1）。中央谷南北长约724千米，东西宽74～96千米。这片58 274平方千米的“伊甸园”生产了全世界90%的杏仁，还盛产莴苣、土豆、葡萄、棉花、杏子和芦笋。美国农产品出口量的8%都来自这里。
图1 加州中央谷
我沿101公路返回时，看到了品种繁多的农作物。农田上方有时会有嗡嗡作响的喷粉飞机喷撒农药，防止病虫害。
本文不想一上来就介绍那些让农业劳作变得简单轻松的机器人，我反到是想先讨论一下这个问题：人类作为捕食者，是怎么迈入农业生产的。
一开始，我们的祖先可能注意到了这样一个事实，他们丢弃在岩穴周围的果核和种子可以生发出果树来。这让他们意识到，只要把这些又黑又不起眼的东西放到地里，它们就能长成新的树木。谷物也一样。
同样的，他们学会了圈养动物。比起追捕、猎杀野生动物来说，圈养动物容易多了。
时光匆匆，数千年之后，农业已从小打小闹发展成占用大量土地的产业。为了适宜作物生长，土地必须不断耕耘，我们的祖先在很长时间里都以人力进行这项劳作，如图2所示。
图2 人力耕犁
用犁耕地的方法有一个演变过程。开始的时候，由人从后面推犁。后来发展成由某种温驯的动物在前面拉犁，人在后面扶着，如图3所示。在世界上许多地方，农业生产的面貌依旧如此。
图3 马力耕犁
当农产品生产日益丰富，不仅能满足一家口粮，还能往外出售时，大规模耕作方法就显得很有必要了。耕地面积增大，播种和收获时需要的人力和畜力越来越多。图4展示了一个夸张的场景，“增加马力”，拉动更大的农业工具。
图4 需要更多马力？那就多来点马吧
农业机械化生产设备的革命性发展，当拜Cyrus McCormick所赐，1931年22岁的他发明了收割机。年轻的McCormick从他父亲失败的发明设计中汲取经验教训，不断改进他的发明。直至1845年，McCormick的收割机才真正拿得出手，开始销售。
图5展示了1884年改进之后的收割机，不仅能收割，还能捆扎。收割机是19世纪最重要的发明之一。
图5 1884年的McCormick收割机和捆扎机
让我们把时钟拨回1984年，Tom Selleck的电影《失控》 （Runaway）在那一年横空出世。电影讲了一个警务机器人专家追捕一个失控的农业机器人的故事。这个专家新交的女友，后来逮到了任性的机器人。正是这部电影让我意识到，机器人在商业化生产的农业领域大有作为。
据估计，世界人口在2050年将达到90亿。到那时，农业产量必须得比现在番一番，才能满足人类需要。全世界可耕土地面积是有限的，所以，生产效率得提升25%才能满足产量翻一番的要求。Frank Tobe那篇远见卓识的文章，概括了一些在农业发展方面让人眼前一亮的事实，包括：
我是在北卡州东部的一个农业小镇长大的，从小就见识过各式各样的拖拉机和农业设备。几十年后，我移居到华盛顿州西南部的另一个小镇，仍旧能时时在住处周围看见拖拉机。不论新旧，拖拉机从来都是国庆日巡游里的常客。每年夏天，克拉克县博览会展览的拖拉机总会吸引很多人，包括我自己。
图6展示了一辆典型的老式拖拉机。约367千瓦单缸引擎和约73千瓦调速轮组合在一起，就能带动多种不同的农业机械，我总觉得这很神奇。你所要做的不过是点燃引擎，让它每隔五圈给飞轮一把推力。
图6 1925年的Hart-Parr 12-24拖拉机
图7展示的是一台未经清理涮洗的老式引擎。洗干净的话，它看起来就跟图片背景里那台绿色引擎一样。它们的结构简单，永不停歇。
图7 老式煤气引擎
图8展示的Steiger 535是一辆典型的现代拖拉机。为了增加牵引力，它装配有巨型轮子，看上去有点夸张。现在的拖拉机设备丰富，配有空调、封闭式驾驶室、舒适的座椅、音响系统、GPS，有的甚至配有小型冰箱，可以在漫长的全天田间劳作里为你提供“冰饮”。
图8 现代Steiger拖拉机，装备有舒适的驾驶室
图9展示的是由Autonomous拖拉机公司生产的Spirit AT4000，它是真正的全自动拖拉机。请注意，它没有驾驶室。这辆拖拉机重达11吨，其实还算是轻的，因为设计时考虑到了避免压实泥土。
图9 Spirit AT4000原型机，由Autonomous拖拉机公司生产
2012年的原型机使用了光电混合导航系统，可以防止拖拉机越出耕地边界。
Spirit拖拉机以一对惠普202柴油发动机带动一对发电机，后者驱动分别装在四个轮子上的电动马达。轮子转圈，带动宽大的履带行进。
经过十多年的发展，自动拖拉机已经不再使用GPS做导航了，GPS总会周期性地出问题。现在，人们在耕地周围设置激光发射器和接收器，可以精确地为拖拉机导航。如果激光遇到山体或障碍物，就辅以甚高频（VHF）电台。图10展示的是正在加装干草收割设备的Spirit拖拉机。
图10 自动拖拉机Spirit正在装配干草收割设备
在讨论各种特别的机器人设计之前，我想先重点介绍一下一位真正的机器人设计专家，他一直致力于研发温室专用机器人。Harvest Automation公司的联合创始人和首席技术官Joe Jones，发明了一种非常引人注目的机器人。这种机器人不仅有搬运功能，还能自动定位植物生长罐。图11展示的就是Harvest Automation生产的HV-100机器人，已经有一些新闻报道以视频形式展示过它的风采。HV-100让我不禁想起科幻电影《宇宙静悄悄》（Silent Running）里的三个角色：Huey、Dewey和Louie。这3个机器人长相粗短，行动笨拙，为星际飞船Valley Forge上的船员提供服务。
HV-100身材小巧，由轮子驱动，能够搬起多种不同的植物罐，将它们快速运到其他地方。这种机器人由传感器和程序控制，可以忠实地完成任务。在图11里，标出了各部件名称：（A）激光测距仪、（B）边界传感器、（C）夹子、（D）紧急制动开关，以及电器封装部位。
