1.1　早期的先驅(qū)和Shakey誕生前的故事

人類希望自動(dòng)化機(jī)器可以依據(jù)人類的命令做事，這樣的愿望可以追溯到希臘神話。荷馬筆下的由鐵匠兼工匠的赫菲斯托斯創(chuàng)造的人工仆人，能思考，能說(shuō)話，還能為奧林匹斯山的眾神跑腿^[25]。

某種機(jī)緣巧合下，第一次發(fā)現(xiàn)自動(dòng)機(jī)的線索是在大約公元前250年古希臘的亞歷山大港，那時(shí)候拜占庭的Philon創(chuàng)造了一個(gè)類人的自動(dòng)機(jī)^[197]，它長(zhǎng)得像女仆，右手端著一壺酒。當(dāng)在這個(gè)自動(dòng)機(jī)的左手掌放置一個(gè)杯子時(shí)，它會(huì)往里斟一些酒，然后與水混合，最后給人飲用。Philon設(shè)計(jì)的這個(gè)有智慧的機(jī)械機(jī)制和氣動(dòng)裝置的自動(dòng)機(jī)被命名為Automatiopoeica，據(jù)說(shuō)是歷史上第一個(gè)機(jī)器人。

大約公元820年，在拜占庭皇帝Theophilos統(tǒng)治期間發(fā)現(xiàn)了獅子樣的自動(dòng)機(jī)。而大約在中世紀(jì)的穆斯林世界，Al-Jazari和Banu Musa的作品中就非常細(xì)致地記載了自動(dòng)機(jī)的構(gòu)建。從11世紀(jì)到15世紀(jì)，歐洲和阿拉伯世界也出現(xiàn)了例如像騎手、鳥、門等作為機(jī)械鐘表零件的自動(dòng)機(jī)。大約在歐洲文藝復(fù)興時(shí)期，達(dá)·芬奇^[283]在意大利皇家贊助下，開發(fā)了機(jī)械化的自動(dòng)機(jī)，如圖1.1所示。

圖1.1　達(dá)·芬奇的鳥（這些是鳥樣自動(dòng)機(jī)的草圖。a）摘自達(dá)·芬奇的Codex Atlanticus，b）摘自Codex Huygens。這些資料來(lái)自Rosheim^[283]，經(jīng)Springer Science and Business Media授權(quán)許可）

幾乎是同時(shí)，地球的另一邊，日本也有了自己的自動(dòng)機(jī)，Karakuri木偶。這些木偶運(yùn)用了機(jī)械裝置，用卷曲彈簧儲(chǔ)存能量，連著凸輪、杠桿和齒輪以驅(qū)動(dòng)木偶。發(fā)明木偶是為了娛樂，如圖1.2所示，這個(gè)木偶的流行用法是作為奉茶自動(dòng)機(jī)。木偶會(huì)雙手端著茶杯向前移動(dòng)，然后向賓客鞠躬送茶，當(dāng)賓客喝完茶把茶杯遞還給木偶后，它會(huì)抬起頭以示感謝，然后轉(zhuǎn)身返回。

圖1.2　Karakuri木偶（這些木偶制作于17世紀(jì)至19世紀(jì)的日本，由一個(gè)卷曲彈簧觸發(fā)，可以奉茶。圖片由en.wikipedia.org提供）

后來(lái)，更多精密的自動(dòng)機(jī)問世了。Vaucanson在1738年發(fā)明了機(jī)械裝置的自動(dòng)鴨子^[368]，如圖1.3所示。他的鴨子能夠拍打翅膀，發(fā)出嘎嘎的聲音，會(huì)喝水，會(huì)以逼真的吞咽動(dòng)作吃谷物和種子。這個(gè)鴨子設(shè)計(jì)得和真實(shí)鴨子大小一樣，由鍍金的銅制成。Vaucanson也發(fā)明了其他類似的自動(dòng)機(jī)，如真人大小的演奏笛子和演奏鈴鼓的自動(dòng)機(jī)，會(huì)模仿人演奏樂器，Vaucanson還發(fā)明了機(jī)器人服務(wù)員來(lái)提供食物、清理餐桌。

圖1.3　Vaucanson的鴨子（制作于1738年，是早期自動(dòng)機(jī)的代表。圖片由en.wikipedia.org提供）

大約18世紀(jì)末，在印度的邁索爾，類似的機(jī)械裝置被用于制作一個(gè)機(jī)械的木頭老虎，轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí)會(huì)咆哮并進(jìn)行逼真的攻擊。很多歷史學(xué)家提出，這也許是Tipu Sultan和法國(guó)合作的結(jié)果。

所有這些進(jìn)展都發(fā)生在沒有任何電力的情況下，動(dòng)力要么來(lái)自智慧的機(jī)械裝置（大多時(shí)候是卷曲彈簧），要么來(lái)自氣壓或液壓。直到大約1890年，特斯拉用電力建造了一個(gè)無(wú)線電控制的微型船只，如圖1.4所示。

“robot”這個(gè)詞的創(chuàng)造得一直等到1920年。這個(gè)語(yǔ)源來(lái)自捷克語(yǔ)單詞“robota”，意為義務(wù)勞動(dòng)。它第一次出現(xiàn)在Karel?apek的戲劇里，即R.U.R（Rossum's Universal Robots，Rossum的萬(wàn)能機(jī)器人）。“Robot”這個(gè)單詞的使用演變?nèi)鐖D1.5所示，維基百科將它和其他單詞及想法聯(lián)系在一起的詞云如圖1.6所示。

