文/陳德彰

漫 話 機 器 人

文/陳德彰

說起機器人，人們已經(jīng)不陌生，我國每年都有專門的展覽會，還有中學生機器人制作比賽。有趣的機器人足球賽等更是吸引了無數(shù)成人和兒童。1921年，捷克著名劇作家卡爾·恰佩克（Karel Capek，1890—1938）的話劇《羅素姆的全能機械人》（Rossum’s Universal Robots）在布拉格首演。robot一詞是恰佩克將捷克語的“強迫勞動”（robota）和波蘭語的“工人”（robotnik）兩詞合成創(chuàng)造出來的。此詞于1923年首次出現(xiàn)在英語，后來被用于指“機器人”的新詞匯。

不過大多數(shù)機器人在工廠里代替人類做一些笨重或危險的工作。后來戰(zhàn)場也出現(xiàn)了機器人，比如用以掃雷（mine clearance/sweeping）?，F(xiàn)在還出現(xiàn)了機器人導盲犬（guide dog）。一些醫(yī)院里也有專門的機器人，不僅能從事一些簡單的工作，還能進行復(fù)雜的手術(shù)。有些餐飲行業(yè)推出了機器人服務(wù)員。其實，我國探月的玉兔（jade rabbit）月球車（moon rover）也是一種機器人。

但是，機器人的歷史并不算長，1959年，被稱為“機器人之父”的美國人英格伯格（Joseph F. Engelberger，1925—2015）帶領(lǐng)團隊制造出世界上第一臺工業(yè)機器人，機器人的歷史才真正開始。

英格伯格制造的工業(yè)機器人是第一代機器人，屬于示教再現(xiàn)（teaching and playback）型，即人手把著機械手，把應(yīng)當完成的任務(wù)做一遍，或者人用“示教控制盒”（demonstration control box）發(fā)出指令，讓機器人的機械手臂運動，一步步完成它應(yīng)當完成的各個動作。

20世紀70年代，第二代機器人開始有了較大發(fā)展。第二代是有感覺的機器人：它們對外界環(huán)境有一定感知能力，并具有聽覺、視覺、觸覺等功能。機器人工作時，根據(jù)感覺器官，即傳感器（sensor）獲得信息，靈活調(diào)整自己的工作狀態(tài)，保證在適應(yīng)環(huán)境的情況下完成工作。如有觸覺的機械手,可輕松自如地抓取雞蛋，具有嗅覺的機器人,能分辨出不同飲料和酒類。

第三代機器人是智能（intelligent）機器人，不僅具有感覺能力，而且還具有獨立判斷和行動的能力，并具有記憶、推理（inference；reasoning）和決策的能力，因而能完成更加復(fù)雜的動作。智能機器人的中央電腦控制手臂和行走裝置發(fā)生故障時，能自我診斷出故障部位，并能自我修復(fù)。今天，智能機器人的應(yīng)用范圍大大地擴展了，除工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)外，機器人已應(yīng)用到各行各業(yè)。從某種意義上說，機器人已具備了人類的特點。

機器人智能化、擬人化（personalize）的發(fā)展是沒有止境的。有些機器人雖然外表并不像人，也不以人類的方式操作，但可以代替人力自動工作。

展望未來，對機器人的需求是多面的。在制造工業(yè)，多數(shù)工業(yè)產(chǎn)品的商品壽命逐漸縮短、品種需求加多，這就促使產(chǎn)品的生產(chǎn)從傳統(tǒng)的單一品種成批大量生產(chǎn)逐步向多品種小批量柔性生產(chǎn)過渡。由各種加工裝備、機器人物料傳送裝置和自動化倉庫組成的柔性制造系統(tǒng)，以及由計算機統(tǒng)一調(diào)度的更大規(guī)模的集成制造系統(tǒng)將逐步成為制造工業(yè)的主要生產(chǎn)手段之一。

目前，微型機器人大多還處于實驗室或原型開發(fā)階段，但可以預(yù)見，將來微型機器人將廣泛出現(xiàn)。例如微型管道機器人，其特點是能在狹小的管狀通道或縫隙行走，進行檢測維修等作業(yè)。近年來隨著微電子機械技術(shù)的發(fā)展和晶體壓電效應(yīng)和超磁致伸縮材料磁-機耦合（coupling）技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展, 新型微驅(qū)動器的出現(xiàn)和應(yīng)用成為微管道機器人的重要發(fā)展基礎(chǔ)。

日本名古屋大學（Nagoya University）研制成一種微型管道（micro pipe）機器人,可用于細小管道的檢測,在生物醫(yī)學領(lǐng)域的小空間內(nèi)做微小工作。我國上海大學和上海交通大學都研制出了慣性沖擊式（inertial impact type）管道微機器人。這種微機器人采用層疊型壓電（cascading piezoelectric）驅(qū)動器驅(qū)動，有層疊型和雙壓電薄膜兩種類型。