图11 Harvest Automation公司生产的能够操控植物生长罐的HV-100机器人
Jones在参加某次机器人工业论坛时，就怎样决定设计何种机器人发过一番妙论。Mark Hoske在其为《控制工程》杂志（Control Engineering Magazine）撰写的一篇文章中摘录了Jones的一句话：“用于农业的小型移动机器人。”他的机器人方案备选清单几乎是为农业生产量身定制的，但同样适何于其他种类移动机器人的设计和制造。要想发明出成功的机器人，Jones认为必须做到以下几点：
1．做人们想要的；
2．技术手段必须是现成的；
3．比现有产品更具成本优势。
Jones在机器人领域有着广泛深厚的背景，曾就先后职于三家不同的机器人公司以及著名的MIT机器人实验室，打造过iRobots等多个商业项目。
农业生产中有许多重复性动作，大多数人觉得这很痛苦。快速检查一下图11中的机器人，我们就能知道，它是以现成技术为依托的“差异导向平台”（differentially steered plaform）。它尺寸娇小，结构简单，在同现有劳动力的比拼中极具竞争力。
Jones指出，设计移动机器人还有特殊要求：“设计任何一种移动机器人，都面临6个方面的挑战：应用系统（传感器、执行器和软件），导航系统，应急系统，移动系统，动力系统，以及交互系统。”
他还指出，典型的农业劳动“……常常伴随因重复提取重物造成的劳累。季节性劳动力极其稀缺，其中80%又是非法劳工，工作效率极低。”
叶用莴苣（也就是生菜）是加州中央谷市价最高的作物，每年的产值大约为16亿美元。莴苣产业包含的内容，远远不止采摘、包装、运输、销售和食用这几项而已。
要让这种绿叶蔬菜变成你的沙拉或三明治里的食材，不光是让它生长成材并整株采下那么简单。要想让这种作物健康成长，必须得好好看护它们。加州的传统是雇佣大量廉价劳动力，但近来能雇到的人越来越少，而且要价越来越高。
人们通常觉得农作物不需要除草和间苗，但莴苣需要一定的空间才能长成。必须定期除去发育不全或受病的植株。严禁采摘还在生长过程中的小植株。这些判断，都由受过训练的人作出。
快来看看莴苣机器人吧，它由Jorge Heraud和Lee Redden设计研发，他们曾是斯坦福大学研究生同学。
在斯坦福大学时，Jorge和Lee参加过精益商业模式课程（Lean LaunchPad）的一期创业课，之后，他们燃起雄心壮志，希望通过机器人和计算机视觉技术，实现农业可持续发展。在课程中，这支团队创造了莴苣机器人的原型，并在加州中央谷的田间进行了测试，成功地让计算机识别出不同种类的农作物。全自动莴苣机器人从此诞生了。
借助几位教授的种子基金和美国国家科学基金小企业创新研究计划（NSF SBIR）的一笔资助，Jorge和Lee的事业开始起飞，他们组建了自己的公司，取名为蓝河科技（Blue River Technology），寓意可持续、充满活力、永远前进。
蓝河科技指出：“莴苣机器人（图12）是一种由拖拉机牵引的设备。机器人随着拖拉机前行的脚步拍摄莴苣，利用专门设计的计算机视觉算法，把拍得的图片与数据库内的莴苣图片作比较。据报道，对比的精确程度高达98%。如果机器人检测到杂草或需要间苗的莴苣，就会打出一剂浓肥料，消灭有害植株，保护其他植株健康成长。不可思议的是，即使以每小时1.9千米的速度穿越农田，莴苣机器人的间苗效率仍能抵得上20个手工劳动力，不论是准确度还是速度。”
图12 加装在拖拉机上的Blue River莴苣机器人间苗机原型
图13描绘了全自动莴苣机器人工作时的景象。莴苣产业对于加州经济来说极其重要性，因此，目前已有其他几家公司正加入到设计研发莴苣机器人的队伍中来。
图13 全自动莴苣机器人作业概念图
Agrobot机器人是几家研究团体的创作结晶，这些团体的总部都坐落于西班牙韦尔瓦市（Huelva）。Agrobot计划由工程师Juan Bravo牵头，图14中驾驶收割机的就是他本人。Juan Bravo的身后，是多个配备终端感知器的“采摘臂”。图15展示了采摘机器人在草莓试验田作业的场景。
图14 Agrobot机器人的草莓采摘平台
图15 实验温室内，横跨三排草莓的Agrobot机器人
Agrobot机器人并不是以机械手段等价复制人手的复杂功能。它利用可视化技术，将橡胶裹衬的篮子（图16）引导至已经成熟的红草莓那里，然后用升降设备把草莓摘下。
图16 橡胶衬裹的篮子可以温和平缓地摘下单个草莓
采摘草莓可不是件轻松的工作，它长得离地面得近，需要一次又一次弯腰劳动。我小时候为了挣零花钱就摘过草莓，一篮0.5美元。一点都不好玩。
摘下的草莓放到传输带上，运送到坐在机器人前面的工人那里。工人对草莓进行检测，并把它们封装在容器里——翻盖盒、柳条箱或木桶都可以。承接草莓的橡胶篮由好几条机械臂抓着，以便同时进行双向采摘。这种机器人已在加州沃森维尔市（Watsonville）得到使用，那里出产的草莓占全加州产量的40%。
加州的企业家们见识了这种机器人的原型之后，它们有机会在试验果园里得到进一步检验。如果要使用收割机器人，植株必须单排种植，这样会减少种植量，产量也随之减低。多数地面还得抬起，以便采摘篮能够到植株的所有部位。
潜在买家得明白，机器人不会自己思考，不会找出隐藏在叶子后面或处于植株偏僻角落里的果实。这种机器人售价250000美元，配备60条机械臂。
几年前，我写过一篇文章介绍Wall-Ye V.I.N. 1000修剪机器，如图17所示。这种机器人专门用于在葡萄园内修剪枝叶。这种由法国梅肯市（Macon）的Wall-Ye公司发明的机器人，已经开始改变葡萄酒工业。
图17 Wall-Ye修剪机器人正在打理葡萄园
