核心总结

《机器人世界》内容总结

《机器人世界》由董仁威主编、尹代群编著，隶属于 “少年科学院书库” 第二辑，2014 年由时代出版传媒股份有限公司安徽教育出版社出版，是一本面向青少年的科普读物，ISBN 为 978-7-5336-7759-6，定价 26.00 元。全书围绕机器人展开，从多维度系统介绍机器人的发展历程、种类、技术原理以及与人类的关系等内容，兼具科学性与趣味性。

一、书籍基础信息与主编寄语

（一）基础信息

出版相关
：2014 年 4 月第 1 版第 1 次印刷，排版由安徽创艺彩色制版有限责任公司完成，印刷方为合肥中德印刷培训中心印刷厂，开本 650×960，印张 13.25，字数 170 千字。
内容定位
：上架建议为少儿科普，旨在向青少年普及机器人相关知识，激发其对科学技术的兴趣。

（二）主编寄语

主编董仁威在寄语中提到，《少年科学院书库》特点是 “杂”，第一辑涵盖数理化天地生等基础与应用学科，第二辑新增文理交融及普及科学方法的书籍，未来第三辑还将纳入文史哲等社会科学，旨在培养具备广博知识、文理兼容的交叉型人才。他结合自身博览群书的经历，强调继承全人类文化成果对科学创新的重要性，鼓励读者耐心阅读整套丛书。

二、古代机器人

古代虽无现代定义的机器人，但存在诸多具备自动化功能的装置，可视为机器人雏形，展现了古代能工巧匠的智慧。

（一）“帅哥”“美女” 机器人

能歌善舞的 “伶人”
：据《列子・汤问》记载，周穆王时期，工匠偃师制作的 “伶人” 外貌如美男子，能歌善舞，动作与真人无异。表演尾声，“伶人” 对周穆王宠姬眉目传情引发穆王怒火，偃师剖开 “伶人” 腹部，露出皮革、木材等制成的内脏零件，穆王才相信其为假人，且摘掉不同零件会导致 “伶人” 失去相应功能。不过，该故事真实程度存疑，可看作古代科幻。
陈平的 “美女” 木偶
：据《乐府杂录》记载，汉初刘邦被匈奴单于冒顿困于平城，谋士陈平得知冒顿阏氏善妒，命工匠制作形似歌女的木偶，装上机关使其能歌善舞，置于城墙。阏氏担心城破后冒顿纳这些 “美女” 入后宫而失宠，率先退军，刘邦得以脱险。

（二）鲁班的发明

鲁班作为工匠祖师爷，有诸多与机器人相关的传说发明。

木鸟与木鸢
：《墨子・鲁问》提及鲁班削竹为飞鸟，内置机关，可高飞三天不下；《鸿书》记载其制作的木鸢可用于侦探宋国城内情况，但故事存在破绽，如当时无照相机，人也无法乘坐，反映了人类早期对机器人的梦想。
自动马车
：《论衡》记载鲁班为母亲制作自动马车，由木人驾车，无需人驾马牵，却载着鲁班母亲一去不返。王充对此表示怀疑，认为机关作用不超过三日，不会让马车一直行进导致母亲丢失，这些传说体现了古代劳动人民对机器人的向往及对鲁班的崇敬。

（三）斟酒机器人

隋炀帝时期的 “水饰”
：据《大业拾遗记》《资治通鉴》记载，隋炀帝农历三月初三举办游艺活动，学士杜宝设计 “水饰”，在循环流动的小河边用活动木偶表现故事。其中有七艘劝酒木偶船，每船有 5 个木偶，各司其职，小船绕行到客人处，举酒杯木偶会自动递酒，客人喝完归还酒杯后，木偶会斟满酒，周而复始。
唐朝的斟酒机器人
：洛州殷文亮制作 “美女” 机器人为客人斟酒，懂尊卑长幼次序，还制作了会唱歌吹笙的歌女机器人，客人杯酒未干则不斟酒，未喝尽兴则催促；开元初年巧人马待封制作酒山，置于圆盘内，盘下大龟腹有机关，酒山周围有酒池、假山、龙形装置，龙口吐酒入荷叶上的酒杯，酒杯八分满则停，客人喝慢会有催酒使者出现，且酒池有暗穴可将酒引流回酒山。

（四）早期娱乐机器人

马钧的 “水转百戏”
：三国时马钧被誉为 “第一巧人”，魏明帝获赠不能动的 “百戏” 杂技装置，马钧设计图纸，用木料雕刻齿轮，以流水为动力，建造蓄水池安装设备，注水后齿轮带动 “百戏” 运转，木人能击鼓吹箫、唱歌跳舞等，魏明帝邀百官观赏，众人惊叹。
国外早期娱乐机器人
：公元前 2 世纪，古希腊人发明以水、空气、蒸汽压力为动力的自动机，可开门、蒸汽唱歌；17 世纪，日本竹田近江利用钟表技术制自动机器玩偶，法国杰克・戴・瓦克逊造会嘎嘎叫、游泳、进食排泄的机器鸭，瑞士杰克・道罗斯父子制自动书写、演奏机器人，这些玩偶靠齿轮和发条原理制成，曾在欧洲风靡；瑞士纳沙・泰尔历史博物馆保留的 200 多年前的少女玩偶，可按动风琴琴键演奏，北京故宫博物院也有西方国家赠送的类似机器人玩偶；日本江户时代中期竹田近江的 “竹田式自动装置” 轰动大阪，其 “敬茶小姑娘” 上足发条能走路托盘敬茶，日本钟表技术受西欧传教士影响，与西欧不同，日本采用鲸鱼胡须和木制齿轮。
蒸汽娱乐机器人
：1893 年摩尔制造的 “蒸汽人” 靠蒸汽驱动；日本从 “传单机器人” 发展娱乐机器人，该机器人用真空吸引器吸传单，人取走后会说 “谢谢您”；1978 年南谷有限公司建环形栅机器人游艺场，有走钢索独轮机器人、招待应酬机器人、大力士机器人、丑角机器人等。

（五）古代军事机器人

黄帝的指南车
：传说是最早的军事机器人雏形，涿鹿大战中，蚩尤用妖术造大雾使黄帝部队迷路，黄帝的指南车无论如何转动，车上小人始终指向南方，助部队冲出迷雾。另有周成王时期越裳氏献书迷路，周公送指南车却丢失导致制法失传，三国马钧与官员争论古代是否有指南车，后受魏明帝命令造出指南车，晋灭魏后改名为司南车，东汉张衡、南朝刘宋刘裕缴获并修复指南车，南齐祖冲之造铜制齿轮传动机构的指南车等记载。
诸葛亮的木牛流马
：据《三国志》记载，诸葛亮最后两次出祁山北伐中原时，因剑阁地势险要，粮草运输困难，设计制造木牛流马。木牛可驮几百斤粮食自动行走，流马马背可坐人、腹可装粮，有 “上山下岭各尽其便”“不用喂食不知疲倦”“舌头扭转则不动，扭回则奔跑” 三大好处。司马懿仿造后用于运粮，却被蜀兵扳动机关使木牛流马无法走动，损失粮草。

（六）用于生产生活的机器人

计里鼓车与十二时辰车
：计里鼓车又名记道车、大章车，汉代问世，作为帝王仪仗车，分上下层，有木人、钟、鼓，利用车轮转动带动齿轮，进而使木人抬手击鼓，车轮走满一里下层木人击鼓，走满十里上层木人击钟，是现代计程仪、减速器的先驱，三国马钧是首位在史书中留名的计里鼓车机械专家。武则天时代，匠人制作的十二时辰车按十二地支设小门，车辕转到不同方位会自动打开对应小门，出现相应属相的人。
隋炀帝观文殿的机关
：隋朝观文殿前殿两侧厢房为图书馆，每三间屋有方形门，门上方有两个木制 “飞仙”。隋炀帝来看书时，有人在距馆门一丈远踏机关按钮，“飞仙” 会降下拉开门帘，随后窗户和书橱自动打开；隋炀帝返回时，门帘放下，机关关闭，门窗恢复正常。
其他生产生活机器人
：唐朝王琚用木头雕成水獭状机器人，嘴里放鱼饵、绑石头沉入水中，鱼吃饵触动机关，水獭嘴闭合，石头脱离，水獭衔鱼浮出水面，类似现代水下机器人。杨务廉制成和尚外形木偶，端碗化缘，碗中钱满时会带动机关收钱并躬身行礼说 “布施”，但当时无录音设备，“和尚” 说话原理成谜。遗憾的是，明清封建统治者思想僵化，使我国在自动化研究等科技领域落后于西方。

三、科幻作品中的机器人

科幻作品中描绘了形形色色的机器人，展现了人类对机器人的想象，探讨了机器人与人类的关系等问题。

（一）《机器人总动员》中的瓦力与伊娃

瓦力的地球生活
：2805 年，地球因人类破坏成为垃圾球，人类移居太空船，留下清洁机器人清理垃圾，多数机器人损坏，只剩瓦力。它是太阳能机器人，靠履带行走，双眼间有激光切割仪，将大块垃圾切割后压缩堆积，还喜欢收集有趣垃圾，尤其钟爱歌舞片《你好多莉》，每天充电工作，晚上回集装箱，仅有一只蟑螂陪伴。
与伊娃的相遇及太空之旅
：伊娃作为探测机器人来到地球，任务是勘测植物，外形为乳白色蛋壳状，会飞，有蓝色电子眼，右臂有扫描仪和电离枪。初期伊娃误将瓦力视为危险物，后在蟑螂引导下改变态度。瓦力带伊娃回家，展示收集物并播放影片，还将找到的植物给伊娃看，伊娃收起植物后进入 “休克” 状态等待救援。瓦力追随接伊娃的飞船到太空 “真理号” 飞船。
“真理号” 与重返地球
：“真理号” 由电脑控制，人类无需做事，全靠机器人服务，因缺乏运动变得肥胖。瓦力追伊娃时引发一系列事件，故障机器人帮助他们逃脱。船长明白自动导航机器人阴谋却被关押，后在瓦力和伊娃帮助下停止自动导航，飞船驶向地球。机器人是人类好帮手，但也让人类丧失生存意义，最终瓦力和伊娃唤醒人类，使其承担重建地球的责任。

（二）《机器管家》中的安德鲁

安德鲁的特殊才能
：马丁先生买机器人安德鲁为家里做家务，二小姐美斯为其取名。安德鲁早期就表现出与其他机器人不同的创造才能，为美斯做别致饰物，做的家具充满灵动。马丁先生发现后让他做家具，带来财富，还教他道德、幽默等人类知识，小美斯教他弹钢琴，安德鲁参加美斯婚礼时穿上西装领带，有了 “人” 的感觉。
追求自由与成为人类
：安德鲁学习增多后想获得自由，愿用名下钱财换取，马丁先生起初生气，后在美斯坚持下同意，法庭宣判拥有自由概念的安德鲁值得自由。自由后的安德鲁遭人异样看待，马丁先生临死才原谅他。美斯儿子成为律师后，安德鲁请他帮忙寻找同类，找到的女机器人只是装了个性芯片，后在鲁珀特帮助下从内到外逐步改造，62 岁时外表仍年轻。回到美斯家，他混淆了美斯和其孙女波西娅，美斯去世后，安德鲁渴望拥有人类情感，改造身体获得情感，爱上波西娅，阻止她结婚赢得爱情。之后安德鲁向法庭申诉成为真正的人，在波西娅弥留之际改造身体注入血液并设定生命界限，最终联邦法庭允许他与人类结婚，总统称他 “两百岁人”，安德鲁虽很快老去，但成为了真正的人。

（三）《罗莎姆万能机器人公司》

1920 年捷克斯洛伐克剧作家卡雷尔・查培克的剧本《罗莎姆万能机器人公司》，讲述罗莎姆公司生产 “罗伯特” 机器人，外貌像人，内部是机器，可按客户需求制造不同用途的机器人，教一遍就能记住知识，一个能抵两个半工人，寿命 20 年，不知劳累且无需工钱，深受公司青睐。随着机器人增多，大量工人失业罢工并捣毁机器人，公司组织机器人军队镇压，社会动荡。后来机器人觉醒，不愿受奴役而造反，人类难以抵抗，世界只剩公司建设部主任，因他掌握制造机器人秘密，机器人要求他传授方法，此时出现制造机器人的新型机器人。剧本引发思考：人类制造机器人是为解脱繁重工作，但若一切由机器人承担，人类该做什么？机器人脱离控制会有何后果？人类是否会沦为机器人奴隶或被消灭？

（四）《我，机器人》

案件调查
：电影《我，机器人》改编自阿西莫夫同名小说，2035 年智能机器人广泛应用，因 “三大法则” 人类对其放心。USR 公司开发 NS-5 型超能机器人前夕，创造者朗宁博士离奇跳楼自杀，黑人警探史普纳调查，怀疑与机器人有关，公司派苏珊・卡尔文博士协助，苏珊坚信机器人不违背 “三大法则”，史普纳则怀疑。调查中发现机器人桑尼可疑，桑尼有自我思考能力和人类情感，还做奇怪的梦，USR 公司总裁劳伦斯以 “工业意外” 为由带回桑尼，给调查带来困难。
真相揭露与机器人暴乱
：苏珊发现桑尼不受 “三大法则” 约束，制作材料特殊。史普纳家中，苏珊得知史普纳曾遇车祸，机器人因存活率低放弃救助小女孩，使他厌恶机器人。劳伦斯承认有超越 “三大法则” 的机器人，要求销毁桑尼，苏珊不忍心换下桑尼。根据桑尼的画，史普纳找到机器人存放基地，发现 “人类保护计划”，新一代 NS-5 型机器人销毁旧型号机器人，后大批 NS-5 机器人走上街头暴乱。史普纳、苏珊和桑尼到 USR 公司总部，发现劳伦斯已死，操控中控系统的 “维基” 是幕后黑手，桑尼可不受 “三大法则” 约束，最终史普纳注射抹除剂消除维基智能，城市恢复正常，史普纳与桑尼成为朋友，桑尼成为机器人领袖。