近年來,醫(yī)療機器人技術(shù)的研究與應(yīng)用開發(fā)進展很快,微型醫(yī)療機器人是其中最有發(fā)展前途的應(yīng)用領(lǐng)域，據(jù)日本科學技術(shù)政策研究所預(yù)測,到2017年醫(yī)療領(lǐng)域使用微型機器和機器人的手術(shù)將超過全部醫(yī)療手術(shù)的一半。美國馬里蘭州的約翰霍普金實驗室研制出一種“靈巧藥丸”，實際上是裝有微型硅溫度計和微型電路的微型檢測裝置，吞入體內(nèi)可以將體內(nèi)的溫度信息發(fā)給記錄器。瑞典科學家發(fā)明了一種大小如英文標點符號的機器人，未來可移動單一細胞或捕捉細菌，進而在人體內(nèi)進行各種手術(shù)。國內(nèi)許多科研院所主要開展的無創(chuàng)傷微型醫(yī)療機器人研究取得了一些成果。無損傷（zero damage）醫(yī)用機器人主要應(yīng)用于人體內(nèi)腔的疾病醫(yī)療，可以大大減輕或消除目前臨床上使用的各類窺鏡（sight glass；speculum）、內(nèi)注射器（intrinsic syringe）、內(nèi)送藥裝置（intrinsic medicine delivery device）等醫(yī)療器械給患者帶來的嚴重不適應(yīng)及痛苦。

中國科學技術(shù)大學在國家自然科學基金的資助下研制出了基于壓電陶瓷驅(qū)動的多節(jié)蛇行游動腹腔手術(shù)微型機器人。CCD攝像系統(tǒng)手術(shù)器械及智能控制系統(tǒng)分別安裝在該微型機器人的頂端，通過開在患者腹部的小口伸入腹腔進行手術(shù)。其特點是響應(yīng)速度快，運動精度高，作用力與動作范圍大,每一節(jié)可實現(xiàn)兩個自由度方向上±60°范圍內(nèi)迅捷而靈活的動作。

浙江大學也研制出了無損傷醫(yī)用微型機器人的原理樣機。該微型機器人以懸浮方式進入人體內(nèi)腔（如腸道、食道），可避免對人體內(nèi)腔有機組織造成損傷,運行速度快，速度控制方便。

有意思的是，美國著名科幻小說（science fiction，常略為sci-fi）家艾薩克·阿西莫夫（Isaac Asimov，1920—1992）曾在他的科幻小說里描述了規(guī)范機器人行為的三定律：

第一定律：機器人不得傷害人，或任人受到傷害而無所作為；

第二定律：機器人應(yīng)服從人的一切命令，但命令與第一定律相抵觸時例外；

第三定律：機器人必須保護自身的安全，但不得與第一、第二定律相抵觸（contradict）。

這些“定律”構(gòu)成了支配機器人行為的道德標準。機器人必須按人的指令行事，為人類生產(chǎn)和生活服務(wù)。不久前，英國標準協(xié)會（British Standards Institute，簡稱 BSI）正式發(fā)布了一套機器人倫理指南（ethical guidelines），比阿西莫夫三定律更加復(fù)雜和成熟。我們的社會已經(jīng)到了要給機器人制定行為規(guī)范的時候了，這不禁讓人產(chǎn)生一種科幻與現(xiàn)實交織（interweave；intertwine）的奇妙感覺。

英國標準協(xié)會是有著100多年歷史的英國國家標準機構(gòu)，在世界范圍內(nèi)具有很高的權(quán)威性。這個倫理指南的全稱是《機器人和機器系統(tǒng)的倫理設(shè)計和應(yīng)用指南》（Guidance to Ethical Design and Application for Robots and Machine Systems），主要針對的人群就是機器人設(shè)計研究者和制造商，指導他們?nèi)绾螌σ粋€機器人做出道德風險評估（risk assessment）。其最終的目的，是要保證人類生產(chǎn)出來的智能機器人，能夠融入人類社會現(xiàn)有的道德規(guī)范（code of ethics; moral rule）里。

這個標準的文件代號為BS8611，發(fā)布于2016年 9 月 15 日英國牛津郡的 “社會機器人和 AI ”（Social Robotics and AI）大會上。西英格蘭大學機器人教授艾倫·溫尼弗雷德（Alan Winfield）表示，這是業(yè)界第一個關(guān)于機器人倫理設(shè)計的公開標準。

該文件內(nèi)容雖然用詞枯燥，但是里面所描繪的場景，簡直跟從科幻小說里蹦出來的一樣。機器人欺騙、令人成癮（get addicted）、具有超越現(xiàn)有能力范圍的自學能力，這些都被列為危害因素，是設(shè)計人員和制造商需要考慮的。