这种机器人的奥秘，在于通过有效地整合关节臂与视觉系统，伸入葡萄植株，剪掉已死亡或得病的部分。这种工作通常要花费工人们数百小时的工作时间，而且工人的技术水平还得达到这一高度，才能判断哪些部分是需要修剪的以及怎样修剪。
人们有时候轻视农业劳动，但实际上，大多数农业劳动需要的并不仅仅是体力。这种价值30000美元的机器人，将在很短时间里证明自己物有所值，为葡萄园主承担那些令人生厌但必不可少的劳作。
目前为止，我接触到的农业机器人品种还很少，前面提到的Frank Tobe的文章让我受惠良多。不论什么产业，都能利用现代科技增加产量，降低成本，提高安全性，生产出各方面都更加优秀产品。每当想起这些，我都不由得心潮澎湃。
农业也不例外。无人机盘旋于田间地头，可以勘察地面，侦测灾害，监视劳作，以及做其他种种事情。机器人拖拉机和自动化设备，可以独自完成耕地、种植、收割等任务。给果树修剪枝叶、采摘果实的任务，也可以交给机器人。
挤牛奶的工作与农业类似。如今，不再有挤奶工坐在挤奶凳上手工挤奶的场景，就像图18中那种方式那样。牛奶场使用机械挤奶设备，自动驱赶奶牛到指定位置，清洗乳房，将挤奶器接到牛乳头上。挤奶器检测到挤奶结束后，从牛乳头上移除奶杯，再把奶牛赶回牧场。
图18 旧式挤奶方式
请读者注意，我在文章里提到的机器人都还处于原型阶段。不过，它们肯定能迈上新的台阶，成为主流应用。
农业必须改变，它也正在改变中。人类需要以更低的代价获得更多的食物，旧式的农业生产方式必将淡出历史舞台。
Tom Carroll 撰文 李军 译
有一天我看着我家的猫Rocky在厨房的角落里吃掉了它盘子里的食物，而我家厨房铺的是硬木地板。在吃完东西之后， Rocky开始使用自己的爪子去抓地上一些不存在的脏东西，覆盖到它剩下的食物之上，它这种做法很像是非洲塞伦盖地大草原上的猎豹覆盖住没有吃完的羚羊。当然，当附近还有游荡的鬣狗的时候，猎豹还是要小心一些。我冲我的猫喊道：“Rocky，你这只傻猫。你知道自己在干什么吗？”
当然，Rocky并不知道自己在干什么，并且也不知道我在说什么。它只是继承了其远古近亲的DNA，学会了必须保护自己的食物。
我们可能会嘲笑动物的滑稽行为，但是心理学家肯定知道，我们人类也由于一些未知的原因而做很多疯狂的事情。
Rocky的大脑很小，只有28克，只能够容纳那么大的“计算能力”，这和机器人中的一个微控制器差不多。是的，这么小的大脑使得Rocky能够做很多令人吃惊的事情。
智能是不是被高估了？人工智能（Artificial Intelligence，AI）是不是被高估了？我们能够指望在有生之年，将足够的智能构建到所创造的机器人中吗？众多的大学、公司以及机器人和计算机试验者，都在进行艰难的尝试，让AI在机器人中变为现实。然而，很多专家也很害怕人工智能所取得的进展。
当我们大多数人对某个事物的了解真的比电视或电影中所展示的要少的时候，尤其是当这个事物带有一定的技术特性的时候，似乎这个事物总是会成为罪恶或者有恶意的。很多科幻电影似乎以一种负面的方式展示扭曲了的阴谋诡计或者灾难科学。机器人和计算机就是很好的例子，尤其是当这二者一起呈现的时候。
电影《2001:A Space Odyssey》中的HAL9000计算机在杀死了3名船员之后接管了太空飞船，因为HAL认为太空飞船的任务比船员的生命更重要。通过添加发光的红色眼睛，如图1所示，使得这个计算机有一个邪恶的外表，这和图2中所示的终结者机器人如出一辙。
图1 电影2001:ASpaceOdyssey中的HAL9000
图2 电影《Terminator Salvation》中的终结者机器人
在第一部《终结者》电影中，主要的机器人通过时光穿梭回到从前并且只有一个目标，这个目标已经通过编程输入其“大脑”中，这就是杀死准妈妈以阻止人类未来的领袖的诞生。
在Will Smith的电影《iRobot》中也有相同的情形，其中V.I.K.I.（表示VirtualInter-activeKinetic Intelligence）AI大型计算机，如图3所示，命令所有的NS-5消费者机器人反抗其人类主人。当看到人类似乎正在进入自我毁灭的模式，V.I.K.I.决定她必须反抗Asimov的机器人三大定律，以保护人类免遭伤害。
图3 电影《iRobot》中的超级计算机V.I.K.I.的画面
数以千计的图书和文章以多种方式介绍了AI。其中一些深入到编写代码，并且描述了计算机所使用的类型。似乎对于人工智能有很多种定义，大多都与和机器人的定义相同。我确信，本书的大多数读者都对这个主题有很好的理解，因此，不想对AI进行任何长篇大论的讨论，而只是介绍其发展历史中的一些关键时刻，以及导致媒体中混淆的几个问题。
Pamela McCorduck写了一本很好的图书，《Machines Who Think》 （如图4所示，于1979年出版），这是我所阅读过的关于人工智能的历史的一本最好的图书。他在书名中使用了“who”一词，这真的给我留下了很深刻的印象。
图4 Pamela McCorduck的关于人工智能的好书
我想起了电影《Short Circuit》以及这部电影中的机器人明星（如图5所示）所说的话：“我不只是一台机器，Johnny 5是有生命的”。并不是像电影所描述的场景那样，当机器人被闪电击中的时候，它就变得智能化了；机器人实际上变得更有自我意识了。给机器人添加一个可爱的声音，肯定会让它更加个性化。这是一个关键问题，众多的AI专家认为个性化在机器智能中很重要。
图5 电影Short Circuit中的机器人Johnny 5
让我们讨论几个更广泛的和不同的例子，这些是关于AI应用于机器人和自动化交通工具的例子。
