1.1.1　Walter的海龜

現代的移動機器人誕生于1949年，當時W.G.Walter制造了2個有三個輪子、像海龜一樣的自動機器人^[154]。這些自動海龜有光傳感器、接觸式傳感器，還有推進電動機用于前輪驅動，操舵電動機來移動方向，以及真空管模擬計算機。Walter命名他的項目為Machina speculatrix，還以《愛麗絲夢游仙境》里的人物Elmer和Elsie命名了兩個海龜機器人，也正好契合了ELectro MEchanical Robots,Light Sensitive,with Internal and External stability的大寫字母縮寫。這是第一個電子機械的自主移動機器人。這些海龜有三個特點：對柔光有趨向性，對強光有排斥性，對障礙物有排斥性。在各種實驗中，海龜對很多外部刺激都會有回應：

1.目標追逐行為。當在黑暗中啟動的時候，海龜會向著光線移動，跟隨著光束，直到找到它的“窩”。

2.有自由的意志以在兩者中做出選擇，在跟隨光線的行為中，會選擇去靠近兩個光源中更近的那個，靠近這個光源一段時間，然后移動去另一個光源，再返回之前的光源。這種循環的行為會持續直到能量耗盡。

3.固執。在跟隨光源的時候，如果光源由于障礙物的遮擋在這些海龜的視線里不可見時，這些海龜會展示它們頑強的決心，它們會以隨機的方向移動，并且在找尋光源的過程中，它們會呈現光跟隨行為，如圖1.9所示。

圖1.9　Walter的海龜（Elsie的時間位移圖顯示了它的固執。在跟隨光源的過程中，受到蠟燭的光在拋光防火墻上的反射的影響，海龜偏離了它的軌道。最終它找到了到達屏幕后面的蠟燭的路。摘自Fong et al.^[107]，由Elsevier授權）

4.最佳選擇。海龜會避免極端的刺激，而選擇溫和的刺激。比如，當跟隨光源時，它們會被光源吸引，但是它們會排斥強光。

5.社會組織與競爭。當兩只海龜同時被放在黑暗的環境里，并各自放置了兩根蠟燭作為光源時，兩只海龜都會被彼此的光源吸引，并且仍然排斥強光。這樣，它們就跳起了合拍的舞蹈，兩個海龜會繞著彼此跳華爾茲。Walter甚至讓這個實驗變得更有趣，他又加入了第三個外部光源，刺激海龜的競爭行為，它們會爭著跑向第三個光源。

6.響應內部生理變化，如電池低電量。Walter將海龜設計為電池電量較低時就會受到一定強度的光的吸引，以引導它們去充電艙。

7.自我實現。Walter甚至加入鏡子來嘗試更富創新性的實驗。配上蠟燭，海龜跟隨著鏡子里的自己，但在到達并接觸到鏡子時，它的觸覺傳感器會將鏡子檢測為障礙，然后它就會繞著鏡子轉圈。Walter把這種行為叫作自我實現。第9章會討論自我實現，并說明鏡子確實是意識測試非常關鍵的存在。

8.除上面提到的之外，一份第一手資料顯示Elsie是一名女性，Elmer是一名男性。

這不像達·芬奇的機器鳥和特斯拉的機器船，因為海龜沒有固定的行為。相反，它的表現主要取決于在運行時受到的外部環境的刺激。這些海龜在受到外部刺激時，展示了自動性和線路規劃性。Walter表示，他的海龜是“對生命的模仿”^[344]，是第一個人工生命（Artificial LIFE，ALIFE）的例子，為擬人靈感在機器人設計方面的應用奠定了基礎。值得注意的是Walter知道他的海龜還遠遠不完美，如果任其自生自滅，它們會在跟隨光源的過程中最終耗盡能量、卡在堅硬的障礙物中或者和同類展開競賽決斗。

這兩個海龜機器人最終被分解以提供零件，用以構建其他6個海龜。然而它們中的大多數都丟失或毀壞了，只剩下1977年Walter去世后他的兒子繼承的一個。1995年Holland和他的技師團隊修復了這個海龜，使其恢復了正常運行，也做了復制品Ninja和Amy，如圖1.10所示。

圖1.10　Ninja和Amy（Walter的機器人復制品，由The Bristol Robotics Lab的Ian Horsfield制造。使用的唯一現代零件是2個電機和電池，剩下的幾乎都是Walter已經造好的。圖片經布里斯托爾的西英格蘭大學的Alan Winfield授權許可）

Walter曾經計劃進一步開發Machina docilis或者條件反射模擬（COnditioned Reflex Analogue，CORA）海龜^[345]，它們與Elmer和Elsie的基礎相同，但是附加了從環境交互中學習的能力。Walter以巴甫洛夫的條件反射研究為指導，應用了基本的神經模型來實現學習。然而，盡管可以肯定Walter已經開發了基于獨立學習的設備，但不能確定他是否在海龜機器人上植入了此能力^[363]。之后，他努力開發的IRMA（先天釋放機制模擬）設備拓展了更加高級的學習模式，但也和CORA一樣，沒有集成在海龜機器人上。

雖然是巧合^[155]，但并不意外。1949年，Walter開始開發海龜，Wiener^[352]探討了通過超高速計算機把傳感器讀數和運動動作結合起來的初步構想，幾乎就在同時，圖靈開始有了圖靈機的構想，而Shannon也構建起了通信理論。