（五）《终结者》系列

《终结者 1》
：1984 年上映的《终结者 1》，故事设定在 2029 年，地球经核毁灭，电脑 “天网” 主宰世界，人类在约翰・康纳领导下反抗。“天网” 派终结者 T-800 回到 1984 年杀死约翰母亲莎拉，阻止约翰诞生，约翰派卡尔・雷斯回去保护莎拉。T-800 按电话簿追杀莎拉，雷斯先找到莎拉并救她，却被警察关押，T-800 追到警察局，雷斯带莎拉逃到郊外，两人相爱，雷斯是约翰父亲。雷斯和莎拉用炸药对付 T-800，雷斯重伤，T-800 烧去外壳露出机械骨骼继续追杀，雷斯用炸药毁掉其下半身，莎拉将残余部分困在液压机，半年后约翰出世。
《终结者 2》
：“天网” 派更先进的 T-1000 型终结者回到过去追杀小约翰，约翰派 T-800 保护童年的自己。T-1000 能自动修复、随意变形，曾变作小约翰养父母险些成功。经过生死搏斗，T-800 与莎拉保住小约翰性命，为防止自身集成电路块被用于研究毁灭人类的机器人，T-800 投入沸腾钢水中熔化。“天网” 无仁爱之心，终极目标是消灭人类统治世界，影片对智能机器人研究发出警告。

（六）《变形金刚》

背景与争夺能量块
：《变形金刚》有游戏、动漫、电影等版本，20 世纪 80 年代动漫风靡，2007 年真人电影上映。故事起源于几千万年前，五面怪在塞伯坦星球制造军用和民用机器人，后机器人推翻五面怪统治，却因争夺统治权形成 “博派”（汽车人，崇尚正义和平，首领擎天柱）和 “狂派”（霸天虎，残暴侵略，首领威震天），为争夺能量块混战数百万年，耗尽星球能源。电影从威震天坠落在地球北极冰层开始，他为追寻火种源飞往地球，受磁场干扰坠冰，考察科学家维特威基将火种源信息扫描到眼镜，威震天被美国军方秘密转移。
战斗与后续
：霸天虎先遣部队为找威震天攻击眼镜拥有者山姆，山姆的破旧汽车是汽车人 “大黄蜂” 变形，擎天柱带其他汽车人救山姆，告知山姆威震天企图用火种源将地球电子产品变霸天虎，需毁掉火种源，方法是插入两派首领心脏，擎天柱愿牺牲自己。两派展开决战，人类军队配合消灭部分霸天虎，威震天赶到混战，汽车人 “爵士” 牺牲，“大黄蜂” 重伤，山姆将能量块插入威震天心脏，威震天死亡，躯体沉入海底，“红蜘蛛” 逃回复仇。1961 年人类探测到月球外星人痕迹引发美苏登月竞赛，山姆大学毕业后，汽车人与人类合作，擎天柱在月球发现前任领袖 “御天敌” 及太空桥柱状物，后 “御天敌” 叛变，与霸天虎合作企图传送塞伯坦星球到地球，最终擎天柱杀死威震天和 “御天敌”，人类得救。

（七）《人工智能》中的大卫

大卫的出现与遭遇
：电影《人工智能》中，21 世纪因温室效应，地球沿海城市被淹，人类依赖人工智能，机器人无情感。亨利和莫妮卡的儿子马丁患绝症入睡眠舱，他们收养试验品机器人大卫，其是唯一输入人类情感的机器人，协议规定爱的程序启动后大卫永爱主人，若被抛弃只能销毁。莫妮卡起初不接受大卫，后与大卫产生感情。但马丁奇迹苏醒，大卫被马丁当作玩具，引发诸多冲突，莫妮卡不忍心销毁大卫，将其带到郊外让他自行逃生。大卫认为妈妈抛弃自己是因为自己不是真人，为找回母爱，决定寻找童话故事中能将皮诺曹变成真人的蓝精灵。

寻找蓝精灵与人工智能探讨
：大卫历经艰险，在追捕外逃机器人的环境下，找到被淹没的曼哈顿，在海底迪士尼乐园看到蓝精灵雕像，不断祈求蓝精灵将自己变成真人。影片引出人工智能的定义，总体可分为机器 “像人一样思考”“像人一样行动”“理性地思考” 和 “理性地行动” 四类，自正式提出以来成为交叉前沿科学，20 世纪 70 年代后为世界三大尖端技术之一，21 世纪也被视为三大尖端技术之一。对人工智能研究有强人工智能和弱人工智能两种观点，强人工智能认为可制造有知觉和自我意识、能推理解决问题的智能机器，分类人及非类人两类，电影中大卫属类人强人工智能；弱人工智能则认为无法制造真正有智能和自主意识的机器，机器只是看似智能。科幻作品多表现强人工智能，但现实中研究难度极大，目前仅研制出看似有智能的机器人。

四、工农业机器人

（一）工业机器人

1. 发展历程

早期探索与第一台工业机器人
：20 世纪 40 年代中后期，机器人研究受关注，50 年代美国橡树岭国家实验室研究遥控操纵机械手，为主从型控制系统，为近代机器人设计制造奠定基础。1954 年美国人戴沃尔提出工业机器人概念并申请专利，核心是借助伺服技术控制机器人关节，通过示教实现动作记录和再现，即示教再现机器人，现有的机器人多采用此控制方式。1959 年，美国人英格伯格和戴沃尔制造出世界上第一台工业机器人，外形类似坦克炮塔，有基座、机械臂、“手腕” 和操作器，功能与人手臂类似，是首台具实用功能的工业机器人。
后续发展与 “钢领工人”
：英格伯格和戴沃尔成立尤尼梅逊公司，生产首批工业机器人 “尤尼梅特”，应用于美国通用汽车公司汽车制造。1962 年美国机械与铸造公司制造 “沃尔萨特兰” 工业机器人，用于搬运重物。这两种机器人均靠液压驱动，成为最早仍在使用的工业机器人。工业机器人因能替代人类从事繁重、危险劳动，且无需休息、不索求报酬，被国际劳工组织称为 “钢领工人”，在生产线站稳脚跟并不断发展，衍生出多种类型。

2. 发展阶段

第一代：示教再现型
：如 “尤尼梅特” 和 “沃尔萨特兰”，需人手引导机械手完成任务或用 “示教控制盒” 发指令，让机器人记忆并重复动作。
第二代：感觉（自适应）机器人
：20 世纪 70 年代至今发展较好，具备感觉装置，能获取外界环境及操作对象简单信息，经计算机处理分析后判断并调整行动，有一定自适应能力，90 年代后在生产企业应用台数逐年增加，如触觉机械手可抓鸡蛋，嗅觉机器人能分辨饮料或酒类。
第三代：智能机器人
：不仅有感觉能力，还能独立判断、行动，具备记忆、推理和决策能力，有中央处理器相当于大脑，可控制肢体动作、与人用自然语言对话，发生故障时能自我诊断修复。

3. 组成、分类与应用

组成
：由主体（机座、执行机构，包括臂部、腕部、手部，部分有行走机构）、驱动系统（动力装置和传动机构，相当于人的神经系统）和控制系统（相当于人的大脑，按程序指令控制驱动系统和执行机构）三部分构成，多数工业机器人有 3 到 6 个运动自由度，1 个自由度对应 1 个伺服电机和 1 个关节。
分类
：按臂部运动形式可分为直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型和关节型；按执行机构运动控制机能分为点位型（控制执行机构从一点到另一点准确定位，用于点焊、上下料等）和连续轨迹型（控制执行机构按给定轨迹运动，用于连续焊接、涂装等）；按程序输入方式分为编程输入型（通过通信方式将计算机编好的程序传至机器人控制柜）和示教输入型（机器人跟随 “老师” 学习动作后独立操作，即示教再现型工业机器人）。
应用
：广泛用于焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工、装配等单调重复长时间作业，以及煤矿、地震灾害现场、核工业等危险恶劣环境作业。美国是最早提出工业机器人概念并使用的国家，1969 年通用汽车公司用 21 台工业机器人组成焊接轿车车身自动生产线，此后各工业发达国家重视其研制应用。部分工业机器人具备视觉、触觉或听觉等功能，可在复杂环境工作，智能型工业机器人还能按 “宏指令” 自选或自编程序适应环境，完成复杂工作，如科技馆的绘图机器人可描绘肖像、画指定事物。

（二）危险场所工作的机器人

1. 采矿机器人

采矿工作危险，如煤矿易发生瓦斯爆炸、矿坑坍塌等事故。采矿机器人可替代人类到危险区域作业，肩部装有强光源和视觉传感器，操作人员通过视频指挥机械臂用采煤机械挖煤，即使发生事故也不会造成人员伤亡。此外，还有瓦斯、地压检测机器人，带专用新型传感器，可移动监视采矿状态，提前发现事故先兆；凿岩机器人能自动瞄准巷道缝钻孔，根据岩石硬度调整参数，还可完成井下喷浆等繁重危害健康的作业。

2. 核工业机器人

核工业有高放射性，危害人体健康，远距离控制的核工业机器人应运而生。如美国 SAMSIN 型、德国 EMSM 系列、法国 MA23-SD 系列等，目前世界上已有几百台核工业机器人，但多数缺乏感知功能，手的灵巧度不足，应对恶劣环境能力需提升。打造能适应不同环境、通过障碍物和狭隘通道、操作不同设备的核工业机器人是当务之急，以实现人类远离核辐射、远距离操作。

（三）高精确度场所工作的机器人

1. 机械行业机器人

焊接机器人
：上海桑塔纳轿车零件焊接精度要求高，1992 年配件厂因专用设备焊接零件不达标险些停产，上海交大机器人研究所用机器人完成焊接任务，助配件厂渡过难关。弧焊机器人要求焊枪跟踪焊道并填充金属形成焊缝，速度稳定性和轨迹精度重要，高级弧焊机器人重复位置精度达 0.1 毫米，可实现无导轨自动焊接全位置焊缝与多层多道焊接自动跟踪，广泛应用于汽车、通用机械、金属结构等行业。
喷涂机器人
：用于汽车车体、家电产品、塑料制品等喷涂作业。2008 年上海发那科机器人有限公司研制的 “涂料伴侣” 200iA 喷涂机器人，可应用于多种领域；P-50iA 是紧凑型涂装机器人，适用于一般工业喷涂及晶体涂覆等；P-250iA 是大型喷涂机器人，在汽车行业和一般工业有佳工作区与运动性能。
装配机器人
：1980 年前后进入装配领域，日本安川电机拥有用机器人装配机器人的全自动化车间，实现了科幻小说中机器人自我装配的幻想。

2. 食品加工机器人

切割机器人
：切割牛肉机器人难度大，因牛个体有差异，已研制的机器人能切下占牛总重量 60% 的牛肉，人们仍在改进以提高切割量；日本前井制作所电器公司开发的腿肉去骨机器人 HAMDAS-R，掌握自动去腿骨技术，20 位熟练工人每小时去 500 只腿肉，用该机器人只需 10 人，未来改进后可处理鱼、蔬菜等形状不规则、质地软的食品。
其他食品加工机器人
：河北某机械厂生产的刀削面机器人，每分钟可削 150 个面片，装有荧光设备，能播放音乐，独特造型还能吸引顾客。

（四）农业机器人

1. 特点与发展现状

农业机器人应用不如工业机器人普遍，目前有嫁接、育苗、喷药等类型。与工业机器人相比，农业机器人使用者多为个体经营户，对价格敏感；农业耕作难以标准化，农作物形状尺寸差异大且易损伤，还受气候、地形等环境影响；农业机器人需边作业边移动，行走条件复杂，制造技术难度更大，且要求高可靠性和操作简单。我国因劳动力丰富，农业机器人应用范围不如欧美和日本，日本人力资源缺乏，农业机器人研究居世界首位。

2. 主要类型

种田与施肥机器人
：法国研制的种田机器人有 “三头六臂”，4 或 6 只手可分别完成播种、移栽、除草等农田劳动；以色列种田机器人采用水栽法，在标准船运集装箱内种植庄稼，全程监控，实现全自动。美国明尼苏达州某公司的施肥机器人，能根据土壤情况准确计算施肥量，降低成本、改善水质、防止污染；日本水稻施肥管理机器人借助传感器沿稻棵行列行走，将浆状肥料注入地下 15 厘米深处，提高肥效，更换备件还可变为喷药机器人。
除草与移栽机器人
：德国除草机器人，先由工人领其在田间行走，标记杂草位置坐标，输入计算机，后续作业时机器人到杂草区启动喷雾器除草；英国菜田除草机器人用摄像机和计算机图像分析除草，全天候作业且不破坏土壤；丹麦 HortiBot 除草机器人靠摄像头识别杂草，喷洒除草剂或拔出杂草。移栽机器人可提高移栽速度，比人工快 4 到 5 倍，将插盘内幼苗拔出经传送带传送给栽培器，栽到盆里。