回到2004年，DARPA（Defense Advanced Research Projects Agency，美国国防尖端研究计划局）主持了几种自动驾驶交通工具之间的第一次比赛，这次比赛是在现实生活中的户外环境进行的。竞赛的方法经过了精心的设计，定义了一组需要解决的军事目标，并且允许参赛者相互竞争以获得奖金。这种竞赛的方法已经验证过，比事先给几家大公司支付数百美元并指望它们给出有效的解决方案要更好。
第一届DARPA 挑战大赛在2004年3月进行，选取的是从加利福尼亚州和内华达州之间的沙漠中的240千米的越野路段。军方的目标是最终在2015年实现1/3的地面军事力量自动化。
基于这一点，国会授权DARPA为胜利者提供100万美元的奖金。有100个团队参赛，最接近目标的团队只完成了该赛段中的11.8千米。这就是卡耐基梅隆大学改装后的悍马（如图6所示），它遇到了一块岩石，遇到了一个篱笆，然后就挂掉了。此次比赛没有获胜者。
图6 CMU改装后的悍马参见了2004年的DARPA挑战大赛
这是DARPA的尴尬的错误吗？绝对不是。从现实生活中的错误中获得的教训，要比从计算机模拟中学到的东西更多。
一年半之后，第2届挑战大赛开始了，一开始有23个参赛团队，除了一个团队以外，其他的团队都超越了上一次比赛的11.8千米的记录。这些成绩和第一次竞赛成绩相比，有了显著的提高。
有5辆车完成了整个赛程，斯坦福大学团队的Stanley以6小时54分的成绩获胜。卡耐基梅隆大学的两个参赛团队分别以7小时5分和7小时14分获得了第二名和第三名。
竞赛者必须通过3个狭窄的隧道，100个急转弯，并且要盘山经过陡峭的山坡。对于在地面上行驶的无人驾驶交通工具（当然是经过改装的）来说，能跑完这样的路段真是不错了。此次竞赛中，来自Oshkosh卡车公司的重达13.6吨的Teramax车获得了第五名的成绩。
“机器人”自己并没有从之前的参赛者的错误中学习，程序员利用错误来编写出更好的代码。
在本文中，我已经使用“人工智能”这个词好几次了，到底什么是人工智能呢？我浏览了很多的站点，并且很少有地方会给出真正科学的定义。大多数定义假设读者对于什么是AI已经有了自己的想法，这包括其特性是什么。维基百科对人工智能的定义如下：
人工智能是机器或软件系统所展现出来的智能。它是一个研究的学术领域，研究创建智能的目标。主要的AI研究者和教科书，将这个领域定义为“智能体的研究和设计”。其中，智能体是能够感知自己的环境并采取行动，以使得自己成功的机会最大化的系统。创造了人工智能这一术语的John McCarthy，将其定义为“制造智能机器的科学和工程”。
考虑对AI的描述，我们应该将DARPA挑战大赛中的参赛者称为真正的智能吗？这些车都拥有多个基于微处理器的计算机，并且被多个传感器所覆盖，如图7所示。但是，这就使得它们算的上智能了吗？
图7 DARPA 挑战大赛中的传感器特写
DARPA机器人挑战赛（DARPA Robotics Challenge，DRC）又怎么样呢？参加这个比赛而开发的机器人，其目的是将来用做灾难救援机器人，就像图8所示的MIT开发的Atlas那样。这个竞赛是DARPA挑战赛中最独特的，也是花钱最多的，并且将会成为展示人工智能的首屈一指的比赛。
图8 MIT和Boston Dynamics为DARPA而开发的Atlas DRC机器人
“DRC是机器人系统和软件团队之间的竞赛，参赛团队都开发辅助人类的机器人功能，以应对自然和人为灾害。这个竞赛设计的难度极高。参加的团队代表了世界上一些最高级的机器人研究和开发组织，他们将在很短的一个时期内协作和创新，以开发出硬件、软件、传感器和人机控制界面，从而使得自己的机器人能够完成DARPA为了相关的灾难响应而选定的一系列的挑战任务。”
再仔细看一下这些DRC机器人，一共有19个团队合格地通过了从2012年开始的几个实验性阶段，并且比赛在2015年6月结束，获胜者将得到200万美金。NASA的JPL开发的RoboSimian，如图9所示，只是该竞赛的参赛者之一。其中的6个参赛团队，获得了由Boston Dynamics为DARPA开发的Atlas机器人（总价值为1090万美元）作为开发平台的奖励。Atlas机器人的3种姿态如图10所示。
图9 NASA JPL开发的RoboSimian 2
图10 Atlas DRC机器人的3种姿态
DRC的最终决赛将于2015年6月5日到6日在加利福尼亚的波姆那进行。决赛将会要求这些机器人执行一系列复杂的和实际的任务，使用和人类操作者之间最小化的交流。尽管人们期望对这些任务做一些修改，但对机器人的最初的任务要求如下：
1．进入一个工具车辆中并将其开到现场。
2．绕过一系列的障碍物。
3．攀爬一个60度的船梯。
4．移走木头砖块和管子。
5．通过3种不同类型的门。
6．开启一个钻头并在墙上切一个口子。
7．将一个管子接到一个龙头上。
8．打开3种不同工业用阀门。
除了这些，还会要求参赛者现场解决另外一个未知的任务。
Atlas机器人直立的时候有1.8米高，体重却像一名相扑运动员一样，达到了150千克，这主要是因为其材料为钛和航空级别的铝，以及一些沉重的液压驱动系统。该机器人配备了两种视觉系统，一组立体相机，还有一组激光测距仪。腿和胳膊具有28度的自由度，并且手也具备基本的灵活度。
电力是通过外部电源以及通过拴链获得的液压驱动力，在决赛的时候，拴链将会去掉。内部的计算机负责控制所有的移动，并且读取机器人身体上的众多的传感器。Atlas还能够经受住发射物体的撞击，并且能够单腿保持平衡。2013年， DARPA程序经理Gill Pratt将Atlas的原型比作为一个小孩子，他说“它只有1岁那么大，并且勉强能够行走；1岁的孩子会摔很多次跤……，而这就是我们现在所达到的状态”。
