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图说人工智能:机器人简史
发布时间 2021-12-14 作者 领航 阅读 1233次

自从20世纪50年代人工智能研究领域诞生以来:20世纪60年代,机器人在工业环境中的应用迅速发展,开始出现完全由计算机控制的机器人;20世纪70年代,工业创新出现具有视觉、触觉和肢体控制系统的机器人,以及太空机器人;20世纪80年代,机器人特别是机器人玩具,进入了主流消费市场;20世纪90年代,出现外科手术机器人、火星漫游机器人和多种机器人宠物;21世纪00年代,出现人形机器人,以及四腿军用负重机器大狗;21世纪10年代,有许多具有里程碑意义的创新,出现了能自己开门的自主机器人狗,能在障碍物上奔跑和跳跃的复杂拟人机器人,能流利聊天的机器人。在我们的周围,具有更好的算法和更强大的处理器的机器人越来越多。

【20世纪50年代】

机器人史上一个重要里程碑式的时刻,发生在20世纪50年代。1950年,艾伦·图灵在他的文章《计算机器和智能》的开头,提议考虑 “机器能思考吗?”的问题。文中,艾伦·图灵提出了对机器智能的测试方法——衡量一台机器的智能在多少程度上与人类的智能相同或不可区分——后来被称为“图灵测试”。图灵的工作以及1956年7~8月间约翰·麦卡锡组织的达特茅斯研讨会,为人工智能研究领域创造了一个必要的框架。

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1954年,诞生了工业机器人Unimate的专利(由George Devol提出)。Unimate的特点是一个机械臂,能够运输压铸件并将其焊接到位。这种革命性的装置将改变制造业的面貌。

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【20世纪60年代】

1961年,世界上工业机器人Unimate开始加入通用汽车公司在新泽西州的工厂流水线,在装配线上与热压铸机合作。Unimate从机器上取下压铸件,焊接到汽车的车身。按照存储在磁鼓上的循序渐进的命令,4000榜磁臂具有足够的通用性,可以执行各种任务。工业机器人的出现,彻底改变了制造业。

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1965年,约翰霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人(约翰霍普金斯野兽)。Beast没有使用计算机,其控制电路由几十个控制模拟电压的晶体管组成,能通过声纳系统、光电管等装置,根据环境校正自己的位置。Beast是一个移动机器人,有初步的智能和独立生存的能力。当它在实验室的白色大厅里漫步时,它会寻找插座。当它找到一个,它会插入和充电。

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1966年,Shakey(沙基)机器人是真正可移动和感知的机器人。Shakey有轮子,以笨拙、缓慢、摇摇晃晃著称。Shakey配备了摄像头和碰撞传感器,可以在复杂的环境中导航。Shakey被认为是机器人革命的开始,该项目结合了机器人学、计算机视觉和自然语言处理的研究。正因为如此,这是一个将逻辑推理和物理行为相结合的项目。Shaky是在斯坦福研究所人工智能中心(现在称为SRI国际)开发的。
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1969年,维克多·舍曼发明了斯坦福臂,这是一种机器人臂,被认为是一批完全由计算机控制的机器人之一。这是一个巨大的突破。它是六轴关节机器人。虽然主要用于教育目的,但“计算机控制”标志着工业机器的重大突破。

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【20世纪70年代】

1970年,日本早稻田大学建造了拟人机器人Wabot-1。它由肢体控制系统、视觉系统和会话系统组成,可以自行导航和自由移动,它甚至可以测量物体之间的距离。它的手具有触觉传感器,这意味着它能抓住和运输物体。它的智力与18个月大的人类相当,标志着人形机器人技术的重大突破。1980年建成的Wabot-2,人形音乐家机器人,能够与人交流,读乐谱,在电子琴上演奏曲调。

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1973年,德国库卡公司发布了Famulus,这是具有六个机电驱动轴的工业机器人。

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1974年,李察?霍恩(Richard Hohn)开发了由微型计算机驱动的工业计算机——明日工具(即T3)。

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1976年,机器人Viking 1 和 Viking 2登陆火星。这两个机器人都是由放射性同位素热电发电机提供动力的,该发电机利用衰变钚释放的热量发电。它们是我们今天所知道的火星漫游者的先驱。

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1976年,东京理工学院Shigeo-Hirose软钳机器人,可以顺应要抓握的物体的形状,比如一个装满鲜花的酒杯,其设计源于对自然界柔性结构的研究,如象鼻和蛇脊髓。

