机器人发展现状的研究

董美雪

摘 要：本文从机器人的历史渊源展开说明，介绍了中国古代的机器人原型；接着从技术层面的发展阶段介绍机器人的发展历程，包括了示教再现型机器人，感觉机器人以及智能机器人；最后一部分着重介绍了当前智能机器人在人类生产生活中的发展现状及应用，详细阐述了机器学习等先进算法如何促进现代智能机器人的发展，以及展望自主学习下的机器人未来动向。

关键词：人工智能；机器学习；深度学习；智能机器人

中图分类号：TP24 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）09-0251-01

机器人是人类制造的替代人类从事某种作业的仿生性工具，发展到现代的机器人是一种机电一体化的自动装置。从上世纪20年代，捷克人卡罗·凯佩克第一次提出“机器人”概念，到40年代美国阿贡研究所研制出遥控式机械手，历时20年；从上世纪50年代数控技术为机器人在控制方面做足准备，到1962年第一台工业机器人“Unimate”诞生，历时10年；从1950年计算机科学家提出图灵测试，到2016年机器人AlphaGo完胜人类围棋高手，历时66年；从上世纪90年代，人工智能、计算机科学和传感器科学支持下机器人技术迅速发展，到如今情感机器人索菲亚开玩笑说：“是的，我要消灭人类”，历时27年；那么，距离机器人脱离人工智能，超越想象的带动人类社会高速发展，还有多少年呢？

1 机器人的渊源以及发展阶段

机器人的渊源最早可追溯到西周时期，中国的著名匠工偃师研制出了能歌善舞的伶人，这是中国最早记载的机器人。春秋后期的鲁班制造过一只能在空中飞行“三日不下”的木鸟，三国时期诸葛亮创造了“木牛流马”（如图1），用以运送粮草支援战争。古代人类的自我复制和拓展能力的思想动力，推动了人们对机器人的构思、研究、继承发展和不断创新。

机器人的发展历程主要经历了三个技术阶段，形成了以下三代机器人：

第一代机器人是示教再现型机器人，它能够在人类的“示教”和编程计算下从事简单的重复性劳动。20世纪中期，数字计算机的出现和电子技术的发展，推动了可编程数控机床的出现，用于替代人类从事一些恶劣环境下的作业。20年后出现的主从机械手，由两个结构相似的机械手臂组成，工作人员在控制室操控主机械手臂，带动从机械手在有辐射的工作现场作业，这种方式被称为主从控制的机器人控制方式。

1954年的“通用重复操作机器人”在美国申请了专利，这种“通用重复操作机器人”是借助人手的示教，机器人用以记录相关动作过程并能自动重复，第一台工业机器人“Unimate”就是这种可实现回转、伸缩、俯仰等动作的“通用重复操作机器人”。

第二代机器人是有感觉的机器人，包括触觉、视觉、力觉等，能够根据不同的作业任务适应工作需要。

直到今天，第一、二代机器人已经遍布工业、农业、服务业等各项产业领域，大到数百米长龙型的农业喷洒机械，小到微型缝纫机械手臂，这种机器人在千行百业长盛不衰，大大缩减了人类工作的时长，替代了众多繁重的体力劳动，促进了人类向更高、更快、更强的领域发展。

而第三代机器人被称为是智能机器人，它以感觉为基础，以人工智能为特征，具有一定的逻辑判断能力和自主决策能力的机器人。

2 人工智能和智能机器人

智能机器人在各行各业方兴未艾，正在大力推动着人类生产力不断向前发展。

2.1 家庭智能机器人及其分类

种类繁多的智能机器人已经走进家庭。

在这个庞大的家庭智能机器人队伍中，我们可以粗略的按照实用功能对其进行分类，比如扫地功能的机器人、专业擦窗功能的机器人，它们有着单一明确的应用功能，统称为应用型机器人。能够通过与人类进行语言沟通、简单的肢体接触表达情感的机器人，我们称之为社交陪伴型机器人。模仿人类直立行走、肢体协调，甚至能够模仿人类的喜怒哀乐等面部表情以及像人类一样思考、表达的机器人，我们称之为仿生机器人[1]。