对于这次竞赛以及机器人参赛者的一个关键性的描述是，它们都是由人类监管的地面机器人，能够在危险的、恶劣的、人类工程环境中执行复杂的任务。从另一个角度来看，考虑一下在2011年毁于海啸的日本福岛核电厂。放射性原料污染严重，并且氢气爆炸摧毁了大部分的建筑。这个环境正是为人类而构建的，包含了门、楼梯，以及可供人体通过的通道。
从机器人的视角来看，这个环境中的所有的控制、阀门和照明都是为了使用人类工具而设计的。其中散布了很多的碎片，并且这使得行走、移动和工作都变得很困难。很多不同的遥控式的机器人仍然用于完成这种非常困难的清理任务。
现在，设计一个人类大小的机器人，它带有和人类类似的肢体，并且通过几乎很常见的人类操控，进入到这种环境或者类似的环境。当外部的人类监控由于某些未知的原因而停止的时候，就允许其自动运行。看一下这些机器人以及要求它们去执行的任务，这不就是机器人的人工智能吗？我认为是。
暂时先不说价值180万美金的Alas机器人，我们来看看不算太贵的RoboCup机器人，它们设计来踢足球。这一切始于1997年，而在过去的17年中，这确实取得了一些进展。
在1997年，IBM打造的深蓝超级计算机通过6盘国际象棋比赛，击败了国际象棋世界冠军Garry Kasparov。
日本名古屋的国际人工智能联合大会的参会者得出结论，计算机也能够通过智能机器人在体力的竞赛中击败人类。实际上，在每年一届的世界机器人竞标赛上，机器人专家们预计在2050年能够打造一支机器人足球队，并且能够赢得当年前的FIFA世界杯（我们说的是世界顶级的人类足球赛）。
多年来，人们已经讨论过各种应用中的机器人。英属哥伦比亚大学（UBC）的Alan Mackworth教授撰写了一篇题为《On Seeing Robots》的论文。他认为，一支成功的机器人足球队能够解决几个困扰机器人的问题，例如，团队行为之间的协作，以及随机性移动带球的能力。Mackworth和他的团队在UBC启动了Dynamo项目，这是世界上第一个试图实现自动化机器人足球队的项目。
从1992年到1994年，Dynamo项目进行了一系列成功的试验，并且为众多人们所熟知的试验，就是现在的RoboCup竞赛。第一次比赛在日本举行，有来自11个国家的38支球队参赛。2013年的比赛在荷兰的埃因霍温举办，有来自40个国家的2500个参赛队伍，有4万人观看了这一赛事。这场赛事不仅吸引了AI研究者和机器人狂热爱好者，还包括皇家成员，荷兰的Máxima皇后也出席观看了这一赛事。
2013年的比赛场景如图11所示。两个“中型组”的机器人在一次表演赛中抢球。这些机器人不仅拥有高级的视觉系统（具备视觉移动处理功能），而且你可以看到5号机器人上有抓球和抛球的机械装置。机器人持续地看着移动的球，以及它的不断移动的队友和对手，并且很快速地处理所有这些信息以便打好比赛。这是AI在机器人中应用的一个优秀案例。图12展示了两个不同的仿真风格的机器人。Aldebaran的NAO如图13所示，它替代了不再生产的Aibo参加RoboCup比赛。最初上市的时候，NAO的价格在15000美金（最新的价格是7990美金），现在，其价格和DARwin OP机器人豪华版价格差不多了（后者即图11中弯下膝盖的那一款机器人，其价格为12 000美元）。
图11 “中型组”的机器人球队在埃因霍温打比赛
图12 两个仿真的RoboCup机器人在比赛
图13 Aldebaran的NAO仿真机器人—— 一个新的RoboCup参赛分组
这些引人注目的机器人，都带有复杂的视觉和面部识别系统。我们期望到2050年的时候，能够看到具有真正的AI能力的机器人在世界杯上和人类足球运动员比赛，或者至少他们会为了奖金而在球场上奔跑。
我们中的大多数人可能已经看到过Google汽车，其上面带有一个全景摄像机，多年来，一直在街道和高速路上行驶着，为Google Earth记录地貌数据。Google已经试验无人驾驶汽车有一段时间了，最初是一辆普锐斯，如图14所示，其中，创始人Larry Page坐在“驾驶”座上，创始人Sergey Brin坐在Page的后面，而Eric Schmidt（2001年到2011年任Google的CEO）站在车的后面。
图14 Google的Larry Page和Sergey Brin坐在普锐斯中，前CEO Eric Schmidt也在一起
新的汽车原型如图15所示，它让我想起了我多年前拥有的一辆BMW Isetta。Google汽车项目是由Chris Urmson领导的，他是前卡耐基梅隆的研究员，也是DARPA Grand和Urban挑战赛团队成员。Urmson首先为Google的职员开发了这辆车，然后，将其作为加利福尼亚山景城（Google总部所在地）的一项城市公共服务。
图15 Google的无人驾驶汽车原型
Google的无人驾驶汽车的原型没有方向盘和踏板。今年开始，要在公共道路上测试，然而，根据加利福尼亚车管局的规定，汽车需要有方向盘和踏板。据说Google已经对山景城中的每一条道路建立了地图，并且以自动模式试驾所有这些道路，为了更好地测试，还制造了一些额外的小麻烦。
Google无人驾驶汽车的测试员，可以选择以一种“随机模式”达到特定的目的地。Urmson说：“这辆汽车已经遇到过它本来不应该遇到的事情，例如堆在一起的树叶，放错地方的垃圾箱等等；有一次，一位坐着轮椅的妇女挥舞着一个扫帚追赶一只鸭子。我们本来并没有把这种情况作为一个测试用例，但是，好在，这辆车对这种情况表现的很好”。