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【20世纪80年代】

20世纪80年代:机器人正式进入了主流消费市场,尽管大部分都是简单的玩具。其中受到大家喜爱的机器人玩具是OmniBot2000,由远程控制,配备了一个托盘,用于提供饮料和零食。另一个备受追捧的机器人玩具是任天堂的R.O.B,或机器人操作伙伴。R.O.B.是任天堂娱乐系统的机器人播放器。它可以响应六个不同的命令,这些命令通过CRT屏幕上进行通信。

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1989年,由麻省理工学院的研究人员制造的六足机器人Genghis(成吉思汗),被认为是现代历史上重要的机器人之一。由于其体积小,材料便宜,Genghis被认为缩短了生产时间和未来空间机器人设计的成本。它有12个伺服电机和22个传感器,可以穿越多岩石的地形。

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【20世纪90年代】

20世纪90年代初,机器人带着Cyberknife系统(射波刀,又称“立体定位射波手术平台”、“ 网络刀”或“ 电脑刀”)进入手术室,该系统可以通过外科手术医治肿瘤。Cyberknife由斯坦福大学教授约翰·R·阿德勒(JohnR.Adler)开发,是一种非侵入性手术工具,可以通过窄聚焦的辐射束跟踪和定位肿瘤。

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1996年,Sojourner成为被送到火星的漫游者。这台小巧轻便的机器人被送到火星上,并于1997年7月成功着陆。在火星上,Sojourner探索了2691平方英尺(250平方米)的土地,拍摄了550张照片。由于Sojourner收集到的信息,科学家们能够确定火星曾经是温暖湿润的气候。这次任务是美国国家航空航天局(NASA)又开始了火星任务的标志。

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1997年5月11日,IBM开发的“深蓝”计算机经过六场比赛,成为世界上击败世界国际象棋卡斯帕罗夫的机器。

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1998年,戴夫·汉普顿和卡莱布·钟发明了一个家用或宠物机器人Furby。Furby是类似于仓鼠或猫头鹰一样的动物,在一段时间成为热销的玩具,并持续销售到2000年。

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1999年,AIBO(爱宝),是索尼创造的几个机器人宠物之一。AIBO可以通过摄像头看到周围环境,并且可以识别用英语或西班牙语发出的命令。AIBO也有“学习并成熟”的能力,通过使用记忆棒,机器人狗可以学习和发展。AIBO于2006年停产。

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【21世纪00年代】

2000年,麻省理工学院的辛西娅·布雷泽尔发明了一种能够识别和模拟情绪的机器人Kismet。

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2000年,本田的ASIMO机器人是一个人工智能的仿人机器人,它大约4英尺3英寸高。ASIMO 能够像人一样快速行走。这个机器人可以在餐厅为顾客送托盘,与人手牵着手一起行走,识别物体,解释手势,辨别声音。

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2005年,Android是一个人形机器人,与人类有着相似的地方,其设计看起来像日本女性,它的气动执行器允许它们有多达“47个关节点”或者身体的部件,使动作看起来自然。

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2005年,波士顿动力狗,或称“BigDog(大狗)”,是波士顿动力公司与福斯特米勒(Foster Miller)、喷气推进实验室和哈佛大学合作创建的一款四足机器。它被设计成一种军用负重机器人野兽,其身体上有50个传感器。BigDog不使用轮子,而是使用四条腿进行运动,从而使它可以在难以通行的复杂地形移动穿越。BigDog被称为“世界上雄心勃勃的腿式机器人”,它可以携带150公斤负重,以时速6.4公里/小时的速度,与士兵一起、在35度的斜坡上穿越崎岖的地形。

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【21世纪10年代】

2011年,IBM “沃森”(Watson)计算机系统,能够回答以自然语言提出的问题,2月16日在美国非常受欢迎的智力竞猜电视节目《危险边缘》中,击败该节目历史上两位成功的选手肯-詹宁斯和布拉德-鲁特,夺得100万美元大奖,成为《危险边缘》节目新的明星。“沃森”电脑存储了海量的数据,而且拥有一套逻辑推理程序,可以推理出它认为正确的答案。
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2014年6月7日是图灵逝世60周年纪念日。这一天在英国举行的“2014图灵测试”大会上,模拟13岁乌克兰男孩的聊天程序“尤金·古斯特曼”(Eugene Goostman)“通过”了图灵测试。英国测试规则是,在一系列时长为5分钟的键盘对话中,某台计算机被误认为是人类的比例超过30%,那么这台计算机就被认为通过了图灵测试(其中,30%是图灵对2000年时的机器思考能力的一个测试)。尤金的成绩是在总计150场对话中,骗过了30个评委里的10个,即尤金被误认为是人类的比例达到了33%。