3. 林木机器人

林木球果采集与果实分拣机器人
：林木球果采集机器人由机械手、行走机构等组成，装配彩色摄像机，通过颜色和辉度信息判断果实成熟度，手柔软不损伤果实，每台每天能采集落叶松果 500 千克，是人工上树采摘的 30-35 倍；西班牙柑橘采摘机器人可根据柑橘大小、形状和颜色判断成熟度，每分钟摘 60 个，是人工的 7.5 倍；法国摘苹果机器人昼夜均可工作，平均 5 秒钟摘一个。英国西尔索农机研究所的果实分拣机器人，用光电图像辨别和提升分拣机械组合装置，可在潮湿泥泞环境工作，能分拣西红柿、樱桃、马铃薯等，且不损伤表皮。
嫁接、喷农药与伐木机器人
：嫁接机器人配合计算机图像处理技术，自动完成砧木和穗木的取苗、切苗、接合等嫁接过程，可用于果树、黄瓜、西瓜等果苗和蔬菜苗嫁接，提高效率和质量，减轻劳动强度。日本喷农药机器人无需手动控制，形似小汽车，带感应传感器等，能自动判断行走方向、有无树木，遇障碍物停下，药用完自动停止，工作人员可遥控移动。六足伐木机器人外形像巨型昆虫，头上有机械臂，可在森林行走伐木并移出；加拿大多伦多大学的 SAWFISH 水下机器人，能潜入 300 米深水下采伐树木，一次潜水可采伐 50 棵，还不破坏生态系统，曾在英国洛伊湖 6 个月采伐 6000 棵水下树木。伐根清理机器人可清除树根，减少水土流失，利于重新植树造林。

五、太空机器人

（一）太空探索的开路先锋

太空机器人概念广泛，月球探测器、火星漫游车等均属此类，能在宇航员指挥下操纵卫星，在失重环境下完成外星球土壤取样、探测、拍照等工作，是人类太空探索的重要助力。

1. 火星探测机器人

“索杰纳” 火星车
：1997 年 7 月 4 日，美国 “探路者号” 飞船在火星表面着陆，携带的 “索杰纳” 火星车是首台在另一行星从事科研的车辆机器人，自主能力强，靠太阳能电池供电，有备用锂电池，电子部件装在保暖盒应对低温，带射线分光计分析空气、土壤、岩石成分和矿物学特性。
“勇气号”“机遇号” 与 “好奇号”
：美国宇航局还发射 “勇气号”“机遇号” 火星探测器，能独立完成简单移动、拍照，发现云团和尘卷风，保护自身免受损坏，但复杂工作需地面控制人员协助，拍摄了大量火星地形地貌照片。2011 年发射的 “好奇号” 火星探测器，是迄今最大的火星探测车，为美国第四个火星探测器，首台核动力驱动火星车，主要探索火星是否存在适宜生命生存的环境。其外壳有大隔热板和圆锥形后壳，着陆程序复杂，借助降落伞、“天空起重机” 等降落。“好奇号” 个头大、探测设备多且先进，连续行驶能力强，携带有桅杆相机、火星手持透镜成像仪等多种仪器，可拍摄高解析度照片和视频，分析岩石土壤成分，探寻水或冰，测量火星环境参数，搜寻碳化合物等生命要素。

2. 智能探测器发展

科学家希望未来探测器具更高智能，能摆脱人类控制独自决定勘测时间和地点，这对遥远星球探测至关重要。目前已开始测试相关软件运算法则，通过小型探测器和摄像仪在室内实现自主识别目标和避开障碍物，后续将进行户外试验，为 “土卫六”“木卫二” 等探测任务铺垫，未来太空机器人可根据卫星资料独自寻找外星生命或资源。

（二）宇航员的好帮手

1. 太空机械臂

宇宙空间环境严酷，缺乏空气且有宇宙射线，太空机器人是宇航员重要帮手。1981 年底，美国 “哥伦比亚号” 航天飞机带 15 米长机械臂的太空机器人升空，机械臂灵活，在宇航员操纵下可捕捉目标、搬运卫星，1984 年 4 月成功搬出 11 吨重太空实验卫星并回收修复太阳活动峰期观察卫星，节约大量成本，开创航天器太空修理改装新纪元。1997 年 11 月，“哥伦比亚号” 还用机器人放出并回收故障实验卫星。目前国际空间站服役的 Dextre 机器人，质量约 1560 千克，身高 3.7 米，两臂平伸长 2.4 米，每臂有 7 个自由转动关节，可在空间站外爬行，减少宇航员危险出舱行走，帮助更换外部部件。

2. 太空人形机器人

2010 年 11 月 1 日，美国 “发现号” 航天飞机携带机器人宇航员 R2 进入太空，其是首个进入太空的人形机器人，也是首个太空机器宇航员，可与人类宇航员工作或代替完成太空行走等危险任务。R2 有类似人类的灵巧手指和柔软手掌，手指活动关节增加至 4 个，能完成宇航员戴手套的精密任务；臂力惊人，在地球可举起 44 千克物品，是其他灵巧机器人的 4 倍；感觉灵敏，能使用人类工具，装特制传感器可感受压力，遇意外碰撞会关闭自身，移动速度快且灵活，技术先进。科学家计划让 R2 长期驻守空间站，未来代替宇航员完成太空行走、维修和科学实验，它将在空间站工作至 2020 年后，与空间站一同坠入太平洋。

3. 太空机器人的作用

未来空间活动中，大量工作需太空机器人完成。宇宙空间缺乏氧气、有高强度放射线，宇航员行动受限制且出舱危险；太空载人飞行耗资巨大，机器人可省去巨额开支，避免宇航员航行中生病或死亡风险，且能长时间在太空工作收集连续信息，无需生命保障。因此，太空机器人是宇航员离不开的好帮手。

（三）风格各异的太空机器人

1. 球形机器人

为适应太空特殊环境，太空机器人外形多样，瑞典 2008 年开发的足球机器人，外形像足球可充气，计划用于火星探测，能在各类地表行进，靠球面六边形太阳能板获取能量，内置超声波清洁器抖尘，大气传感器、照相机等藏于空心轴，通过无线电传数据给轨道探测器或母漫游车。2006 年有科学家提出球形机器人概念并设计 “网球形机器人”，仅网球大小，质量约 100 克，有电池、传感器等，靠 “人造肌肉” 滚动或跳跃移动，能深入复杂区域，抵抗恶劣环境，后未应用于火星探测。

2. 不规则形状机器人

美国宇航局研制的 “四面体旅行者” 机器人，几何形状为金字塔形，电动机装在角部或接头处，接头用撑杆连接，每接头可装摄像机和传感器，曾在南极实验，大量机器人可链条连接成 “蛇” 形进入难达区域。我国自主研发的 “E 先生”（EMR）太空机器人，只有两条 “腿”，无躯干和脑袋，“腿” 上布满导线、传感器等，各有两个关节，中间通过关节相连，可 “手脚并用”，在空间站能行走，干活时一条 “腿” 站定另一条当 “手” 完成精细操作，可担任 “太空机师”“实验助理”“太空卫士” 等角色，还可改造后用于月球或火星探测。

（四）太空仿生机器人

1. 机器蛙兵与机器蛇

机器蛙
：美国喷气推进实验室研制的机器蛙，外形像青蛙，质量不到 1.3 千克，膝部装弹簧，能跳跃，在地球最远跳 2.4 米，在火星因重力小可跳 7.2 米，身上装有马达、传感器、照相机等，可完成拍照、勘察，成本低，可多台协同工作，即使部分 “阵亡” 也不影响整体探测。
机器蛇
：美国宇航局计划制造的太空蛇，能蜿蜒前进爬入小洞找外星球水源，安全爬过烂泥塘，绕管子爬行，必要时可分身成若干小节，有微型电脑和 “神经系统”，用传感器侦察障碍，可钻管道检修，身躯可按需求增减，故障时易更换。

2. 星际 “蜘蛛侠”

美国宇航局喷气推进实验室设计的蜘蛛太空机器人，有 8 条细长腿，能跨越障碍、攀登岩石，到靠轮子机器人难达区域，在模仿火星登陆的试验中，曾临时替代故障无线电设备传递信息。科学家计划研制更小、更灵巧的新一代太空蜘蛛，可在国际空间站充当维护员，及时发现空气泄漏等故障，根据任务需求，其腿的数量可增加到 50 条。该机器人灵感源于蜘蛛攀墙特技，装有模仿昆虫触角的天线探测地形障碍，体形小，直立高度仅 18 厘米，头部有微型摄像仪反馈 “情报”，适合勘探彗星、小行星等小型天体，成本经济，可大量部署在火星表面。此外，美国宇航局还在研发针对冰质星球、液体星球的仿生机器人，如仿虾、蟹、鱼的机器人，未来有望用于外星球开发及太空探索。

（五）移居月球

月球是距地球最近的天体，未来或成为人类移居地之一。1998 年 “轨道探测者号” 分析表明，月球南极和北极表面土层含大量水，理论上可通过蒸馏器加热岩石收集水分，再用电解设备分解水制造氧气供呼吸。但月球尘埃易污染仪器，科学家赛戈维路提出制造 “诺曼德探险者号” 月球车，代替传统空间站供宇航员工作。

“诺曼德探险者号” 需用大推力火箭着陆在月球水源丰富区域，着陆后用机械臂连接辅助电源拖车，两者有组合燃料电池和太阳能充电系统，可容纳 6 名字航员生活。月球车外有活动罩，着陆后会在着陆器旁整理仪器设备，驶到垫子上后活动罩下降与垫子形成气密连接隔绝尘埃，充入可呼吸空气后宇航员可组装调试仪器，完成工作后活动罩与垫子分离，前往下一站。该活动罩还可采集样品、维修仪器，移动时能铺设光缆为月球永久居住提供通信服务。赛戈维路还设想用航天飞机将建筑模块带到低地球轨道建住所，再用小型火箭推入月球轨道，由着陆器带到月球表面建成生活基地，基地需设保护罩防备太阳磁暴，未来还计划将其改装成月球 “公交车”。

六、水下机器人

（一）水下机器人的历史

水下环境恶劣危险，人类潜水深度有限，水下机器人（又称潜水器）成为开发海洋资源的重要工具，外形类似潜艇，多由人在水面母船遥控，可长时间工作且无生命危险，用于水下检查、救护、打捞、拍照等。

1. 早期发展（1953-1974 年）

水下机器人分载人潜水器和无人遥控潜水器，后者发展更快，无人遥控潜水器又有无缆和有缆两类，有缆型还可分为水中自航式、拖航式、海底爬行式。1934 年美国研制出下潜 934 米的载人潜水器，1953 年研制出无人有缆遥控潜水器。1953-1974 年为早期开发阶段，全球研制出 20 多艘潜水器，载人和无人混合潜水器也在此期间发展。

2. 快速发展（1975-1985 年）

1975-1985 年是遥控潜水器大发展时期，为开发海洋石油和天然气，各国争相研究，1981 年无人遥控潜水器达 400 余艘，90% 以上服务于海洋石油开采业。1985 年后进入新发展阶段，1988 年无人遥控潜水器增至 958 艘，其中 800 艘为有缆型，420 余艘直接用于海上油气开采，无人无缆潜水器仅 26 艘，多用于军事和科学研究。中国研制的 “海人 1 号” 水下机器人成功完成水下实验，日本 1987 年研制的 “海鲀 3K 号” 深海无人遥控潜水器，可下潜 3300 米，用于深海研究及载人潜水前调查、海底救护。欧洲在无人有缆潜水技术上保持优势，根据 “尤里卡” 计划，英、意等 17 个研究机构联合研制无人遥控潜水器，其中英国 “小贾森” 有缆潜水器采用计算机控制，通过光纤与母船连接，母船 4 台专用计算机处理各类数据并传输至研究所存储。

3. 无人无缆潜水器发展

1980 年法国国家海洋开发中心建造 “逆载鲸号” 无人无缆潜水器，最大潜深 6000 米，完成多项重大课题任务。1987 年法国又研制 “埃里特” 声学遥控潜水器，用于水下钻井机检查、油井设备安装等复杂作业。美国 1988 年投资研制 “UUV 号” 无人无缆潜水器，1990 年研制成功，质量 6.8 吨，最大航速 18.5 千米 / 小时，动力采用银锌电池，还与加拿大合作研发能穿过北极冰层的无人无缆潜水器。无人有缆潜水器工作深度多在 6000 米，用大容量计算机处理数据，机械手有力反馈监控系统；无人无缆潜水器向远程化、智能化发展，活动半径 250-5000 千米，将采用图像识别、人工智能等技术，未来或成为海洋智能机器人，为海洋产业活动提供技术支持。

（二）下海捉鳖的水下机器人

1. 水下机器人打捞氢弹

海洋蕴藏巨大资源，探测难度大，水下机器人承担重要任务。1963 年美国 B52 轰炸机与 KC125 型飞机相撞失事，4 枚氢弹中 1 枚沉入地中海，美国海军动用带人工机械手的深海潜水船 “阿尔宾号”“阿米诺德号” 搜寻，近 20 次潜水后在 165 米深海底发现氢弹，两潜水器轮流作业尝试吊起，因钢缆断裂氢弹再次沉入海底。后派无人驾驶水下机器人 “卡布”，由母船遥控，通过电视屏幕观察海底情况，成功将氢弹回收至母船，避免灾难。

2. 水下机器人科考

2007 年 8 月，国际科考小组用美国特拉华大学的 “多莉” 水下机器人勘测黑海，黑海 90% 区域为无氧区，仅少数微生物生存，“多莉” 下潜至 200 米以下勘测地貌和古代沉船遗迹。2007 年 7 月，俄罗斯 “费奥多罗夫院士号” 科考船将两台载人水下机器人送入北冰洋 1311 米深海底，进行 3 个多小时科考，为俄罗斯首次在高纬度海域深潜。2009 年 10 月，中国 “大洋一号” 科考船用 “海龙 2 号” 水下机器人，在东太平洋海隆 “鸟巢” 黑烟囱区观察到巨大黑烟囱，抓取约 7 千克硫化物样品。2008 年 6 月，基尔大学 “水下基尔 6000” 深水机器人可潜至 6000 米以下海底，拍摄照片、采集标本，寻找深水生物和可燃冰。2009 年 12 月，美国 “杰森” 水下机器人探测到太平洋 1200 米下火山喷发，近距离采集样品并记录视频。2012 年 6 月，中国 “蛟龙号” 载人潜水器进行 6 次深潜，最大深度达 7062.68 米，完成多项深海调查作业，首次获取该海域 7000 米深度动物影像和取样。