《连线》杂志将这辆车描述为“一个形似考拉的鸡蛋”。考虑到无人驾驶汽车仍然是一个重要的因素，insurance.com表示参与调查的人们之中只有25%的人愿意让一辆无人驾驶汽车送他们的孩子去上学。Google不是进入无人驾驶汽车领域的唯一一家公司，而世界上其他的几家公司的无人驾驶汽车原型还在研制之中。
你可能已经看过电影《Her》了，这部电影是由Joaquin Phoenix主演的（如图16所示），他扮演的是Theodore。
图16 Joaquin Phoenix在电影《Her》中的场景
Theodore迷恋上了在自己电脑上安装的新的OS1软件包中的Samantha的声音。在刚刚离婚之后，Theodore和在生活中给予他诸多帮助的、强大的AI程序的温柔“声音”的关系，从“只是朋友”迈向更近了一步。现在，只要给一个原大小的仿真机器人添加这样的智能和视觉，你就可以有一个Chappie一样的人物了，这就是Sony Pictures在2015年3月6日上映的电影的名字。Chappie机器人的场景如图17所示。
图17 电影《Chappie》中的场景
在这部电影中，Chappie是一个大难不死的警用机器人，后来被一个奇怪的人类家庭所收养。这个非常智能的机器人必须成长，并了解自己在人类世界中的位置。Chappie是“第一个能够思考并感知自己的机器人。它的生活、它的故事，将会永远改变世界看待机器人和人类的方式”。
研究者只是触及了人工智能的表象，并且还有很长的路要走。机器人使用的传感器变得越来越便宜，功能也越来越强大，但是，还并没有真正接近人类的大脑和令人惊奇的眼睛，我们的眼睛远远不止是一个图像传感器。
我们惊讶于iPhone中的Siri，或者Xbox中的Kinect。甚至IBM的Watson也因为击败了Jeopardy节目中的两位表现最好的玩家而令人称奇，但是，节目中的每一个问题都必须事先输入到计算机中，并且当向人类参赛者提出问题的同时，要把这些问题作为书面文字同时输入给计算机。
是的，我们已经在AI和人工智能方面取得了很大的进展。然而，正如Elon Musk所警告的那样，在我们在AI方面还并没有真正能够达到“召唤恶魔”的程度，而且还有很长的路要走。
在电影《Chappie》中，Hugh Jackman扮演的Vincent可能切中了要害，他说：“人工智能的问题太具有不可预测性了”。
Tom Carroll 撰文 李军 译
春天是万物蓬勃待发的季节，2015年的春天对于机器人行业来说也是如此。各种类型的机器人在我们的日常生活中已经变得非常普及了。非工业消费类机器人和家用机器人快速地从销售数量和销售收入上超过了工业和军用机器人。多年以来，消费类机器人的构成，要么是像Tomy Omnibot 2000这样的高端的“玩具”机器人（如图1所示），要么是Heath Hero 2000这样的工具和教育机器人（如图2所示）。在型号的后面加上数字2000，试图向预期的客户表明，该产品是最新的技术。新千年里确实催生了很多新的机器人产品。
图1 早期的Omnibot 2000机器人
图2 Heathkit Hero 2000机器人
其他的家用机器人要么通常是较小的玩具，要么是复杂的业余爱好者构建的机器。图3所示的是RB Robot推出的RB-5x机器人，这是一般的职业女性希望家中能够拥有一台的机器人。图4所示的TOPO也是20世纪80年代准备构建的非常流行的家用机器人。除了家庭环境之外，机器人的另一个非工业的应用领域，就是昂贵的大学研究平台了，或者如图5所示的20世纪80年代早期的Denning Sentry这样的非消费类机器人。
图3 Working Woman杂志封面上的RB-5x机器人
每年1月份，国际CES（费类电子产品展）会在内华达州的拉斯维加斯举行，并且总是会展览最具有创新性或最先进的电子产品和技术。2015年的展览也不例外。有超过17万的观众（其中4.5万人是来自美国以外的地方）和3600家参展商，并且诸如4K TV、可穿戴电子设备、计算机和软件等产品令人惊叹，当然，还有很多不同类型的机器人。
图4 Androbot TOPO，由Pong的发明人Nolan Bushnell创造
图5 20世纪80年代早期的Denning安全机器人
自从我在20世纪90年代初次参加CES之后，多年来，机器人就一直在显著地增加，而当年所展示的大多数机器人还都只是无线电控制的“宣传性机器人”，例如，图6所示的International Robotics的SICO，以及一些其他类型的“玩具”机器人。
图6 International Robotic非常流行的宣传性机器人SICO
在CES 2015上备受媒体关注的一款机器人是东芝公司的Communication Android，她叫做Chihira Aico，如图7所示。媒体给这款机器人起了很多不太友善的绰号，而Toshiba的这款机器人专用于通过日语手语来和那些无法讲话的人交流。这款女性机器人的机械部分移动的颇为平顺，而其手部则可以非常自然地移动。根据“恐怖谷”理论，面无表情加上颤抖地移动的手臂，综合起来构成了其吓人的部分。
图7 东芝的Communication Android可以通过日语手语来交流
通过与大阪大学和芝浦科技研究所合作，并且依赖自身在工业机器人方面的背景，东芝在这款机器人的关节和面部集成了43个促动器，从而达到相对逼真的效果。外观设计为女性的Android机器人，最终将会拥有语音识别和合成功能，并且明年应该就能够充当接待员或展览的解说员了。这款名为Hiroshi Ishiguro的机器人也拥有很多的创新，其外表和运动都更加接近人类，但是，这款机器人也说明了要达到通过视觉图灵测试的真正的类人类机器人，我们还有很长的路要走。