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2015年,在加州大学伯克利分校的一个实验室里,人形机器人Brett教会自己做儿童拼图游戏,如把钉子塞进不同形状的洞里。Brett机器人利用基于深度学习算法,以试错方式主动学习。例如,对于组装玩具,机器人会不停尝试,直至它清楚组装的原理。理论上,这机器人不需要再依赖人工更新,而是给足够时间让它学习就可以了。

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2016年,波士顿动力公司发布SpotMini机器人。它是一种小型的四条腿机器人,它重25公斤(如果有一个机械臂,它重30公斤)。这款全电动机器人相当灵活,即使踩到香蕉皮摔倒了,或在人类踢或拉它时,能够自己迅速爬起来。该型号的机器人就像是宠物一样,能够实现多种功能,除了能像普通动物一样活动之外,SpotMini有着长长的机械臂,可以为主人端茶倒水。

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2016年3月9日至15日,在韩国首尔进行的计算机与人类之间的围棋比赛,谷歌DeepMind的AlphaGo以总比分4比1,战胜围棋九段棋手李世石。

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2017年4月, Google旗下的自动驾驶公司Waymo让美国亚利桑那州凤凰城的居民普通乘客试乘其自动驾驶汽车。此刻,世界上有数百辆自主车在公路上行驶, 它们都是实验性的。自动驾驶技术解放双手,也会更加安全和更加节油。计算机不会喝醉酒,不会打瞌睡。自动驾驶算法通过计算何时加速、刹车、转向,预估巡航控制可以自行判断下一阶段的道路状况,决定经济的行驶方式。

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2017年,日本东京大学展示了一款名叫Kengoro的机器人,画面相当带感。Kengoro使用116个拉动电缆的执行器移动,做俯卧撑、仰卧起坐,甚至是背部伸展运动。运动多了Kengoro也会产生热量,为了散热,研究人员为其配备了一个水冷系统,除了能帮助Kengoro散热外,还能实现类似人类的“流汗”生理反应。

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2017年,美国新创公司 Mayfield Robotics 推出外观设计简洁、模样呆萌可爱的智能家用机器人“Kuri”,在居家生活中扮演智能助手与好伙伴的角色。Kuri 为语音控制智能机器人助手,内建四组麦克风设备与声音侦测技术,能准确辨识声音来源并回应指令。Kuri 能自由转动头部查看四周,圆圆的双眼甚至会眨、会眯成弯月形状,就像是在微笑一样。Kuri能以 Wi-Fi 无线网络或蓝牙链接操控家中电器设备,并透过内建双音响播放音乐、发出音效与人们互动。

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2017年,阿里巴巴的阿里小蜜(AliMe)是采用阿里巴巴的语音AI技术,实现基于自然语言处理(NLP)的会话机器,基于问答(QA)提供协助服务、客户服务和聊天服务。它通过电话协调包裹交付,并通过聊天就商品价格讨价还价。目前,它每天为数百万客户提供问题服务,能够解决85%的客户问题。

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2017年10月,由汉森机器人公司(Hanson Robotics)制造的机器人索菲亚(Sophia)获得沙特阿拉伯公民身份,成为获得国家公民身份的机器人。索菲亚的人工智能是基于云的,可以进行深入的学习,她可以识别和复制各种各样的人类面部表情。

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2017年12月,Alphabet 旗下人工智能部门 DeepMind 发布 AlphaZero,它可以自学国际象棋、日本将棋和中国围棋,并且项项都击败世界好手。AlphaZero是一种机器学习算法。AlphaZero通过与自己对弈并根据经验更新,从而发现了国际象棋的原理,并迅速成为史上较好的棋手。

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2018年1月22日,位于西雅图的无人零售店Amazon Go向公众开放(2018年9月,Amazon Go无人商店纽约新店开张)。无人超市的购物流程非常简单。无需结账,无需排队。一旦顾客进门后,人工智能系统就开始跟踪顾客和顾客拿起的物品,并将顾客所购买的商品记录在其账户上。计算机视觉系统主要由安装在天花板上的摄像头组成,拍摄的图像随后被传入至系统中,系统识别是哪位顾客拿起了什么商品,并加入到其App的购物车中。