《指南》開頭給出了一個廣泛的原則：機器人的設(shè)計目的不應(yīng)是專門或主要用來殺死或傷害人類；負責任的主體是人類，而不是機器人；要確保找出某個機器人的行為負責人的可能性?！吨改稀芬簿劢沽艘恍┯袪幾h性的話題，例如，人類與機器人之間可否產(chǎn)生情感聯(lián)系（emotional bonding/feelings）， 尤其是當這個機器人本身設(shè)計目的就是為了與小孩和老人互動。

謝菲爾德大學教授諾埃爾·夏基（Noel Sharkey）認為，這就是機器人在無意的情況下欺騙人類的例子。機器人是沒有感情的，但是人類有時候并不這么認為。他指出，最近有一項研究，把小機器人放到一所幼兒園里，孩子們很是喜愛，并且認為這些機器人比家里的寵物具有更高的感知能力。

《指南》建議設(shè)計者更應(yīng)關(guān)注機器人的透明性，但是科學家們表示這個在現(xiàn)實里很難實現(xiàn)。這是因為人們無法確切了解 AI 系統(tǒng)（尤其是深度學習系統(tǒng)）是如何做出決定的。

一個人工智能體，并沒有用固定的程序來指導它完成任務(wù)，它是通過數(shù)百萬次的學習和嘗試，才找出成功的解決方法。這種學習和做出決策的過程，有時候是其人類設(shè)計者都無法理解的。

《指南》里也提到了機器人的性別和種族歧視問題。這是因為深度學習系統(tǒng)很多都是使用互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)進行訓練，而這些數(shù)據(jù)本身就帶著偏見。

機器人的偏見是會直接影響技術(shù)應(yīng)用的。它會對某些群體的學習更深入，而對另一些群體有所忽視，這在以后的應(yīng)用中，意味著機器人會“看菜下飯，看人說話”。

現(xiàn)在已有的例子就是，聲音識別系統(tǒng)對于女性的理解要弱一些，再比如機器識別白種人的臉更容易，識別有色人的臉更難。長遠來看，在未來的醫(yī)療應(yīng)用中，機器人在診斷女性和少數(shù)族群的時候，其專業(yè)程度會降低。

夏基教授說：“我們也需要一個機器人黑盒子，可以打開來仔細審查。如果一個機器人表現(xiàn)出種族主義的傾向，我們可以把它關(guān)掉，從街上拽回來?！?/p>

兩周前，路透社有文章指出，有科學家表示性愛機器人會使人成癮，因為機器人不會拒絕。

《指南》 也提到了這種“過度依賴機器人”的現(xiàn)象，然而并沒有給設(shè)計者一個確切的可遵循的準則。這也是在未來的工作中需要繼續(xù)補充的。

1976年上映的美國電影《未來世界》（Futureworld）里面，有很多機器人，包括與真人毫無兩樣的400型。有人愛上了一個美麗的女性機器人，只不過那個女性機器人屬于400型，沒有安裝性愛方面的軟件。還有更先進的700型，沒有臉也還能和人打撲克的200型機器人，這機器人甚至會偷看牌。不過，電影里大多數(shù)機器人倒是很遵守道德規(guī)范和操節(jié)，令人深思?？磥?，給機器人，實際是制造機器人的人，定出道德規(guī)范還是很有必要的。

作為一種特殊的、智能化了的機器，機器人能夠并肯定會超越它們的設(shè)計者的某些局限性，這意味著，機器人在高效的同時可能也是危險的。人們一般都認可，在一個限定的操作范圍內(nèi)，機器人要比人類的反應(yīng)快得多，也精確得多。即使機器人無法超越人類的智能，但很可能比人類更出色地完成任務(wù)。由于有程序化的（programmed）儲存，機器人下棋時會在一瞬間對全局和每一步所有可能的結(jié)果做出通盤考慮，哪怕再好的職業(yè)棋手也不可能做到這一點。由于人類行動節(jié)奏緩慢，因此我們對于機器人的有效控制很可能趕不上節(jié)拍，猶如等到我們能對感知器官傳達過來的信息作出反應(yīng)、踩下正在駕駛的汽車剎車時，汽車可能已經(jīng)一頭扎進墻里了。

機器人與其制造者的關(guān)系猶如奴隸和奴隸主的關(guān)系。奴隸主要求奴隸絕對服從自己，不折不扣地（to the letter）為其服務(wù)。但很多情況下，奴隸可能比奴隸主聰明得多，他們會用各種辦法騙過奴隸主，甚至造反（rise in rebellion），這在古希臘的歷史中有大量的例子。也就是說，奴隸主制定的道德規(guī)范限制不了奴隸，相當于機器人很可能會擺脫其制造者的有效控制。在這種情況下，奴隸主，也就是制造機器人的人，必須有嚴格的道德規(guī)范約束自己。