1976年的电影《Future-world》使得我怀疑我们是否将会实现真正的人造人。这部电影的海报如图8所示，其中写道：“在未来的世界中，甚至当你照镜子的时候，你也无法区分人和机器”。差不多过去40年了，我们还没有到达那一步。
图8 1976年的电影Futureworld的海报
2015年的CES还展示了小小的法国机器人Keeker。据说它是家里的一个移动的扬声器和视频投影仪，但是，它的制造商使得它好像能做更多事情。如图9所示，它看上去好像是R2D2机器人的后代，就像一个鸡蛋一样。它能够将一幅1米1080P的图像投射到0.6米的距离，并且通过6个25瓦的扬声器提供360度的声音效果。
图9 智能的家庭环境机器人Keeker
它可以远程控制，并且有内建的摄像头可以进行监控。它的超声波范围、红外线、光线、空气质量、温度和湿度的传感器可以监控家居环境。要为投影仪和6个扬声器供电，我不确定电池能够工作多长就需要充电。这是一个创业起步项目，估计造价为1990美元。
在CES上，很早就能看到宣传性机器人了，但是，有一个机器人是如此令人难忘，以至于人们走遍整个场馆只是为了能够看到它。这就是Cambot（如图10所示），注意，不是Mercedes-Benz 的CEO Dieter Zetsche所展示的F 015 Luxury概念车（如图11所示）。
图10 MercedesBenz的SpokesEye 机器人
图11 Mercedes-Benz的F 015和Cambot
PC World将其描述为“你所见过的最可爱的小机器人”。Zetsche将这个3轮的小机器人放在地面上，以获得这辆车令人目眩神迷的内饰的影像片段（车中带有可转动座椅和娱乐系统），但是，很多观众反而对机器人很感兴趣。一些评论这样写到：“（人们）只是看着这个绕着舞台转动的小家伙。你想要拥抱一下他吗？我知道你想。”
CES（以及很多电视节目中）介绍的另一款机器人是由新泽西的Five Elements机器人公司生产的机器人Budgee，如图12所示。这款机器人的主要功能是帮助你运送东西，而且价格合理。
图12 从3个角度看Budgee
这款可爱的小机器人的售价是1 399美元，它可以以3.86千米/小时的速度跟在你的身后（你需要携带一个小小的发射器），陪你一起逛商店，如图13A和图13B所示。它在你身后保持一个可以选定的距离。它可以和你打招呼，并且表明其系统所处的状态，它可以拿的起22.6千克重的货物、各种物品，甚至是行李箱。
图13A 机器人助手Budgee
图13B Budgee为酒店中的商务女士运送行李
它需要充电2—3个小时，并且充好一次电后可以工作10个小时。它在CES上出现一些暂时性的停顿，但是，这可能是因为展厅里有如此之多的RF信号，而它不能找到自己的信号。在现实的环境中，不会出现这种情况。
知名的各种清洁机器人的生产商Ecovas展示了几款独特的机器人。其中的一款清洁机器人叫做Raybot，它在CES上表演了清理太阳能板，如图14所示。Raybot获得了令人垂涎的2015 CES创新奖。
图14 获奖的Ecovas Raybot在清理一个太阳能板
随着大规模的太阳能电厂的增加，太阳能光伏板的清理工作已经交给了机器人去执行了，它们在整个清洗过程中可以不使用水。Ecovacs机器人公司的市场总监Jeff Mellin说：“Raybot能够清理商业用途和工业级别的、放置角度达到75度的太阳能光伏板，它安全地使用清扫、吹风和真空吸尘的方式来去除灰尘和脏东西，确保光伏板能够接受最大量的光照以产生能源。”
太阳能已经成为全世界供家庭和企业使用的可再生电力资源中增长最快的一种。然而，很多人忘记了，灰尘和污垢会阻碍电能的输出，因为它们能够遮挡住太阳光。Raybot可以帮助确保太阳能光伏板系统总是清洁的，从而优化发电性能。
和Mercedes的Cambot机器人一样，可爱而小巧的Benebot也获得了CES观众的青睐。Benebot（如图15所示）是Ecovacs生产的一款导购机器人，它能够和顾客进行完整的对话。它配备有众多的传感器，一个可播放视频的LCD显示屏，以及为顾客指示正确方向的激光器。它设计来通过LCD屏幕和可爱的语音和顾客交流。
图15 可爱的小Benebot得到了CES观众的青睐
并不是所有最耀眼的机器人都是在CES 2015上看到的。为家居生活设计的最好的机器人（从工程师的视角来看）之一是Care-O-bot，这是由德国斯图加特的Fraunhofer制造工程和自动化IPA研究院所设计的。我持续关注Car-O-bot系列机器人的发展有很长一段时间了，现在，它已经到了第4代产品。
多年来，我一直关注为老年人设计的价格合理的个人机器人助手的进展，而德国在这一方面的进展令我颇受鼓舞。Care-O-bot设计和实现来在日常的生活中主动帮助人类，充当能够独自运送物品的家庭助手，充当用户的通信助理，并且使得用户能够独立生活。这个系列的第4代价格没有那么昂贵了，并且据说功能更多。
自1998年第一代Care-O-bot诞生以来，严格来讲它只是一个研究平台，这导致了图16所示的第二代产品。9年前我曾经简单介绍过这款机器人。如图16所示，这款机器人的设计似乎是集中关注老年人。后部的一个手柄，使得这款机器人可以充当走路的手杖，而高质量的机械手臂可以轻松地负重2.72千克。
图16 德国Fraunhofer研究院发明的Care-O-bot 2
图17所示的第3代Care-O-bot展示了当不用手臂的时候，手臂如何放在机器人的后面，并且通过其多功能的托盘和LCD触摸板的组合，它可以为人类服务。图18展示了这款机器人的内部构件，图19展示了运动中的胳膊。Care-O-bot 3当前的价格预计在320 000美金，几乎和Willow Garage PR-2在差不多的价格空间。它真的很贵，因为它基本上是手工打造和机械制造相结合的。精密的机器构件，两个SICK S300和一个Hokuyo URG-04LK的激光扫描仪，3个奔腾级的处理器，Schunk LWA3的胳膊，以及可以伸展达1.19米SDH夹子，这些都是高质量的构件，也难免会增加成本。