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2018年,工程师和机器人在特斯拉工厂楼层。特斯拉汽车制造工厂号称拥有全球智能的全自动化生产车间,共有冲压生产线、车身中心、烤漆中心和组装中心四大制造环节。在车间内根本看不到人的身影,从原材料加工到成品组装,整个生产流程都由机器人完成。机器人由计算机系统控制,按照设定好的程序运作。机器人与机器人之间流水化运营、无缝对接。
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2018年,OpenAI研究人员使用强化模型的系统,通过反复试验来让机器人Dactyl能够准确抓住和操纵物体,教自己用手指翻转玩魔方。Dactyl具有“灵巧” 手,这是一只五指共有24个自由度的机器人手,安装在铝制框架上以操纵物体。同时,两组摄像机 - 运动捕捉摄像机和RGB摄像机 - 作为系统的眼睛,可以跟踪物体的旋转和方向。

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2019年,麻省理工学院新推出的cheetah(猎豹)机器人,弹性十足,脚部轻盈,可与体操运动员媲美。四条腿的有力,还可以在不平坦的地形上小跑,速度大约是普通人步行速度的两倍。它的体重只有20磅——比感恩节火鸡轻——它的四肢是不会被推倒的:当它被踢到地上时,它的手肘能像功夫一样快速摆动,很快恢复正常。也许令人印象深刻的是它能够从站姿进行360度的后空翻。

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【附记】

l 美国的《连线(WIRED)》杂志的一篇文章指出:就“机器人”的定义问10个机器人专家,你会得到10个答案。但大多数会同意一些通用的指导原则:机器人是一个智能的,物理上体现的机器。机器人可以自主完成任务。机器人可以感知和操纵它的环境(参考资料[1])。图灵的《计算机器和智能》发表以来,图灵测试受到了哲学家、计算机科学家、心理学家和其他人的相当大的关注,有的对测试提出了许多不同的反对意见。在某种意义上,前面列举的项目,例如,对尤金·古斯特曼(“通过图灵测试的聊天程序”)和索菲亚(“获得国家公民身份的机器人”,也都存在有某些争议。

l 在1970年的《生活》杂志上,一篇关于“电子人”的文章中,马文·明斯基很“确定”地说:“在3到8年的时间里,我们将拥有一台具有普通人一般智能的机器。”1993年,弗诺·文奇(Vernor Vinge,圣地亚哥州立大学数学教授,计算机科学家和科幻作家)出版了《即将到来的技术奇点》,预言“在30年内,我们将拥有创造超人智能的技术手段。不久之后,人类时代将结束。”2014年10月,特斯拉CEO伊隆·马斯克(Elon Musk)表示,他对计算机未来的发展,尤其是人工智能技术遭到的恶意应用感到担忧。马斯克表示:“借助人工智能,我们将召唤出恶魔。”2017年4月英国的科学家史蒂芬·霍金 (Stephen Hawking)教授担心人工智能可能是人类的终结者。

l 机器人专家马克·W·蒂尔登认为:机器人现在能做的四件事,在不远的将来会改变我们的生活:一是娱乐,二是危险场所的工作(即将到来),三是老年护理,四是远程购物、旅游和援助(参考资料[3])。商业顾问和企业家罗伯特·科德雷则认为,机器将会接管电话营销、自动化运输服务、下水道管理、税务筹划者、照片处理、数据录入工作、图书馆员和图书馆技术员等工作(参考资料[4])。《自然》杂志发表的埃里克·托波尔的综述文章《高性能医学:人与人工智能的融合)》指出:人工智能的使用,在医学上开始在三个层面产生影响:对临床医生,主要通过快速、准确的图像解释;对卫生系统,通过改进工作流程和减少医疗错误的可能性;对患者,通过使他们能够处理自己的数据来促进健康。文章讨论了当前的局限性,包括偏见、隐私和安全性,以及缺乏透明度,以及这些应用程序的未来方向(参考资料[5])。

【参考资料】

[1] Matt Simon. The WIRED Guide to Robots. https://www.wired.com/story/wired-guide-to-robots/

[2] Gil Press. A Very Short History Of Artificial Intelligence (AI)。https://www.media.mit.edu/articles/a-very-short-history-of-artificial-intelligence-ai/

[3] Mark W. Tilden. Robotics can - and will - change our lives in the near future. https://www.theguardian.com/zurichfuturology/story/0,,1920335,00.html

[4] Robert Cordray. WILL ROBOTS TAKE FROM HUMANS IN THE FUTURE?. https://www.wired.com/insights/2014/07/jobs-will-robots-take-humans-future/

[5] Eric J.Topol. High-performance medicine: the convergence of human and artificial intelligence. Nature Medicine》volume 25, pages44–56 (2019)

[6] Saoirse Kerrigan. The History of Robots: From the 400 BC Archytas to the Boston Dynamics' Robot Dog. https://interestingengineering.com/the-history-of-robots-from-the-400-bc-archytas-to-the-boston-dynamics-robot-dog


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