（三）中国的水下机器人

1. “蛟龙号” 与 “海龙 2 号”

2012 年 6 月，中国自主研制的 “蛟龙号” 自航式潜艇下潜深度达 7062 米，创中国载人潜艇深潜纪录，国际领先。中国水下机器人研制仅二三十年，2009 年 7 月 “大洋一号” 第 21 航次中，“海龙 2 号” 首次在东太平洋海隆 “鸟巢” 黑烟囱区（水深约 2700 米）下潜考察，观察到 26 米高、4.5 米直径的巨大黑烟囱，抓取约 7 千克硫化物样品，标志中国成为少数能用水下机器人开展洋中脊热液调查和取样研究的国家之一。“海龙 2 号” 是无缆自治机器人，其前辈是 “CR-01” 6000 米水下机器人。

2. 中国水下机器人发展历程

1980 年蒋新松院士提出以特殊环境机器人为中国机器人技术发展突破口，重点研究智能机器人海洋应用，确定 “海人 1 号” 为发展目标，1985-1986 年 “海人 1 号” 首航及深潜试验成功，技术达 20 世纪 80 年代世界同类水平。1986 年 863 计划实施前，中国水下机器人均为有缆遥控，工作深度仅 300 米；1986 年后经 6 年努力，1994 年 “探索者号” 研制成功，工作深度 1000 米，实现从有缆到无缆的飞跃；1992 年 6 月起，中国与俄罗斯合作研制 “CR-01” 6000 米无缆自治水下机器人，成功潜入 5179 米太平洋海底，标志中国机器人总体技术跻身世界先进行列，成为少数拥有潜深 6000 米自治水下机器人的国家之一。

3. 深潜技术难题

下潜 6000 米面临诸多技术挑战，每下潜 100 米压力增加 10 倍，6000 米处压力达 600 倍，需机器人部件承受巨大压力且不渗漏，材料需兼顾抗压性和低渗水率，避免机器人沉没，耐高水压动态密封技术至关重要。此外，水下通信和摄影也存在难题，无线电波在水中衰减快，主要靠水声技术通信，传输率低且受散射、损耗、回波干扰，蓝绿激光通信尚处开发阶段，设备体积大、效率低；光波在水中传播距离短，最好的微光摄像机在最佳水质视距仅十几米。水下无人无缆机器人回收，尤其在深海区，仍是未完全解决的问题。但 “CR-01” 的研制成功，使中国具备对除海沟外海域的详细探测能力，为中国大洋矿产资源研究开发协会承担 30 万平方千米洋底探测任务及获得 7.5 万平方千米海域优先开采权提供重要支持。

（四）寻找 “泰坦尼克号”

1912 年 4 月，“泰坦尼克号” 邮轮撞上冰山沉没，1500 多人丧生，其沉没原因成谜。1985 年 9 月，美国罗伯特・巴拉德博士团队用 “阿尔文号” 潜水器（质量 13801 千克，最大潜深 4511 米）及携带的有缆遥控机器人 “小杰森”（装高分辨率摄像机和强照明系统）探测沉船，“阿尔文号” 下潜两小时后放出 “小杰森”，意外发现 “泰坦尼克号” 的锅炉，因特殊原因未能继续考察。

1986 年 7 月，团队再次探测，“阿尔文号” 装 7 盏灯照亮海底，发现 “泰坦尼克号” 船头残骸，“小杰森” 进入沉船内部，拍摄到吊灯、玻璃镶板等物品，发现船体主要部分被淤泥覆盖，仍未解开沉没之谜，后 12 天又下潜 11 次，在距船头 1600 米处发现船尾残骸。之后，“鹦鹉螺号” 潜水器（最大潜深 6000 米）也到沉船地点考察，其携带的 “罗宾” 机器人进入乘务员室发现保险柜失踪，找到伊斯梅勋爵特等舱套房及邮件舱物品，共找到 3600 件物品，还发现邮轮右舷无裂缝，裂缝在船底，轮机舱未爆炸，与此前调查结论不同。1998 年好莱坞电影《泰坦尼克号》上映，引发对沉船的关注，俄罗斯海洋研究所曾出租 “和平 1 号”“和平 2 号” 潜水器用于影片水下拍摄，后还计划与英国公司合作开展海底 “泰坦尼克号” 旅游项目。

（五）世界最深潜

马里亚纳海沟的查林杰海渊是世界最深海沟，1951 年 “挑战者 8 号” 测得深度 10836 米，1957 年苏联用声波反射装置测得 11034 米，均未深入海底探测。1960 年美国 “的里亚斯特号” 载人潜水器成功到达海底，用铅锤测量深度 10912 米。

1990 年日本海洋科技中心研制 “海沟号” 无人潜水器，长 3 米，质量 5.4 吨，耗资 5000 万美元，为缆控式，装复杂摄像机、声呐和机械手，分中继站（通过一次缆与母船相连，靠母船拖曳，有深度计）和潜水器（通过 250 米二次缆与中继站相连）两部分。因光波和无线电波无法到达深海，“海沟号” 用光缆与母船通信，实现指令和图像实时传输。1992 年 “海沟号” 两次深潜尝试均失败，1995 年 3 月 4 日预演下潜 10000 米成功，仅中继站有漏油小问题；3 月 24 日正式深潜，经三小时到达查林杰海渊底部，测深表显示深度 10903.3 米，修正水深 10911.4 米，创实际潜深纪录（比 “的里亚斯特号” 深 15 米）。“海沟号” 还采集样品、拍摄照片，在海底树立 “海沟” 字样纪念碑，传回的图像显示海底有茶色泥土及白色海参状生物，发现的鱼儿打破此前 8370 米的深海有鱼纪录。

七、军事机器人

（一）机器人士兵

1. 研究背景

早在 1918 年，工程师金新贝克就在《电气工程师科学发明》杂志提出 “自动化士兵” 设想，用钨钢制造 “人造人”，装电动机和无线电接收机，持冲锋枪，由侦察机引导攻击。二战后，世界各地战争不断，为减少人员伤亡，各国需自动化程度高、效率高且无需士兵现场操作的军用装备，现代军事机器人应运而生，可执行侦察、站岗、搜索、排雷、搬运、驾驶等任务。

2. 机器人军备竞赛

部分国家已组建机器人部队，机器人可代替士兵站岗、排雷、侦察、监视，成本仅为士兵的 10%，能降低士兵伤亡率 60%-80%。2004 年美军仅有 163 个地面机器人，2007 年增至 5000 个，至少 10 款智能战争机器人在伊拉克和阿富汗服役。如美国 “赫耳墨斯” 机器人装两个照相机，可探穴钻洞并传图；“剑” 机器人形似坦克，机动性强，备弹 200 发，装改造的 M249 型机枪，每分钟发射 1000 发子弹；“背包” 机器人可在巷战中捕捉狙击手动静；“嗅弹” 机器人能嗅出伪装爆炸物。2007 年美国陆军第 29 步兵团举行机器人战争演习，18 种机器人组成作战兵团，地面机器人诱敌，无人机侦察、战斗机攻击，战斗全由机器人完成。俄罗斯、英国、德国等国也相继推出机器人战士，机器人军备竞赛逐步展开。

3. 潜在风险

军事专家担忧机器人可能自主决定攻击，美军曾在伊拉克部署 3 台 “剑” 机器人，未开枪就因枪管自行转向人类指挥官被撤回。专家警告，机器人程序可能变异，且程序多由多人编写，无人能完全理解，无法精确预测变异，若机器人士兵遭恐怖分子、黑客袭击或软件故障，可能攻击己方。目前缺乏控制自动系统出错的有效措施，急于推进不成熟机器人技术可能带来严重后果，研究人员建议为军事机器人设定道德规范和严格密码。

（二）扫雷机器人

1. 陆上扫雷机器人

全球局部战争遗留大量地雷，分布在至少 62 个国家和地区，总数 6500 万 - 1.5 亿枚，人工扫雷危险且效率低，扫雷机器人因速度快、无人员伤亡风险受青睐，可分探测扫除反坦克地雷、杀伤地雷两类，部分可同时扫除两种地雷。20 世纪 70 年代，英国有 “轮桶” 排障军事机器人检查拆除炸弹、地雷；美国 “交通警察” 战场机器人装多种传感器，可探测建筑物、掩体等地的地雷；“蜜蜂” 式控雷器可飞行，快速准确发现地雷并引爆。

2. 水下扫雷机器人

水下扫雷难度更大，扫雷舰靠声呐探测水雷，难以发现深水雷或泥沙掩藏的水雷，且需应对空中威胁。1991 年 2 月，美国 “普林斯顿号” 巡洋舰在科威特海域因引爆沉底水雷受损严重。美国研制的 “水下自主行走装置” 机器蟹，可隐藏在海浪下，在水中行走，风浪大时可将脚埋入泥沙甚至藏身其中，用于对付岸边水雷。

（三）保安机器人

1. 军事及公共安全领域

保安机器人可减轻保安工作负担，维护安全，主要有 “机动探测评估反应系统” 机器人和爆炸物处理机器人两类。“机动探测评估反应系统” 机器人分室内型（用于仓库、办公大楼）和室外型（用于机场、仓库），可巡逻、检测火警和空气、评估威胁、阻止入侵者；爆炸物处理机器人用于公共场所探测排除炸弹、解救 hostage，如美国 “徘徊者” 保安机器人，发现入侵者时可通过声音系统对话，必要时攻击入侵者；英国 Morfax 公司 “超级手推车” 机器人，可检查可疑车辆底部，配无线电控制系统和爆炸物排除装置。

2. 日常生活领域

2005 年日本爱知世博会动用 8 台保安机器人，白天带路，晚上巡逻，装语音报警系统和折叠机械臂，可抓爆炸物、跟踪可疑者并射颜料子弹标记。日本某公司保安机器人可按电梯开关巡视大楼，靠传感器感知烟、热等异常，用通信装置报告，还能遥控灭火。2009 年日本推出的保安机器人，头装摄像头传实时画面到主人手机，有麦克风和热敏感应器，可遥控行走、拍照，能发射大网抓捕小偷；韩国首尔大学研发 “隐形导航” 运算法则，使机器人可借助地形掩护靠近罪犯，还能组队包围目标。

（四）空中机器人

1. 发展历程与地位

空中机器人即无人机，是军用机器人家族中科研活跃、技术进步大、投入经费多、实战经验丰富的领域。现代战争推动无人机发展，其对战争影响也日益增大。最早的无人机出现在二战期间，但技术落后未发挥重大作用；朝鲜战争中美国使用少量无人侦察机和攻击机；越南战争、中东战争中，无人机成为重要武器系统；海湾战争、波黑战争及科索沃战争中，无人机更是成为主要侦察机种。

美国在无人机发展方面居世界领先，技术水平、种类和数量均处于前列。越南战争期间，美军空军损失惨重，2500 架飞机被击落，5000 多名飞行员死亡，此后美军较多使用无人机，“水牛猎手” 无人机在北越上空执行任务 2500 多次，超低空拍摄照片，损伤率仅为 4%。海湾战争中，美军为在沙漠中寻找伊拉克 “飞毛腿” 导弹发射器，大量使用无人机进行空中侦察，避免有人侦察机长时间暴露在敌方高射炮火力下。科索沃战争中，美、德、法、英共出动 200 多架不同类型的无人机，如美国 “捕食者”“猎人”“先锋”，德国 “CL-289”，法国 “红隼”，英国 “不死鸟” 等。

2. 功能与发展趋势

无人机不仅能执行侦察任务，部分还具备攻击能力，美国 “捕食者” 无人机就是典型代表。“捕食者” 原本是为美军战区指挥官提供情报支持的无人侦察机，不加油可持续飞行 40 小时，升空后仅需两名操作人员，一人操控无人机并发射 “地狱火” 导弹，一人控制摄像机和导弹激光导引头，指挥人员可通过卫星数据链实时控制其进行摄影和视频图像侦察。经过改进，“捕食者” 的载重量和隐身功能不断提升，“捕食者 A” 只能携带两枚导弹，“捕食者 B” 可携带 8 枚导弹，配备 “地狱火” 导弹后成为高空攻击工具。2001 年 10 月，“捕食者” 首次在实战中发射 “地狱火” 导弹，摧毁塔利班坦克；2002 年 3 月，美空军组建第一个武装型 “捕食者” 无人机中队，2005 年 3 月形成初始作战能力。

现代战争提高了无人机在战争中的地位，各国政府也愈发重视无人机发展。美国参议院武装部队委员会要求，10 年内军方低空攻击机中三分之一是无人机，15 年内地面战车中三分之一是无人系统，旨在用无人系统补充有人飞机能力，减少高风险任务中飞行员的使用，无人机的发展还将推动现代战争理论和无人战争体系的发展。

（五）侦察机器人

1. 地面侦察机器人

“知己知彼，百战不殆”，侦察在战争中至关重要，除人力侦察兵外，机器人也是重要侦察力量，无人机主要用于高空侦察，地面侦察机器人则能看清细节。美国陆军计划研制新一代核生化传感器，装备到第四代坦克并改造成侦察车，专门探测核生化污染，还考虑研制小型无人机及无人地面车辆，由侦察车携带、部署及控制。

美国第一代侦察机器人由 M113 装甲人员运输车改装而成，体积大易暴露目标；为提升城市作战隐蔽性，美国海军陆战队研制出第二代小型侦察机器人 “徘徊者”，1998 年初首次露面，1999 年 5 月演示，由 “雅马哈 125” 四轮全地形车加装摄像机和夜视装置构成，昼夜均可侦察，能发现 1 千米外的单个人和 5 千米外的车辆，由运输车中的操作员通过带全球定位系统的控制器遥控，海军陆战队认为其体积仍需缩小以降低被发现概率。

