【摘要】 “机器人”作为专有名词加以引用只有几十年的历史，但是机器人的概念存在于人类的想象中已有约三千多年的历史了。近年来，机器人的研究与应用取得了空前的发展，机器人的时代已渐行渐近。机器人产业对提高创新能力、增强国家综合实力、带动整体经济发展都具有十分重要的意义，机器人技术及应用已成为塑造创新发展新优势的“必争之地”。人工智能和莫拉维克悖论是制约当前机器人发展两大瓶颈。当前人工智能研究的难点不仅在具体的技术实现上，更多的是在深层次对认知的解释与构建方面。莫拉维克悖论则说明，最难以复刻的人类技能是那些无意识的技能。机器人的发展也引起了一些顾虑，包括安全问题、恐怖谷理论和机器人威胁论等。当今乃至可见的未来，人与机器人之间的关系不应该是取代而是共存，未来的世界可能是人与机器人共在。
【关键词】 机器人 人工智能 莫拉维克悖论 恐怖谷 认知科学
【中图分类号】F752 【文献标识码】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2016.15.003
引言
近年来，随着高性能计算、大数据、移动互联网、智能感知、人工智能、新材料等技术的快速发展，机器人的研究与应用取得了空前的发展，已经走出实验室，进入工业中，现在又开始进入人们的日常生活。无论人们是欢迎还是担忧，机器人的时代已渐行渐近。
机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，发展机器人产业对提高创新能力、增强国家综合实力、带动整体经济发展都具有十分重要的意义。世界主要大国都将机器人的研究与应用摆在本国科技发展的重要战略地位。2011年，美国推出国家机器人计划（National Robotics Initiative, NRI）；2012年，韩国发布《机器人未来战略2022》；2014年，欧盟启动“SPARC计划”；2015年，日本发布《机器人新战略》（Japan's Robot Strategy），纵观这些主要国家的发展战略，机器人技术及应用已成为塑造创新发展新优势的“必争之地”。
同样，在我国无论是实施创新驱动发展战略还是“中国制造2025”战略，机器人技术创新和产业发展都是重要内容。今年（2016年）4月，我国发布了机器人产业发展规划（2016～2020年），对机器人作为重点发展领域作出总体部署，以推进我国机器人产业快速健康可持续发展。
机器人的定义与分类
“机器人（Robot）”一词出现的历史并不长。1921年，捷克剧作家卡雷尔·恰佩克（Karel Capek, 1890-1938）创作了科幻舞台剧《罗素姆的万能机器人》（Rossum'sUniveral Robots），剧本中首次使用了机器人的英文“Robot”一词。“Robot”这个词来源于捷克单词“Robota”，意为“努力工作”或“奴役”。
机器人三定律。在卡雷尔·恰佩克创造机器人（Robot）一词21年后，著名科幻小说家艾萨克·阿西莫夫（Isaac Asimov）在于1942年发表的作品《我，机器人》（I, Robots）中第一次明确提出了“机器人三定律”（Three Laws of Robotics）。即：（1）机器人不得伤害人类，或因不作为（袖手旁观）使人类受到伤害；（2）除非违背第一法则，机器人必须服从人类的命令；（3）在不违背第一及第二法则下，机器人必须保护自己。
“机器人三定律”只是一个文学概念，并不是一个严密科学的定律，内部各法则之间也有对抗性，现实中在人工智能安全研究和机器人伦理学领域的很多专家并不认可它，没有人将它作为指导方案。甚至，即便在阿西莫夫自己的科幻小说里它也会出问题。但是，“机器人三定律”仍然在媒体、网络和科幻爱好者群体中产生了广泛的影响，很多人对机器人最初的认识都是伴随着“机器人三定律”而来的。
机器人的定义。各国相关组织机构对机器人的定义主要有以下几种：