圖1.4　特斯拉的無(wú)線電控船（尼古拉·特斯拉在1898年冬天申請(qǐng)了無(wú)線電控機(jī)器人船的專利，命名為“teleautomaton”。特斯拉在那年紐約麥迪遜廣場(chǎng)花園的電氣展覽會(huì)上展示了他的發(fā)明。圖片由commons.wikimedia.org提供，CC許可）

圖1.5　單詞“robot”的使用（把1950年作為基準(zhǔn)年，大約到1985年，單詞“robot”的使用約增加了12倍。20世紀(jì)90年代之后，術(shù)語(yǔ)迅速發(fā)展，例如，“roomba”成為所有掃地機(jī)器人的代名詞，“PUMA”和它的變體統(tǒng)治了手臂機(jī)器人領(lǐng)域，“drones”指代所有的飛行機(jī)器人，而且更新的科學(xué)小說(shuō)更多是關(guān)于機(jī)器人和半機(jī)器人的，而不是20世紀(jì)80年代的簡(jiǎn)單的R2D2和C3P0，所以單詞“robot”的使用減少了（使用Google Books Ngram Viewer^[230]制作））

圖1.6　維基百科的“Robot”詞云（幾乎這里的所有單詞都會(huì)在接下來(lái)的幾章用到。使用Wordsalad App制作，http://wordsaladapp.com/）

1928年W.H.Richards創(chuàng)造了第一個(gè)人形機(jī)器人Eric，并在倫敦展出。大約在20世紀(jì)40年代，Westinghouse Electric Company開發(fā)了另一個(gè)人形機(jī)器人Electro，它由電子繼電器控制，能夠播放記錄的演講、回應(yīng)聲控、用附加在腳趾的輪子移動(dòng)。1938年，Claude Shannon制作了電子機(jī)械鼠，它能通過(guò)試錯(cuò)找到前往目標(biāo)點(diǎn)的路徑，是現(xiàn)代電腦鼠的前身。

除了特斯拉的無(wú)線電控船和Shannon的電子機(jī)械鼠之外，20世紀(jì)前半葉，機(jī)器人仍然很難被制作出來(lái)，因?yàn)橄馝NIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer，電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）這樣依賴于大而笨重的電子氣閥的計(jì)算機(jī)技術(shù)因太大而不能被集成到移動(dòng)單元。直到1949年，Walter的機(jī)器人^[344]的出現(xiàn)才形成了移動(dòng)計(jì)算單元可以很容易和環(huán)境交互的概念。這些機(jī)器人形似海龜，而且能夠執(zhí)行一些簡(jiǎn)單的動(dòng)作，比如趨光和躲避障礙。Walter實(shí)現(xiàn)了電子和機(jī)械模塊的第一次結(jié)合，機(jī)器人能對(duì)外界刺激做出反應(yīng)。20世紀(jì)50年代，Devol設(shè)計(jì)了第一個(gè)可編程工業(yè)機(jī)械手——Unimate機(jī)械手。

之后，在20世紀(jì)70年代初，Shakey和Stanford Cart是在自主智能體和人工智能的原則下開發(fā)的早期機(jī)器人。差不多同時(shí)，早稻田大學(xué)開發(fā)了全真尺寸仿人機(jī)器人Wabot-1，有兩條腿、兩條胳膊，能用日語(yǔ)和人類交流。從認(rèn)知的角度來(lái)講，這個(gè)機(jī)器人擁有2歲孩子的智力。

俄羅斯的月球任務(wù)促成了Lunokhod計(jì)劃的發(fā)展。如圖1.7所示，Lunokhod-1是第一個(gè)登上另一個(gè)天體的機(jī)器人。1970年的Lunokhod-1和三年后的Lunokhod-2都是遙控機(jī)器人車，被設(shè)計(jì)用來(lái)記錄月球表面。這兩個(gè)機(jī)器人車裝有太陽(yáng)能板——在白天提供能量，還裝有放射性同位素加熱器單元——在晚上提供能量。自Lunokhod開始的探索機(jī)器人，已經(jīng)技術(shù)成熟并繼續(xù)探索其他星球和天體（如彗星），如圖1.8所示。

圖1.7　Lunokhod-1（來(lái)自俄羅斯的月球任務(wù)，它是最早的遙控操作機(jī)器人之一。摘自Spenneman^[308]，由Taylor & Francis Ltd授權(quán)轉(zhuǎn)載（http://www.tandfonline.com））

圖1.8　Philae(Toby,1/4)（機(jī)器人登陸彗星67P，隨著陽(yáng)光灑落在太陽(yáng)能板上而啟動(dòng)^[134]，在2015年的6月13日與地球重新建立聯(lián)系。此圖是作者的Toby系列漫畫的一部分(1/4)，使用CC-by-SA 4.0許可）

隨著20世紀(jì)70年代的微電子革命和20世紀(jì)80年代的計(jì)算機(jī)革命，很多微型組件、更小的處理單元和用戶友好的軟件接口變得可用，機(jī)器人技術(shù)隨之飛躍了一大步。

[1] Karel?apek的戲劇Rosumovi Univerzálni'Roboti是用捷克語(yǔ)寫的，于1920年出版，1921年1月25日在捷克斯洛伐克的布拉格第一次登上大熒幕。