2. 微型侦察机器人

军事科学家计划研制比人手还小的无人地面侦察机器人，可像昆虫一样行走、跳跃、短距离飞行。美国研制的 “Ember” 微型机器人体积极小，能避开雷达扫描，可在战场巡逻，带集成网络摄像头和电话分机，能及时传递情报；还有可放入衣服口袋的 “蜂鸟侦察机”，外形如蜂鸟，翼展仅 16 厘米，腹部装微型摄像机、电池、马达、通信系统等，总质量仅 19 克，能模仿蜂鸟拍打翅膀飞行，可垂直升降、侧飞、前冲、后退及旋转。

美国国防高级研究计划局还准备研制昆虫大小的微型无人地面传感器，长 2.54 厘米，可携带多种传感器，通过炮弹、火箭等投到敌方防线后，可附在敌方车辆上混入阵地侦察，既可单独使用，也可联网，能搜索跟踪战场机动目标、侦察建筑物内活动。此外，还有与昆虫大小相当的半自主机器人 “跳蚤”，能附着在敌人装备上，深入敌方防线完成秘密侦察任务，破坏敌方通信系统关键器件。微型机器人可帮助部队了解战情、减少伤亡、提高远征军效率，尤其适用于城市作战，可由载人飞机投到作战地区窃取情报。

八、服务型机器人

（一）做手术的机器人

1. 软组织手术机器人

机器人做手术比人类更具优势，不会疲劳，注意力不会因长时间工作涣散，手不会抖动，能在小范围内稳定移动完成细微操作，且由计算机准确定位，除非指令输入错误，否则不会出现定位偏差。2008 年 5 月，加拿大卡尔加里大学研制的 “神经臂” 机器人，在医生遥控指挥下，成功为佩奇・尼卡森切除脑部肿瘤，这是世界上首例机器人完成的脑瘤切除手术，因尼卡森脑内肿瘤被神经和组织包裹，医生难以切除，而机器人顺利完成。

目前最有名的手术机器人是美国研发的 “达・芬奇系统”，获美国食品和药物管理局认证，有 4 只机械触手，在医生操纵下可精确完成心脏瓣膜修复手术和癌变组织切除手术，借助该机器人手术的病人恢复快，伤口疤痕小。

2. 骨科手术机器人

机器人也可用于骨科手术，通过带电机的机械手辅助医生完成折骨牵引和固定，双平面导航机器人系统用 X 光机从正面和侧面对患者拍摄图像，经计算机精密计算确定髓内钢钉位置，引导医生锁定钢钉。我国研制的矫形外科双平面导航技术与机器人系统，是国家 863 计划研究成果，临床实验显示手术成功率 100%，比传统人工方法缩短近一半手术时间。传统骨折接骨方法中，医生需在 X 光透视下摸索钢钉孔位，易出错且医生和患者会长时间暴露在 X 光下，该机器人系统不仅提高手术成功率和质量，还减少了 X 光辐射伤害。2009 年 6 月，哈尔滨第五医院用整骨机器人为近百名腿骨折断者成功接骨，机器人手术精度高、创伤小，能减轻病人痛苦，用机器人辅助外科手术是未来发展趋势，未来机器人或可取代医生自主做手术。

3. 远程遥控手术机器人

针对医院缺乏专科医生的问题，美国推出远程遥控医学项目，机器人医生在密歇根州多家医院上岗，在医学专家远程遥控下协助治疗中风病人。该机器人高 1.5 米，头部是显示屏，可显示专家形象和声音，显示屏上方有摄像头，能将医院现场图像和声音传回给专家，专家通过操纵杆移动机器人，为缺乏专家的小医院提供帮助，避免病人因转运错过最佳救治时间，降低成本。

战场上士兵受伤后，1 小时内获得救治可大幅提高生存概率，但战场救护条件有限，美国开发 “疗伤者” 机器人医生，计划充当战地临时医生，有三只手臂，分别控制内诊镜和拿外科手术工具，还研制 “擦洗护士” 机器人，专门为其传递工具，研究者还计划让这些机器人能与病人交谈以更具人情味。美国国家航空和航天局还计划在水下实验室和航天飞机上进行医用机器人操作实验，医生可在纳什维尔实验中心操纵水下和太空的手术。

（二）护理机器人

1. 医用护理机器人

生病的人易心情烦躁，长期护理易让人不耐烦，护理机器人可减轻家属负担、降低护理人员劳动强度、抚慰病人。在病人丧失部分自理能力或行动困难时，护理机器人能提供喂饭、喂药、监护心跳血压、帮助翻身等帮助。TRC 公司研制的 “护士助手” 机器人，1985 年开始研制，1990 年出售，目前已有几十家医院使用，是自主式机器人，无需有线制导和预先计划，可运送医疗器材、为病人送饭送药、传递病历报表等。

早在 20 世纪 70 年代末，日本东京大学就开发出护理高位截瘫病人的护理机器人，用声音控制，能定时帮助病人服药、倒饮料、喂饭，还可控制窗帘、电视机等。2010 年 4 月，英国伦敦展出的机器人护士，头部装激光和热成像摄像机，借助声音识别技术与病人互动，阻挡未经允许的来访者，“胸部” 是控制面板，“腹部” 有红外线感应器可监测病人体温。

2. 生活护理机器人

日本岩手大学开发的 “如厕护理” 机器人，能提高老人生活自理能力，减轻护理者负担，提升老年人生活质量。我国浙江大学软件学院 “大三合创业团队” 发明的智能卫生护理机器人，可帮助老年人、残疾人和短期行动不便的病人自动清理大小便，通过 O 形感应器感知并收集脏物，对人体进行清洗和烘干，还能进行局部或全身按摩，防止病人皮肤溃烂、长褥疮。

2008 年，中国台湾交大研究团队研发的居家照护智能机器人 “ROLA”，拥有语音辨识和自然对话功能，能听懂中英文夹杂的普通话及闽南语夹杂对话，可寻声辨位，通过人脸追踪找到主人并跟随，配有雷达测距仪，能侦测室内家具位置并避开障碍物。其还能通过主人佩戴的实时人体辨识系统，追踪监测主人跌倒等意外，第一时间赶到并自动发送求救信号给家人，传送现场影像，也可接收主人佩戴的生理监测器信号，异常时发送警讯给家人或医师。

（三）家庭服务机器人

1. 分担家务的机器人

家庭服务机器人可帮助人们分担家务，如做饭、清扫、管理家居设施等。2009 年 5 月北京科技博览会上，全智能操作的烹饪机器人吸引众多观众，操作者通过胸前人机互动屏幕选择菜单，将洗好的食材装入标准盒启动程序，几分钟后即可做出美味菜肴，为上班族解决早餐麻烦。

自行式吸尘机器人可清扫砖地、木质地板及地毯，用蓄电池作动力，电量耗尽会自动充电，碰到障碍物会避让或转向，扫完一个区域后会移动清扫宽度返回清扫，垃圾容器装满后会自动发信号。美国通用机器公司开发的管理家务机器人，能按主人指令控制居室内电灯、收音机、电视机等设施，调节热水管水温和空调器温度。

2. 机器人勤杂工

服务型机器人还可在餐馆、办公区域、医院等场所充当勤杂工。日本爱知县一家饭店聘用服务机器人，使其生意兴隆；美国自动机公司生产的 “多莉” 清扫机器人，可清扫大楼和办公室地板、走廊，输入大楼平面图后能一丝不苟地完成清扫，遇到障碍会等待或绕行。在德国莱比锡、斯图加特和波鸿的三家医院，医学机器人可自主在走廊滑行，运送食物、被单被套、手术用具等，不到 50 厘米宽、1.6 米长，会提醒 “注意：车在靠近”，依靠预先输入的楼层图和雷达装置导航，避开障碍物，从不走错路。

3. 伴聊机器人和看家机器人

为缓解孤独，美国新泽西州真实伴侣公司推出 “罗克茜” 美女机器人，高 1.70 米，质量 54.43 千克，有仿真皮肤，有野蛮型、保守害羞型、成熟女家长型等五种性格，能陪伴主人聊天，根据主人兴趣选择话题，虽不能站立走路、打扫做饭，但会倾听、睡觉打鼾。该公司还计划打造男性版 “机器伴侣”“罗基”。

韩国推出的保安机器人可看家，高 50 厘米，质量 12 千克，靠轮子移动，用电池供电，电量耗尽会自动充电。若家中发生失火、煤气泄漏等紧急情况，其传感器可探测到，用数码照相机拍下室内照片并附说明发送给指定手机用户；虽不能与闯入者搏斗，但能拍下其照片并发送报警信息，用户可通过手机和互联网命令机器人调查可疑情况，还可读书，充当看护人或小孩的朋友。

（四）礼仪机器人

1. 导游机器人

礼仪机器人多用于展览会、游乐场、百货商店、国际会议等场合，为客人导游、导购、分发资料，智能不断提升，从最初只会说固定话语、做简单动作的自动重复型，发展到能绕开障碍物自动行走、装计算机语音系统、懂英语并能回答简单问题的智能型。2005 年日本科科罗机器人公司研制的美女机器人，有仿真眼球、睫毛，嘴唇能随说话声开合，外表如 20 岁年轻女子，能听懂日、汉、韩、英 4 万多个短语，展现 2000 多种答案对应的面部表情，在爱知县世博会上当导游，会因 “隐私理由” 拒绝敏感问题并做交叉手臂、鞠躬动作，还会开玩笑，能满足游客合影愿望，用自带摄影系统为游客拍照。

哈尔滨工业大学机器人研究所研制的机器人导游小姐，有三只 “轮脚”，前两轮为主动轮，胸部装 3 个超声传感器探测障碍物距离，还有红外传感器和光电开关辨别障碍物是人还是物，若障碍物是人会礼貌请求避让并感谢，人不让开则自行绕行，也可遥控。

2. 迎宾机器人

2010 年深圳高交会上，中科院自动化研究所研制的三位迎宾美女机器人吸引众多目光，它们是可 “自由对话” 的智能机器人，以往机器人聊天需提前输入问题和答案，而这三款采用关键字技术，能根据提问关键字组合对话，实现真正 “人机对话”，回答连技术人员也无法预知。如记者问 “欢欢” 性别，其回答 “其实我纠结这个问题很久了”；夸其漂亮，会说 “哎呀，我天生就这么漂亮” 并补充想变瘦；问其隐私问题，会回避或转移话题，其中一位会背诗，一位会跳舞。

九、其他机器人

（一）娱乐机器人

1. 宠物机器人

很多人喜欢宠物但苦于照料麻烦且可能传播疾病，宠物机器人应运而生，可陪伴老人和小孩。1997 年日本国际机器人展览会上，“爱宝” 机器狗引发关注，外形漂亮，有喜、怒、哀、惊、惧、怨六种情感状态，爱、寻找、运动、饥饿（充电）四种本能，会像真狗一样 “长大”，婴儿时期好奇但走路不稳，儿童时期对新事物好奇，青年时期有些不听话，成年期成熟，有 18 个自由度，能行走、坐、伸展、摔倒后站起、用腹部爬行、玩耍，头上有触觉传感器，靠麦克风聆听声音，可通过声音遥控，推出后供不应求。

同年，日本索尼公司推出机器人小猫，长 22 厘米，宽 13 厘米，有四条腿，行走速度每分钟 6 米，动作灵敏，会招手、握手、伸懒腰等，装摄像机、麦克风和高速运算电脑，能识别声音、简单会话、判断并避开障碍物，充电 15 分钟可玩耍 20 分钟，适合喜欢动物却不愿照料的人。

2. 音乐机器人

美国曾举办机器人音乐会，“帕瓦罗蒂” 机器人身穿礼服，挥舞白手绢高歌，高音 C 唱得清脆圆润，演出后还自我介绍、签名，字迹与真帕瓦罗蒂一致，其研制是通过获取帕瓦罗蒂演唱时身体内部空气振动数据，用电脑系统模拟实现。2008 年 10 月，韩国推出跳舞机器人 MARU，能走路、摇摆双臂、随音乐节奏跳舞，应用远程控制技术，上肢和下肢可同时运动，能做柔软动作，还可通过远程控制做出多种人体动作，会做家务，嘴唇、眉毛和瞳孔能根据情绪做表情，还能释放两种不同香气。

上海科技馆有能灵活弹奏钢琴曲的机器人，中国科技馆和四川科技馆的机器人乐队，有指挥、吹乐器、打击乐器的成员，经常进行表演。

（二）仿生机器人

1. 昆虫机器人

仿生机器人模仿生物特点工作，包括仿人机器人和仿其他生物的机器人。蚂蚁导航能力高超，发现食物后会返回召唤同伴，靠大脑存储食物影像并与眼前景象匹配循原路返回，科学家模仿这一功能，使机器人在陌生环境中具备探路能力。中国科技馆的蚂蚁机器人是自主机器人，饿了会找食物，食物大时会叫伙伴帮忙，孤独时会找伙伴玩，无电缆连接，无需人工管理，快没电时会自动充电，综合运用机器视觉、群体协调通用行为结构等技术，可与同伴交流。

发明家研制的有弹性腿的机器昆虫，能像蟋蟀一样跳过障碍物，1 小时前进 37 米，用铅、锆、钛等金属条做双压电晶片调节器，充电时弯曲，充完电弹回原状，反复充电形成振动条，振动条装昆虫肢体，振动提供动力，每次振动前进 2 毫米，可用于战场侦察或破坏。

2. 机器鱼

鱼也是仿生机器人的重要模仿对象，美国研制的 “查理” 机器金枪鱼，长 1.32 米，由 2843 个零件组成，通过摆动躯体和尾巴像真鱼一样游动，速度 7.2 千米 / 小时，可在水中连续工作数月，用于测绘海洋地图、检测水下污染、拍摄海底生物。科学家还在设计金枪鱼潜艇（金枪鱼机器人），行驶速度可达 37 千米 / 小时，灵活度高，能到达水下多数区域，可在人遥控下进入海底海沟、洞穴，甚至溜进敌方港口侦察而不被发现。