（1）美国机器人协会（RIA）的定义：机器人是“一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能机械手”。
（2）日本工业机器人协会（JIRA）的定义：工业机器人是“一种装备有记忆装置和末端执行器的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器”。
（3）美国国家标准局（NBS）的定义：机器人是“一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”。
（4）国际标准化组织（ISO）的定义：机器人是“一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务”。
在我国，对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。”
机器人的分类。机器人定义上的模糊和多样，使得机器人在分类上也有很多方法。常见的有按运动方式、智能程度、按机器人用途分类。
按机器人运动方式分类可以分为：固定式机器人和移动机器人，移动机器人又可以分为：轮式机器人、履带式机器人、足式机器人、飞行机器人、水下机器人等。
按机器人智能程度可以分为：一般机器人、智能机器人。智能机器人根据其智能水平又可分为：传感型机器人、半自主机器人、自主型机器人。按用途分类是根据不同的应用行业和工作任务进行分类，是当前机器人技术最常用也是最常见的分类方法。一般可以分为工业机器人、服务机器人和特种机器人。
机器人的历史
尽管“机器人”作为专有名词加以引用只有几十年的历史，但是机器人的概念存在于人类的想象中已有约三千多年的历史了。
中国古代的机器人。我国古代最早关于机器人的记录是《列子·汤问篇》中“能倡者”的故事：工匠偃师给周穆王献上了一个木偶，木偶外表看起来和人类完全一样。《北史·列传卷七十一》记载隋炀帝为了与宠臣柳䛒随时相见，便令人模仿他的模样造了一个“偶人”。唐朝《朝野佥载》中记载一个可以行乞的木僧，木僧可以发出声音，宽泛的说，这可以算作具有“语音”功能的“机器人”了。
其它类似记载还有很多，如《三国志·诸葛亮传》中的木牛流马、《墨子·鲁问》中公输子削木为鹊的故事，等等。虽然古籍中对这些机器人的结构并没有详细介绍，很有可能只是古人虚构的作品，但却表明了古人对机器人的丰富想象。
国外古代的机器人。国外有关机器人的记载可以追溯到古希腊，据荷马史诗《伊利亚特》记载，火神兼匠神赫淮斯托斯（Hephaistus）创造出了一组金制机械助手。他的这些机械助手身体强健、可以说话，且非常聪明。
文艺复兴时期，达·芬奇（Leonardo da Vinci）设计了一个机械骑士，也就是著名的达芬奇机器人（Leonardo's Robot），也叫日耳曼装甲骑士。这个机器人被设计成一个骑士的模样，可以做出一些动作，包括坐起、挥动胳膊、摇头及张闭嘴巴等。后来人们根据达芬奇的手稿，复制了达芬奇机器人。
18世纪后期，瑞士钟表名家德罗及其儿子和徒弟，分别制造了3个小机器：写字人偶、绘图人偶、弹风琴人偶。现在它们还被收藏于瑞士那切特尔艺术与历史博物馆中。
近代机器人。1954年，美国发明家乔治·德沃尔（GeorgeDevol）申请了一项关于可编程通用自动化设备的专利，德沃尔的专利第一次实现了数字式可编程机器人，标志着现代机器人工业的建立。后来，德沃尔同他的合作伙伴约瑟夫·恩格尔伯格（Joseph Engel Berger）创建了世界上第一家机器人企业Unimation。1962年，NormanHeroux根据上述专利制造了世界上第一台工业机器人Unimate，这台机器人首先应用在了通用汽车的装配生产线上。同年，美国机床铸造公司（AMF）研制出了Verstran机器人，采用液压驱动，机械臂可以绕底座旋转，沿垂直方向升降或沿半径方向伸缩。它们的控制方式与数控机床大致相似，但外形特征迥异，主要由机械臂组成。Unimate和Versatran是世界上最早的工业机器人，人类社会从此迈入了机器人时代。