图17 Care-O-bot 3用软性泡沫材料覆盖的高级胳膊
图18 Care-O-bot 3的构造说明
图19 Care-O-bot 3胳膊的伸展和运送模式
通过60 Ahr/48伏特的锂电池供电，这款机器人有1.45米高、181千克重。它是很能干的机器人，其耐用的软泡沫外表，使得它很适合在老年人和其他人类身边使用。它从腰部开始向前弯曲，在其软塑料的头盔后面的一个略微倾斜的平板平台上，有几个传感器和摄像头。
图20所示的最新的Care-O-bot 4，展示了其当前的设计方向将是会全面降低成本。注意，它和可爱的Benebot一样，有一个倾斜的脸部。
图20 新的Care-O-bot 4
针对内部结构，采用冷弯钣金件而不是机加工板梁，这使得Care-O-bot的成本显著下降。现在有了带两只胳膊的版本，如图21所示。模块化的构造方式，允许购买者根据具体的需求，以多种方式配置想要的机器人。IPA希望最终版本的最低售价在11200美元（10000欧元，约合人民币72500元），这个价位对于需要居家照顾的老人和他们的家人来说，还是可以接受的。
图21 有两只胳膊的Care-O-bot 4
图22 基于模块的Care-O-bot 4用来运送行李箱
该机器人由6个独立的模块组合而成，这增加了灵活度，这些模块可以拆开使用，如图22所示。新的Care-O-bot重新优化的夹子如图23所示。“第4代的Care-O-bot不仅更加灵活、模块化，比其前身更具魅力，而且通过使用降低成本的构建原理脱颖而出”，Fraunhofer IPA的项目组负责人Dr. Ulrich Reiser解释道。
图23 精细化后的Care-O-bot 4胳膊上的夹子
“两条流线型设计的胳膊放在左右两边，还有一个脑袋，这个机器人很容易让人想起人类。然而，开发者并不想让它太像人类……”（这和Toshiba CommunicationAndroid的情况很相似）。Care-O-bot 4的设计已经从20度的自由活动角度增加到了31度，而成本却全面下降。尽管Care-O-bot 3从概念上更像是一个保持谨慎的管家，其后续的Care-O-bot 4是不是更像一位礼貌的、友好的、和蔼可亲的绅士？
通过模块化的设计，如果想要让Care-O-bot当酒吧服务员，可以用一个托盘来代替一只手，或者可以在其顶部使用一个移动的底座平台，以便用于在酒店中运送行李。
我之所以花很多时间来强调Care-O-bot的演变，是因为这是我所见过的机器人设计的最为明智的演进的一个典型例子。是的，第四代的机器人似乎已经和严格的、专为老年人设计的家庭助手渐行渐远，并设计为可以按照多种方式配置以适应众多特定应用的机器人。
为了减少成本，除了全面结构化的内部构造，还配备了Microsoft Xbox Kinect这样买来就能用的传感器，这些都减少了制造成本而并没有减少功能。购买者可以添加一个或两个胳膊，升级胳膊关节、不同的摄像头，以及各种通信系统，以满足特定的爱好。
Care-O-bot 4仍然可以作为老年人的助理，然而，它还保留了经过配置后充当接待员、博物馆解说员、移动信息中心、媒体助理或自动运输机器人等角色的功能。
我们大多数人都曾经在脑海里闪现出一个想法，然后，在一张便签纸或餐巾纸上画一些草图，然后，我们就想要尽快地实现它以证实这一想法。如果我们想要关节式的机器人手臂，例如，要将其添加到一个移动品平台上，那么，我们就会赶快去机器商店快速地构造一些东西。
来自澳大利亚墨尔本的Daniel Pizzata和Adam Ellison这两人，觉得他们有一个好主意，能够简化这个过程。他们开发了构建物体的Modbot方法，这似乎是构建高质量的胳膊以及需要添加的其他部件的一种容易的方式（如图24所示）。
图24 Modbot部件
正如他们所说的，工程的最酷的部分是小的圆角伺服系统，其中有马达，负责承载的轴承，发射器和编码器，如图25和图26所示。所有的部件都整齐地打包了，然后放入到一个接头中，以准备好连接到其他的地方。Pizzata相信，无法更加可见地制造机器人的原因是，机器人太贵了并且太复杂了。昂贵的研究设施成为人们的拦路虎。
图25 Modbot机器人装配
图26 Modbot伺服系统模块，显示有4个滑动环用于互连接
在过去的几年中，机器人领域的进展并不是只限于在国际CES上所展示的那些。我之前提到过的DARPA机器人挑战赛中的搜救机器人Atlas，它可以去掉栓链了（如图27所示），并且它现在能够不用外部的电源和控制而工作。有人这样评论这一进步：“DARPA去掉栓链并且自行行走而毫无安全问题，这就像一个青少年大学毕业了。”
图27 DARPA DRC Atlas机器人很快要松开栓链了
今天，机器人通过应用人工智能、高级传感器技术、高能量来源，以及新的和高效的电子机械装置，例如胳膊、附肢、关节式的手和自平衡功能等，变得非常聪明了。机器人正在成为独立的实体，并且能够自行运作很长的一段时间。最新的机器人技术的孵化器，也不再只是DARPA这样的政府部门，或者是MIT、斯坦福或卡耐基梅隆这样的学术中心。诸如前面提到的Modbot这样的创业公司、衍生公司以及在奋斗中的车库式的团队，在今天发布了如此多的新产品，这些产品不禁令人拍大腿喊道：“我怎么没有想到呢”？
我甚至可以想象，你很快就会通过一款惊人的机器人产品成为头条新闻。我要说祝你好运，勇敢前行！