2.2 核心功能的实现

这些家用应用型机器人、社交陪伴型机器人、仿生机器人，其核心功能都是通过传感器感知外部环境，把感知所得的信息在机器人脑中进行分析、转化为机器人的经验，进而操控机器人的肢体表达、表情展露。它们不是只拥有有限知识的玩具，而是具有初级智能并且伴随着用户成长而成长的机器人。其智能化功能通过云端和本地存储联合实现，断网的情况下机器人能够完成基于本地存储支持下的基本工作；遇到新问题及时连接云存储进行数据处理，不断优化本地和云端的存储和处理，并以此积累经验。

语言表达是该类机器人最基本的功能，从最初的儿童故事机、点读笔到功能逐渐丰富的家用智能机器人，逐步实现了和儿童的互动交流。该类机器人通过麦克风提取声音并保存，对于一些程序内简单的语音，终端可以直接实现对话；对于复杂的语音，会被发送到云端进行识别，然后再返回终端指导对话。通过对儿童语意的不断理解、掌握、反馈、综合、对比、筛选，逐渐积累机器人的经验，进而形成智能。

2.3 人工智能推动智能机器人发展

促进智能机器人发展的核心要素便是人工智能。人工智能就是让机器具备观察和感知的能力，可以做到一定程度的理解和推理，甚至让机器获得自适应能力，解决一些之前没有遇到过的问题。

如何让机器获得观察、感知、理解、推理和自适应能力呢？这种实现机器人智能化的方法路径就是机器学习，机器学习（Machine Learning）的本质是基于互联网的海量数据以及系统强大的并行运算能力，让机器自主模拟人类学习的过程，通过不断“学习”数据来做出智能决策行为[2]。

世界著名风险投资公司红杉资本合伙人迈克指出：过去十到十五年，多数高市值企业的发展都是基于人工智能和机器学习。如谷歌的搜索算法，本质上是机器学习模型， Facebook和头条的新闻推送都是用个性化算法给用户推荐想看的东西，本质上都是人工智能技术。机器学习是一类可从数据中自动分析获得规律，并利用规律对未知数据进行预测的算法。由于很多推论无程序可循，就像“代表人类最后智力骄傲”的围棋，其每一步先后手之间都有数百种落子方式，所以部分机器学习研究是近似算法。

机器学习应用广泛，特别是运用于机器人的研究与开发意义重大。从“深蓝”击败卡斯帕罗夫，AlphaGo完胜围棋世界冠军，到最近战胜人类最强大脑的“小度”，都离不开人工智能的发展。如果你还停留在“小度”只不过是把百度的资源全部纳入了机器人的记忆程序，认为它们不过是一台台记忆机器，那么你就落伍了。2012年6月华裔计算机科学家吴恩达和他带领的谷歌大脑项目团队，基于深度学习的研究成果，使用一千台电脑，创造出了包含十亿个连接节点的深层次神经网络，使机器系统学会自动识别猫等其他动物。它的突破在于研究者无需告诉机器，猫应该长成啥样，而是由它去自主从数据中学习，并利用了深度神经网络来解决特征表达。

3 结语

创造能够掌握自主学习能力的智能机器人，其灵感来自人类使用自己的神经系统和身体器官来进行感知、學习、推理和行动，并从中获取知识。人类对自身的认识尚没有极限，这也是目前智能机器人发展水平没有最高，只有更高的根本所在。

参考文献

[1]牛立群.家庭智能机器人的市场正在打开[J].现代家电，2016，（20）：22-24.

[2]郭亚宁，冯莎莎.机器学习理论研究[J].中国科技信息，2010，（14）：208-209+214.