1960年代，传感器开始应用于机器人领域。1966年，斯坦福大学研究所人工智能研究中心开始研制世界上第一台具有自主能力移动机器人——Shakey。Shakey于1972年研制成功，综合了机器人学、计算机视觉、自然语言处理等方面的知识，是第一台混合了逻辑推理和物理动作的机器人，开创了许多先例。
进入20世纪70年代，人工智能开始与机器人技术结合，一方面，机器人为人工智能提供了一个很好的试验平台和应用领域；另一方面，人工智能也让机器人的功能和运行更加智能。随着自动控制理论、机电技术及信息技术的迅速发展，机器人技术也进入了一个新的发展阶段。1974年，CincinnatiMilacron公司推出第一台计算机控制的工业机器人，命名为“The Tomorrow Tool”，可以举起45.36kg重的物体，并可以跟踪装配线上的移动物体。1975年，IBM公司研制出一个带有触觉和力觉传感器的机械手，由计算机控制，可以完成有20个零件的打字机机械装配工作。
机器人发展现状。进入21世纪，工业机器人的发展逐渐趋向成熟，而服务机器人则持续快速发展，受到越来越多的关注。在仿人机器人、仿生机器人、家用机器人等方面都取得了重要进展。
在仿人机器人方面，日本本田公司于2000年发布了首款仿人机器人ASIMO，经过不断的改进和升级，2011版ASIMO已经可以同时与多人进行对话，遭遇其他正在行动中的人时，ASIMO会预测对方行进方向及速度，自行预先计算替代路线以免与对方相撞。可以步行、奔跑、倒退走，还可以单脚跳跃、双脚跳跃，也可以在些微不平的地面行走，甚至能边跳跃边变换方向。奔跑速度可以达到9km/h。它的手可转开水瓶、握住纸杯、进行倒水，手指动作更纤细，甚至可以边说话边以手语表现说话内容。
其他的人形机器人还有很多，例如波士顿动力公司2013年发布的双足人形机器人Atlas，它有四个液压驱动的四肢。Atlas由航空级铝和钛建造，身高约6英尺（1.8米）高，重达330磅（150公斤），蓝光LED照明。它配备了两个视觉系统——一个激光测距仪和一个立体照相机，由一个机载电脑控制。它的手具有精细动作技能，它的四肢共拥有28度的自由度。2013年的原型版本被系链到外部电源来保持稳定，Atlas可以在崎岖的地形行走和攀登独立使用其胳膊和腿。Atlas参加了由国防高等研究计划署（DARPA）举办的机器人挑战赛，一同参加比赛的还有很多其它研究团队的人形机器人，它们都具有很高的研究水平。
在仿生机器人方面，与Atlas同出自波士顿动力公司的四足仿生机器人BigDog同样取得了巨大的成就。它没有车轮或者履带，而是采用四条机械腿来运动。机械腿上面有各种传感器，包括关节位置和接触地面的部位。它还有一个激光回转仪，以及一套立体视觉系统。BigDog有1米长，0.7米高，75千克重，几乎相当于一头小骡子的体积。目前能够以每小时5.3公里的速度穿越粗糙地形，并且负载154千克的重量。它还能够爬行35度的斜坡。其运动是由装载在机身上的计算机控制的，这台计算机能够接收机器上各种传感器传达的信号，导航和平衡也由这个控制系统控制。
在医疗机器人方面，2000年左右研制成功并使用的达芬奇外科手术系统（Leonardo Da Vincisurgical robot）是一种高级机器人平台，它可以通过使用微创的方法，实施复杂的外科手术。它由三部分组成：外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统。达芬奇机器人的使用，使手术精确度大大增加，术后恢复加快，并减少了医护人员的工作量。
在家用服务机器人方面，自20世纪末研制出第一台扫地机器人以来，已经取得了巨大的发展。扫地机器人是服务机器人领域里面产业化程度最高和应用最多的机器人，其技术也从之前的随机清扫方式进化到路径规划式清扫，为人们的生活带来了巨大的便利。