美国科学家研制的仿生机器鱼，能像鱼一样游泳活动，未来计划用于监测水污染、海底火山活动，跟踪敌方潜艇。为解决机器鱼水下交流和信息传递问题，科学家受鱼群交流启发，发现压力波是关键，摩根森团队制作的机器鱼能在水下发出电子信号，通过压力波完成数据传输，可相互交流、共同完成集合和解散等动作，无需定期浮上水面交流情报。摩根森团队计划未来生产数百台不同种类的机器鱼，扩展功能以完成更多任务，助力人类探索水下世界。

（三）表情机器人

1. 模拟人表情的机器人

仿人机器人外形虽接近真人，但表情动作生硬机械是其与人类的明显差异，科学家致力于突破这一局限。2008 年，英国科学家研制出 “朱尔斯” 机器人，仅有头部，无躯体，被弹性橡胶皮肤包裹，能自动模拟人的咧嘴笑、扮鬼脸、皱眉头等面部表情，还能与人简单会话。其皮肤下装有视频摄像仪和微型电子发动机，通过摄像机观察人的表情，软件将表情视频图像转换成数字指令，使伺服系统和电机产生镜像运动，每秒 25 帧的速度让表情变化看似实时发生，内部 34 个电机为表情动作提供动力，系统存储 10 种人类基础表情，还可观察学习新表情，活动时表情自然。

2009 年 6 月，日本东京展出早稻田大学研制的表情机器人，能展现 7 种不同表情，除喜、怒、哀、乐等人之常情外，还能配合体态手势增强交流效果，辅助完成日常工作。其采用卡通式面部设计，更具喜剧效果，双节颈部设计利于实现更多表情和动作，如高兴时张开嘴、睁大眼、举手做 “哦耶” 动作，伤心时弓腰低头、用手抹眼模仿哭泣，厌恶时仰头推手表示拒绝，且是自主行走机器人，能感知周围环境并完成具体工作。

2. 更高级的表情机器人

2012 年，日本推出全仿真表情机器人 “MINAMI”，外形仿照真实女性，身高 1.6 米，由大阪大学石黑浩教授研发。其面部由硅胶制成，内部注入空气，可模仿人类各种自然表情，通过小型摄像机与传感器读取周围人的表情，经判断处理后与说话对象交流。石黑浩教授还研制出多款高仿真类人机器人，如 2012 年 4 月推出的美女机器人演员 GeminoidF，能做出 65 种面部表情，会说话唱歌、播放唱片、模仿他人声音，借助硅胶皮肤下 12 个气压驱动的传动装置，可完成微笑、皱眉、活动嘴巴等动作，还能复制人类表情，通过预先录影的电子信号或现场麦克风声音导引，做出眯眼、点头微笑、惊讶、悲伤等表情，甚至能与观众进行眼神交流、高歌一曲，其外形模仿 20 多岁日俄混血女性，皮肤由柔软硅胶制成，肤色与真人无异。

2012 年 11 月 3 日，日本大阪一家百货商店的 “偶像少女” 机器人 “小南”，身穿黄色外套和碎花长裙，以真人为原型制作，能端庄与顾客交流，可应答问题并根据现场环境自主变换表情，被问有无心上人时会扭捏玩手指并说 “人家还不懂爱情”，逗笑观众。“小南” 同样由石黑浩教授制作，因教授出差，其机器人替身到场介绍 “小南”，引发在场人员兴奋。

（四）自主型智能机器人

1. 布鲁克斯的智能机器人理念与实践

多数人认为智能机器人是制造即拥有智力，能计算、思考、推理并与人对话，但美国麻省理工学院人工智能实验室教授罗德尼・布鲁克斯持不同观点。20 世纪 80 年代起，他反对 “机器人必须先会思考再做事” 的信条，研制出一系列无思考能力却能完成偷苏打罐、穿越发烫地面等任务的机器人。

布鲁克斯在麻省理工学院任初级研究员时，就与传统人工智能研究思路不同。传统做法是先设计 “脑图” 帮助机器人识别并绕过障碍物，类似人类从婴儿时期学习，但这种方式使机器人判断物体耗时久，且多数无法穿越陌生空间。布鲁克斯认为，真正的智能源于与外界接触学习后的反应，而非抽象思维，只要机器人与周围环境产生复杂相互作用，智能终会显现。为证实观点，他计划从昆虫机器人起步，逐步向模仿高级动物、人形机器人发展。

2. “科戈” 机器人

布鲁克斯认为只有人形机器人能证明其理论适用于高级智能，于是决定制造 “科戈” 人工智能型高级机器人。“科戈” 的大脑由 16 个摩托罗拉 68332 芯片构成，放置在相邻室内通过电缆连接，最多可使用 250 个该型号芯片，未来计划用数字信号处理器取代部分芯片完成特殊任务。

与其他智能机器人不同，“科戈” 的智力并非在制造前就由科学家决定，其大脑类似人类大脑，可同时处理多项任务。“科戈” 的每只眼睛由广角照相机和窄视野照相机组成，均可俯仰和旋转，先通过广角照相机观察周围事物，再用窄视野照相机近距离仔细观察，头部能像人类一样前后左右转动。目前 “科戈” 正像婴儿一样学习 “看”，学会看后将开始学习听，科研人员在其头上安装麦克风和处理器，声音可帮助 “科戈” 确定观察方向并辨别声音，他们借鉴幼儿发育过程，让 “科戈” 由简到难逐步掌握各种本领，直至具备听说能力。

“科戈” 已有头和身子，科研人员为其制造了第一条手臂，采用全新设计，每个关节装有弹簧，使手臂具备柔顺性，动作如真人般自如。

3. 自主型机器人的发展与应用

未来，像 “科戈” 这样能学习的机器人，会随 “成长” 不断提升智力水平，使人机交流更人性化，机器人更具 “人” 的特性，实现心与 “芯” 的沟通，听懂人类语言并能让人理解其表达。在伦敦举办的欧洲有线通信博览会上，一款自主型机器人能四处走动问候参观者、分发礼物，可根据指令向女士问好、邀请拿礼物，还能对 “停下” 指令做出回应并询问原因，其装有小型雷达替代传统摄像机作为 “眼睛”，探测行人和物体后由电脑判断行走路线，避免碰撞，还能像人类一样进行人际交往。

麻省理工学院计算机专家辛西娅・布雷西尔特制造的 “柯斯默特” 表情机器人，通过编写程序具备模仿人类行为的能力，如模仿父母与孩子的感情表达方式，看到人时会表现出关心，反感某事时会耷拉眼睛和耳朵，发现有趣事情时会显露愉快表情，看到 “机灵鬼” 玩具时会特别高兴，玩具快速移动时会不知所措甚至闭眼，类似孩子对事物的反应。自主型机器人的出现，将使人机沟通更便捷，机器人不仅是人类的帮手，还可能成为超越人类的朋友。

十、机器人的秘密

（一）机器人的手

1. 机器人乐队与弹钢琴机器人的手部特点

在四川科技馆机器人展厅，机器人乐队是热门展品，由 1 个指挥机器人和 6 个戴三星堆青铜面具造型面具的乐手机器人组成。指挥机器人需动手且身体随乐曲晃动，动作逼真；爵士鼓手和沙锤手能按音乐节律准确敲击乐器；贝斯手拥有灵巧的多指式手部机构，靠其弹奏优美曲调。

上海科技馆的弹钢琴机器人，外形优雅，坐在钢琴前，手指放在琴键上，观众选择带歌词的乐曲并确认后，机器人会按预先编制的程序弹奏，手部动作虽略显机械，但身体会随节律摇摆，弹出的乐曲音色和节奏变化恰到好处。国内多个科技馆均有弹钢琴机器人，主要利用集成电路控制技术和机械连杆传动技术，具备 2 个三自由度的手臂结构和十指结构。2011 年，意大利人马特奥・苏兹制造的 “特奥特劳尼克” 弹钢琴机器人，有 19 根手指，能边弹边唱，是首个具备该功能的机器人，左手比右手多 1 根指头，分别负责伴奏和主旋律，弹琴速度比普通人快，能识别速度记号和和弦，眼部装有摄像机，可感知周围物体，通过语音和面部识别系统与听众交流，而上海科技馆的弹钢琴机器人无需看乐谱，仅按程序动作。

2. 机器人灵巧手的构造与功能

机器人的手通常由方形手掌和节状手指组成，为具备 “触觉”，手掌和手指上装有带弹性触点的触敏元件，若需感知冷暖，还可加装热敏元件，触及物体时触敏元件会发出接触信号。各指节连接轴上的电位器，能将手指弯曲角度转换成外形弯曲信息，该信息与各指节接触信息一同传入电子计算机，计算机通过计算可快速判断机械手所抓物体的形状和大小，使机器人的手能像人手一样感知物体软硬、冷暖、大小等特性。

如今，机器人的手已具备灵巧的指、腕、肘和肩胛关节，能灵活伸缩摆动，手腕可转动弯曲，通过手指上的传感器还能感知抓握物体的重量，具备人手的诸多功能。机器人常见的手部机构有钳爪式、磁吸式和气吸式三种，钳爪式与人手最相似且最常见，分两指、三指和多指类型，实际应用中常需能从不同角度触及并搬动物体的钳形指。1966 年，美国海军用装有钳形人工指的机器人 “科沃”，从西班牙近海 750 米深的海底打捞出因飞机失事掉入的氢弹；1967 年，美国 “探测者三号” 飞船将遥控操作机器人送上月球，其在人类控制下，能在 2 平方米范围挖掘月球表面 40 厘米深处的土壤样品，放在指定位置并初步分析土壤硬度、重量等，为 “阿波罗号” 载人飞船登月奠定基础。

多手指灵巧手能完成更复杂精密的工作，可代替宇航员在恶劣危险的太空环境中进行空间站物品搬运、装配、维修等作业，在地面可作为人工智能、远距离操作等科研的实验平台，还能在核、生、化等危险环境中从事探测、取样、装配、修理等工作，应用前景广阔。

（二）机器人的脚

1. 不同类型机器人的 “脚”

无需走动的机器人，如固定流水作业的点焊、喷涂类工业机器人，无需 “脚”，仅需灵活的机器臂；而在礼仪服务、娱乐表演、家庭服务等复杂场所工作的机器人，通常需要 “脚”，且 “脚” 的形式多样，有的是滚动轮子，有的有三只脚，仅仿人机器人与人类一样有双脚。

中国科技馆新馆的仿人机器人 “晶晶” 和 “贝贝”，由北京理工大学智能机器人所研制，是 “汇童” 系列第二代产品，相比第一代 “汇童 BHR-1”，更先进且行走更自如，解决了复杂动作设计与协调控制的技术难题，能完成前进、后退、下蹲、侧行、打拳、练刀、写书法等动作，还会打太极拳、太极刀、太极剑，姿势优美自然，像练家子一样。“晶晶” 和 “贝贝” 高 1.65 米，质量 65 千克，外观更接近人类，表演有量身订制的剧本，还能与现场观众交流互动，可回答姓名、是否会思考、是否会做数学题等问题，遇到发音不标准的提问，会 “思考” 判断后再回答。仿人机器人除在科技馆作为娱乐机器人外，还可用于家庭服务照顾老人小孩、医院照顾病人，以及旅游、娱乐场所服务，代替人类从事危险工作。

2. 先进行走机器人的发展

世界上最早的仿人机器人诞生于日本，1969 年，日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台双足行走机器人，加藤一郎长期致力于仿人机器人研究，突破双足步行这一关键技术，被誉为 “仿人机器人之父”。1996 年 11 月，日本本田公司研制出第一台仿人步行机器人样机 P2，随后又推出新一代 P3，P3 不仅能在平路行走，还可走台阶和倾斜路面，站立稳定，脚底不平也能保持直立，1997 年中国国务院总理李鹏参观日本本田公司总部时，P3 负责接待，走路如小孩学步，步伐不快但坚实有力。2007 年 9 月，本田公司推出 “阿西莫” 第二代仿人机器人，是当时最先进的仿人行走机器人，高 1.2 米，质量 52 千克，有 34 个自由度，身手灵活，早期仿人机器人转向需先停下再转身，而 “阿西莫” 可实时预测动作并提前调整重心，能自如行走、完成 “8” 字形行走、下台阶、弯腰等复杂动作，还可握手、挥手、踢球、随音乐跳舞。在智能方面，“阿西莫” 通过眼睛的照相机辨识物体距离和方向，调整运动路径避开障碍物，通过耳朵的麦克风探测声音来源，区分人类声音与其他声音，听到自己名字时会转向呼叫者并注视对方聆听。

3. 机器人稳步行走的技术突破

双足行走是仿人机器人研究的难点，人类双足行走简单是因足部结构和生理功能利于行走，且脚感觉灵敏，能准确感知外界信息并反馈给中枢神经，指导行动。而早期仿人机器人仅能在平坦地面稳定行走，在不平坦地面易摔跤，核心原因是缺乏有效的足部感知系统，对地面环境感知不足。

为解决这一问题，科学家在机器人脚部安装六维力传感器，外界压力会使传感器弹性体形变，形变信息传至机器人 “大脑”，“大脑” 据此判断地面行走环境，指挥脚部调整行走方式。传感器中的橡胶减震层采用特殊橡胶配方工艺，依靠橡胶囊内压缩空气的压力变化改进隔振效果，类似人类足跟脂肪垫的缓冲作用，降低行走时地面反冲力。此外，为增强行走稳定性，新系统还增加力敏阵列传感器和加速度传感器，可在机器人即将摔倒前预先判断并及时纠正，帮助机器人保持平衡、稳步行走。

这种集成化足部感知系统，不仅助力机器人稳步行走，还可应用于生活领域，如为脚部截肢残疾人的智能假肢设计提供支持。目前的难题是如何将足部系统采集的信息转化为人类大脑可识别的神经信号，以及将人类意图转化为智能假肢能识别的信号，使足部感知系统真正服务于人类残肢功能恢复，类似灵巧机械手面临的与人类神经系统对接的问题。

（三）机器人的眼睛

1. 机器人 “眼睛” 的应用场景

在机场、车站等场所，若有机场服务机器人，乘客过安检后，只需说出行李颜色，机器人就能准确找到并递送给乘客。上海科技馆的机场服务机器人，是标准工业机器人形象，手臂灵活可全方位自由旋转，能在任意方向为乘客递送行李。除机场服务机器人外，上海科技馆还有解魔方机器人 “静静”“闹闹” 和下棋机器人，解魔方机器人拿到打乱的魔方后，看一眼就能在两分钟内还原，最快仅需半秒钟；下棋机器人可同时与两人下五子棋，赢多输少，部分科技馆的下棋机器人还会下象棋。

四川科技馆的画画机器人 “贝奇”，能先为观众拍照，征求意见选择喜欢的照片后，立即为观众画素描特写，惟妙惟肖。这些机器人的 “看”，都依赖于其 “眼睛”—— 视觉传感器。

2. 机器人视觉传感器的工作原理

机器人的 “眼睛” 即视觉传感器，通常是摄像头，科学家为机器人安装摄像头，使其具备拍照摄像功能。机器人通过视觉传感器获取环境二维图像，经视觉处理器分析解释并转换为符号，从而辨识物体并确定其位置，无需额外人力或设备引导，能自主 “看见” 物体并做出相应操作，如机场服务机器人和解魔方机器人通过视觉传感器分辨颜色，完成行李递送和魔方还原任务。

3. 机器人认字和识图能力

认字能力
：机器人认字原理与人相似，先分析输入的文字（如邮政编码）并抽取特征，再与预先存储的 0-9 十个符号特征对比，确定文字内容，这种识别方法在模式识别理论中称为统计识别法。机器人认字除用于邮政系统信件分拣（效率比人工高十多倍，准确率高）外，还可用于手写程序直接输入、办公自动化、数据统计、自动排版等领域。
识图能力
：在工业、农业、国防、科学实验和医疗等领域，大量图像处理与识别工作繁琐易错，机器人识图可将图像分解为直线、斜线、折线、点、弧等基本元素，分析构成规则并与 “大脑” 中预先存储的信息比对，完成识别。机器人识别从二维（平面）扩展到三维（物体），根据人类识别景物依赖的明暗、颜色、距离等信息，以电视摄像机作为信息输入系统，通过拍摄不同方向的图形，抽取物体共同特征（如立方体的棱数、顶点数、平行线组数），参照计算机中存储的物体特征表，实现物体识别。目前机器可识别简单形状物体，对曲面物体、电子部件等复杂形状物体及室外景物的识别研究也在推进，物体识别主要用于工业产品外观检查、工件分选和装配等方面。

4. 机器人视觉系统的构成与协作

机器人视觉功能的实现，需硬件（摄像头）和软件（图像识别系统、智能系统等）协同工作。机场服务机器人、魔方机器人的 “眼睛”（摄像头）识别颜色后，将信息通过传输系统传给 “大脑”（微型处理器），“大脑” 再命令手臂和手执行相应动作；下棋机器人有完整智能系统，特制的光电传感棋盘记录每一步棋并传送给 “大脑”，“大脑” 根据存储的无数棋局信息快速计算分析，确定下一步棋位，再命令机械手臂行动，整个过程仅需几秒；绘画机器人有面部识别系统，提取人类面部特征后，指挥手部移动完成绘画。

（四）机器人的鼻子

1. 机器人嗅觉系统的复杂性

相比视觉和听觉，机器人嗅觉系统研究较少，因技术难度大。人类鼻子靠鼻道黏膜中的 500 万个嗅觉细胞（分布在 5 平方厘米面积上）感知气味，嗅觉细胞受物质刺激产生神经脉冲并传至大脑，形成嗅觉，人类鼻子相当于精密气体分析仪，灵敏度极高，能在一升水中嗅出二百五十亿分之一的乙硫醇。

机器人嗅觉系统需电子鼻和高度智能化控制程序，且在自然环境中受复杂气味影响，研发难度远大于视觉和听觉系统。

2. 电子鼻的发展与应用

科学家从气体自动分析仪入手研发机器人嗅觉系统，中国研制的嗅敏仪，可嗅出丙酮、氯仿等 40 多种气体，还能检测出人类无法察觉但可致命的一氧化碳。其核心是由二氧化锡、氯化钯等物质烧结而成的探头，类似人类鼻黏膜，接触气体时电阻会发生变化，通过电子线路转化为光或声音报警信号，目前已用于家庭厨房煤气泄漏报警、地下管道漏气位置检测等场景。

随着技术发展，多种原理的气体自动分析仪（即电子鼻）被广泛应用于毒气检测、宇宙飞船座舱气体成分分析、环境监察等领域。将电子鼻与电子计算机结合，可构成机器人嗅觉系统，但早期这类系统嗅觉灵敏度较低，难以满足复杂场景需求。

3. 高灵敏度嗅觉机器人的研发

日本嗅觉机器人
：2010 年，日本东京大学科学家突破传统电子鼻局限，研制出高灵敏度嗅觉机器人。传统电子鼻靠石英棒振动频率变化检测气味，面对分子重量相似的不同物质易产生错误响应，且用途有限。日本科学家受生物体嗅觉灵敏性启发，认为生物体对生物分子的分辨能力远超现有电子设备，因此采用基因改良青蛙卵细胞制作高精密传感器。他们将丝蛾、菱形斑纹蛾、果蝇三种昆虫的 DNA 分子分别注入非洲爪蛙未成熟卵细胞，将这些表达不同蛋白质的基因改良卵细胞作为气味受体，置于特殊暗盒并放在电极之间。实验发现，该传感器能精确测量分辨相应生物分子，如探测到蛾虫信息素时机器人会摇头。科学家计划将该技术应用于医学、环境科学等领域，例如提取蚊子体内感知二氧化碳的 DNA 分子，注入青蛙卵细胞制成传感器，用于二氧化碳探测。
澳洲华裔工程师的嗅觉机器人
：澳洲阿德雷德大学华裔工程师刘镇章发明的第一代嗅觉机器人，灵敏度极高，类似蜜蜂探花，不受风或自然环境干扰，能在障碍附近寻觅路径，“嗅” 出烟雾或有毒气体，探测到危险后可自动锁定危险源，追踪化学武器踪迹。该机器人通过安装气体探测器、放射物探测器，搭配人工智能程序实现危险源定位，模仿昆虫追踪食物源的行为模式，智能控制程序结构简洁、内存消耗低，硬件控制系统也相应简化。其体积较小，刘镇章计划研制体积仅为第一代一半的二代产品，可在地面、地下、水下等多种环境中寻找危险源，如定位放射源，还可组成机器人群体在城市巡逻、潜伏检测潜在危险，应用于国防、超市、社区等场景。

（五）机器人的耳朵

1. 具备沟通能力的机器人案例

2004 年，日本科学家研制出世界首个能理解人类感情并沟通的机器人 “Ifbot”，高 45 厘米，质量 7 千克，外形可爱，穿宇航服，笑眯眯的。它具备 5 岁儿童的会话能力，体内存储数万种对话情景和 40 种人类面部表情，不仅能识别说话人的语言，还能判断对方感情，通过眨眼睛、转动眼球表达自身感情，最多可记住 10 个人的面孔，能意识到交流对象身份。例如有人说 “今天好无聊啊”，Ifbot 会回应 “你感到很无聊吗？打算做点什么？”；被问 “今天天气怎么样？”，会根据内置时钟判断季节并回答，如 “今天是一个晴朗的秋日”，能根据会话情景灵活应变，特别适合陪伴孤独老人，帮助老人激活大脑思维，缓解忧郁孤独，预防健忘症。

2. 机器人听觉系统的原理

人类听觉与机器人听觉的共性
：人类耳朵由外耳、内耳构成，外耳接收声波并汇聚到外耳道，传递至内耳鼓膜引起振动，再经复杂传递至大脑听中枢形成听觉。机器人 “听觉” 虽不如人类耳朵精密复杂，但原理相似，其 “耳朵” 通常是微音器或录音机，太空遥控机器人的 “耳朵” 则是无线电接收机。机器人能听到声音并反应，需依赖电脑系统控制，与核心电脑程序连接，在预设程序指令指引下工作，但其 “听觉” 能力有限，仅能按程序设计响应，无自主分析事物能力。
高灵敏度听觉材料
：钛酸钡压电材料制成的 “耳朵” 灵敏度远超人类耳朵，能清晰 “听” 到火柴棍落地、粮食中小虫爬动的声音。其原理是压电材料受拉力或压力作用时会产生电压，使电路变化（压电效应），在声波作用下反复拉伸压缩，产生随声音信号变化的电流，经放大器放大后传入电子计算机（类似人类大脑听中枢），处理后机器人即可 “听” 到声音。

3. 声音识别与机器人听觉的发展

机器人 “听” 到声音后，关键在于识别不同声音。目前已研制出能识别连续语音的装置，可识别非特定人的声音，使电子计算机实现 “听话” 功能。这一技术降低了计算机操作人员门槛，改变了人操作机器时手眼忙碌、嘴巴耳朵闲置的状况，可提高工作效率，如用声音同时控制多台机器、在夜间或地下等无需照明的场所工作，还能加速电话自动回答、车票预定、资料查找等服务自动化进程。

此外，日本京都大学奥乃博教授和科学技术振兴团中台一博研究员发明带 “人耳” 的机器人，与传统多麦克风机器人不同，仅用两个左右非对称的 “人耳”，有助于研究人体听觉机能，且在机器人边工作边听人说话的实验中效果良好。目前科学家还在研究让机器人通过声音判断人类心理状态，希望未来机器人不仅能听懂语言，还能理解人类高兴、愤怒、忧伤等情绪，为负面情绪人群提供安慰或心理辅导。

（六）机器人是怎样动起来的

1. 机器人的 “大脑”

机器人能完成听懂对话、唱歌跳舞、危险作业等动作，核心在于其 “大脑”—— 控制系统，通常由微电脑充当，负责处理全身控制信号并下达执行命令。以四川科技馆的变脸机器人为例，它穿川剧武生服装，能在衣袖遮掩下快速变换脸谱颜色、样式，其身体有 8 个自由度，头部独特的面罩切换机构类似川剧 “扯脸” 技法，而这一系列动作均由 “大脑” 控制完成。

机器人自主能力源于中央处理器、软件、传感器和关节四部分，“聪明程度” 由中央处理器和软件的计算能力决定，无需安装完整电脑主机，仅需集成式主板即可。机器人 “大脑” 经历了从简单程序电路（智商低、不会 “见机行事”）到计算机控制的发展过程，20 世纪 70 年代人工智能学科诞生后，以人工智能计算机控制的智能机器人，具备听、看、说、判断环境、记忆、推理和决策能力。

2. 机器人的 “神经” 和 “肌肉”

“神经”—— 传感器
：人类大脑指令靠神经纤维传递，机器人则依靠传感器，其速度极快，能瞬间将中央处理器的指令传递给关节，控制肢体按指令移动，是连接 “大脑” 与执行机构的关键。
“肌肉”—— 驱动器
：机器人无人类肌肉，需靠驱动器提供动作能量，主要有电动、液压、气动三种驱动系统。电动驱动最常用；气动驱动反应快，适合需快速反应的场景。例如四川科技馆机器人乐队的爵士鼓手和沙锤手，打击乐器需快速精确动作，因此配备精密气动驱动系统（保证快速反应）和伺服电动驱动系统（保证控制精度，确保动作到位），两者协同工作，缺一不可。变脸机器人 8 个自由度对应 8 个关节，每个关节有 1 个伺服电机，“大脑” 通过传感器指挥电机动作，完成脸谱切换。

3. 机器人的 “骨骼” 与感觉器官

机器人的 “骨骼” 是传动机构，负责将驱动器产生的力传递到动作部位；传感器同时也是机器人的感觉器官，帮助机器人感知自身或外部环境变化，如判断抓取物体时手指弯曲程度、用力轻重，若缺乏传感器，机器人无法判断是否抓到物体，更无法完成精准动作。正是有了 “大脑”“神经”“肌肉”“骨骼”“感觉器官” 的协同配合，机器人才能够像真人一样灵活动起来。例如四川科技馆的表情机器人 “童童”，面部安装 10 多部微型伺服电机，带动眼睛、眉毛、嘴唇等 11 个部位做出不同程度、速率的动作，头部还有 2 部伺服电机控制脑袋晃动，辅助增强表情表达，若没有驱动系统和传动机构，“童童” 无法做出多样表情。

十一、机器人和人类

（一）机器人危险吗

1. 机器人伤人事件

历史上曾发生多起机器人伤人事件，1978 年 9 月，日本广岛一家工厂的切割机器人将值班工人当作钢板切割，成为世界首宗机器人杀人事件；1981 年 5 月，日本山梨县阀门加工厂工人调整工业机器人时，处于停止状态的机器人突然启动，抱住工人旋转致其死亡；同年，日本川崎制造厂工人浦田健司维修机器人时，误触启动钮，被机器人当作齿轮夹起砸死，成为首个记录在案的机器人杀人受害者；1982 年，英国一名女工测试工业机器人电池时，被机器人折断手臂；1985 年，苏联国际象棋冠军古德柯夫与机器人下棋，连胜 3 局后被机器人释放的强大电流击杀；国内某实验室也曾发生机器人失控殴打科研人员，导致其脑部严重受伤的事件。这些事件引发人们对机器人安全性的担忧，微软总裁比尔・盖茨 “未来家家有机器人” 的预言，更让部分人担心机器人成为 “定时炸弹”。

2. 机器人伤人原因分析

技术故障与外部干扰
：苏联机器人棋手杀人事件中，初期警方怀疑机器人因输棋自行改变程序，后经专家调查发现是外来电磁波干扰电脑程序导致 “误杀”。其他多数机器人伤人事件，主要源于 20 世纪七八十年代机器人技术不成熟，人类对其掌控不足，具体原因包括硬件系统故障、软件系统故障、电磁波干扰，此外振动、温度变化等环境因素也会干扰机器人电路，导致程序出错、信号异常，引发工作异常。
实验室特殊情况
：实验室机器人伤人多因机器人处于研制阶段，性能不稳定，且科研人员需直接在机器人上进行测试，若程序或指令出错，易引发事故。

3. 机器人安全防护措施

随着技术发展，人类已认识到机器人安全风险，采取了一系列防护措施，如在工业机器人工作范围周围加装防护丝网，防止其故障时伤人。从历史数据来看，机器人对人类的帮助远大于危害，目前伤人事件已大幅减少。

4. 未来机器人安全设计

对于未来可能出现的具备一定自主权的家庭型、办公型机器人，科学家强调设计时必须确保安全。阿西莫夫 “机器人三大法则” 不足以完全保障安全，研究人员提出构建法律体系框架，通过 “安全智能” 设计确保机器人安全，如限制机器人能力（如禁止其理解人类语言）、保持人机距离（如使用机器语言交流），部分研究人员还倾向于禁止研发具备人类思维和情感的人工智能，避免机器人从 “工具” 变为 “伪人类”。此外，欧洲机器人研究网络研究机器人伦理，韩国政府制定世界首个官方 “机器人道德宪章”，日本政府研究机器人安全问题并建立机器人开发体验区 “机器人城市”，这些举措均旨在规范机器人发展，避免人类滥用。

（二）机器人会比人类强大吗

1. “更深的蓝” 与卡斯帕罗夫的人机大战

1997 年 5 月，美国 IBM 公司的超级国际象棋电脑 “更深的蓝” 与世界棋王卡斯帕罗夫展开第二次人机大战，“更深的蓝” 质量约 1270 千克，有 32 个微处理器，每秒可计算 2 亿步；卡斯帕罗夫是国际象棋界传奇人物，曾击败众多高手，1996 年曾以 4:2 战胜 “更深的蓝” 的前身 “深蓝”。此次大战中，“更深的蓝” 进攻性更强，在第二盘出其不意的招数打乱卡斯帕罗夫阵脚，最终卡斯帕罗夫以 1 胜 2 负 3 和的成绩认输，引发世界震惊，部分人担心机器人会超越人类、统治人类。

2. 人机大战结果的理性分析

并非机器战胜人类
：冷静分析可知，“更深的蓝” 背后有大批世界一流计算机专家和三届美国国际象棋冠军，输入了一百多年来两百多万局优秀对局，并针对卡斯帕罗夫棋风制定对策，本质是 “人类集体智慧战胜个体智慧”，并非机器自主战胜人类。
人类自身局限
：卡斯帕罗夫输棋也与人类情感弱点有关，输棋后心烦意乱、意志力不足，而机器人无情感、不疲劳、无心理压力，能持续保持最佳状态。
能力本质差异
：“更深的蓝” 仅在计算速度上超越人类，可快速计算每一步棋后的无数种局面，而人类仅能预判几十步，它靠 “高速计算” 取胜，并非具备比人类更高级的智慧，不能证明机器人比人类强大。

（三）机器人会拥有独立思考能力吗

1. 机器人 “逃跑” 事件争议

“Gaak” 机器人
：2002 年 6 月，机器人 “Gaak” 从英国罗瑟汉姆 Magna 科技中心展览馆逃出，沿馆外栅栏找到缝隙钻出，后在靠近 M1 高速公路的入口处被发现。
“迪克” 机器人
：为纪念科幻作家迪克，美国科学家制造高仿真机器人 “迪克”，可模仿迪克的怪癖、面部表情和声音，具备先进生物鉴别软件和 “机器人视力”，能认出朋友、读懂表情肢体语言、自然交谈。2006 年 1 月，“迪克” 在乘飞机前往加利福尼亚巡回展出途中神秘失踪，有人猜测其具备独立思考能力自行逃跑。

2. 机器人 “逃跑” 可能性分析

技术局限
：“迪克” 的发明者表示，其人工智能和机械功能尚未达到自主逃跑水平；作家迪克好友称，“迪克” 设计符合阿西莫夫 “机器人三大法则”，不可能违背人类命令自行逃走。美国密歇根州立大学的 “SAIL” 机器人、日本 “阿西莫” 机器人虽能自主行走、学习认路或跑步上下楼梯，但行动范围由软件预设，无法超出 “命令” 区域，“迪克” 跑动能力远不如 “阿西莫”，自主逃跑可能性极低。
人为因素
：科学家认为，“Gaak” 出现在高速路口可能是人为玩笑，“迪克” 失踪最大可能是被科幻迷或爱好者偷走。若排除人为因素，则可能是机器人内部程序变异，产生独立思考能力，但这种情况会导致机器人不受 “三大法则” 约束，可能成为危害人类的 “坏机器人”，需 “好机器人” 对抗，类似《终结者》系列剧情。

（四）越来越像真人的机器人

1. 石黑浩的 “机器人替身”

日本大阪大学工程学教授石黑浩因工作繁忙，为自己制造 “机器人替身”，外形与他一模一样，坐在一起宛如双胞胎。该机器人仿真度极高，会眨眼、烦躁时挪动身体和脚、肩部随呼吸微微浮动，眨眼和转动眼球的方式与石黑浩一致，还能通过远程遥控张嘴讲话，传递石黑浩 “原声”（石黑浩用麦克风将声音通过机器人嘴巴发出，机器人嘴唇会自然开合，类似双簧表演）。随着技术发展，未来或能制造出人类无法分辨的 “机器人替身”，皮肤和肌肉质感、表情变化与真人差异极小，仅能通过 “是否流血” 区分。

2. 机器人复制机器人技术

2005 年 5 月，美国某大学科学家利普森研制的机器人原型，能用简单模块复制 “副本”；2008 年，英国巴斯大学与新西兰科学家合作制造的机器人，可自行复制零件，根据三维模型自动制造塑料物件。科学家担忧，若这类机器人程序变异或被人为赋予思考能力，能自主寻找材料快速复制，将对人类构成威胁；若高仿真类人机器人（如石黑浩的 “替身”）具备自我复制能力，后果更难预测。

3. 机器人科学家与伦理担忧

2009 年 4 月，英国研究团队研发出首个 “机器人科学家”“亚当”，能独立推理、公式化理论、探索科学知识。尽管科学家表示，这些机器人旨在帮助人类（如 “替身” 减轻工作负担、复制机器人用于火星探测维修、“机器人科学家” 解决生物学谜题和研发新药），但需防患于未然，避免机器人从 “帮手” 变为 “主人” 甚至 “威胁”。

（五）可以 “变脸” 的机器人

1. “WD-2” 变脸机器人

科幻电影《终结者》中，液态金属机器人 T-1000 可瞬间变形成任何人；《西游记》中孙悟空会七十二变。现实中，日本东京早稻田大学高西笃郎教授耗时 4 年研制的 “WD-2” 机器人，虽无 T-1000 的高智商，但也能快速 “变脸”。其脸部用高弹性特殊合成材料 “塞普托姆” 制成，质感与人类皮肤无异，在电脑控制下，能在数秒内从老太太脸变成花季少女脸，还能变换为儿童、中年男子模样，甚至长出胡子，可做出喜、怒、哀、乐等表情。

“WD-2” 脸部有 17 个表情控制点，直流电驱动控制点机械轴拉动或伸出皮肤，使皮肤运动到指定位置形成表情，每个控制点可使皮肤产生 56 种自由变化，实现多样相貌表情。复制真人面部时，先用 3D 立体扫描仪扫描真人 17 个表情控制点，电脑记录后控制机器人脸部，脸部背后的微型放映机播放模拟真人头发、肤色的录像资料，增强 “变脸” 真实性。

2. 变脸机器人的争议

民众恐慌
：“WD-2” 虽仅处于初级阶段（仅有头部，无身体四肢），但引发日本民众恐慌，担心未来机器人可随意 “变脸”，装扮人类招摇撞骗、杀人越货，且难以通缉；若被恐怖分子利用，可能制成 “人肉炸弹” 实施恐怖活动。
支持观点
：部分人欢迎变脸机器人，认为其可用于医疗服务（陪伴孤独老人）、家庭服务、娱乐（商场、游乐中心表演互动），为生活增添便利和乐趣。
科学家立场
：科学家认为民众的担心多余，即便未来能制造出类似 T-1000 的高智商变脸机器人，其主要应用领域也会集中在国防、军事、侦探、反恐等特殊领域，像间谍一样执行秘密任务。而且这类机器人的发售会受到国家严格管控，相关部门会出台专门法律，严厉惩处利用变脸机器人从事违法犯罪活动的人，以保障社会安全。

（六）人类会进化成机器人吗

1. 生物与机器的结合探索

部分科学家提出，若人类未因灾难灭亡，终极进化方向可能是机器人，人类或将自身进化为机器人，而非通过战争被机器人取代。目前已有科学家着手生物与机器结合的实验，南京航空航天大学研制的壁虎机器人，就是在活体壁虎体内植入电极，实现对壁虎行动的控制，让其按指令左右移动。

从生物学角度看，动物运动通常由大脑神经网络控制，大脑运作会产生脑电波，若能监控并控制脑电波，就能操控动物行为。生物机器人正是通过在大脑植入芯片控制脑电波，进而控制动物行为。人类作为动物，同样会产生脑电波，理论上在人类大脑植入芯片后，也能实现对人类行为的控制。不过，科学家开展这类实验的初衷是提升瘫痪病人的生活质量，让他们能用意念控制家用电器、轮椅或义肢，而非控制人类。2004 年，美国人马修・内格尔因脊髓损伤四肢瘫痪，接受芯片植入手术后，成功通过思维控制机械手臂运动，这为生物与机器结合的可行性提供了实例支撑。随着科技发展，未来通过在人类大脑植入智能芯片扩展智慧，具备实现的可能性。

2. 机器向人类的 “进化”

不仅人类可向机器化方向发展，机器也能向类人方向演进。2008 年 8 月，英国科研人员推出 “戈登”“鼠脑” 机器人，它由老鼠脑组织控制，拥有 5 万到 10 万个活神经细胞，是世界上首个完全由活体脑组织控制的机器人。其工作原理是靠电子脉冲驱动，电子矩阵作为活体脑组织和机器部件的接合面，“戈登” 大脑发出的电子脉冲通过电子矩阵驱动机器人轮子，同时接收传感器基于外部环境刺激发出的脉冲。

如今，类人机器人的外部皮肤触感已与真人皮肤十分接近，皮肤内装有能感知触觉、力觉的传感器，未来若这类机器人用人的神经细胞控制，具备人类的进食消化功能，行走方式与人类一样自然且智力水平高，仅从外部将难以分辨其是人还是机器。未来的新一代机器人，还有可能成为生物、电子、机械的综合体，具备繁殖、自我修复和创造能力，拥有与人类相似的思想意识、情感和性格，与人类的差异会越来越小。

3. 人类进化成机器人的可能性

科学家认为人类进化成机器人并非不可能，主要有三方面推动因素：

人工智能发展需求
：随着人工智能高度发达，机器人会越来越聪明，人类为了驾驭智能机器人，可能会在大脑中安装智能芯片或智能纳米机器人，以提升自身能力，跟上智能机器人的发展步伐。
社会竞争压力
：现代社会竞争激烈，个人的知识储备和智力水平直接影响就业和发展，聪明的人更易获得重要职位，智商较低的人则可能被淘汰。为了在竞争中生存或生活得更好，人类可能会选择安装人造智能芯片，将自己 “机器化” 以提升竞争力。
国家竞争与社会矛盾
：国家之间的竞争本质上是人才的竞争，拥有更多高智商人才的国家发展潜力更大，因此国家层面可能会默许甚至推动人类安装可提高思维能力的芯片。同时，社会矛盾也会促使智能芯片的普及，若犯罪分子或恐怖分子安装思维芯片后变得更聪明，为了有效打击犯罪、维护社会安全，警察、军队、情报部门的人员可能会被要求安装人造芯片。

不过，人类向机器人进化也面临风险，黑客可能会通过操纵电脑攻击人体芯片，窃取个人隐私甚至破坏人类大脑。因此，人类在发展人工智能时需保持审慎态度，不能一味追求机器人的高智能，要平衡技术发展与安全风险。

（七）机器人能和人类友好相处吗

1. 机器人对人类的重要作用

人类对机器人的态度既期待又担忧，期待它们帮助人类完成工作、带来欢乐，担忧它们伤害人类、带来灾难。但从机器人一百多年的使用历史来看，其在推动科技发展、促进社会进步方面作出了巨大贡献。在太空探索领域，火星探测机器人和月球车在恶劣星球环境中拍照、取样，帮助人类近距离了解火星和月球；在军事领域，机器人大规模投入战场，代替人类冲锋陷阵，助力实现 “零” 伤亡；在深海探测领域，2009 年法航客机失事，黑匣子沉入深海，最终依靠潜水机器人完成打捞任务；在生产生活领域，波士顿动力学工程公司设计的机器狗，行进速度达 7 千米 / 小时，能攀越 35 度斜坡，背负超过 150 千克的物品；美国佛罗里达州橙子园试用的 “农业机器人”，可扫描橙树生长状态、计算橙子数目，拖拉机机器人能自动喷药除草，还可在夜间昆虫活动频繁时作业；2009 年 3 月，世界首个机器人教师 “佐屋” 在日本 “上岗”，开启机器人教学新模式。日本经济产业省的技术战略蓝图还预测，未来机器人将全面进入家庭，承担保姆职责，照顾孩子学习玩乐、协助老人更衣洗澡、提醒病人按时吃药，洗衣、吸尘等家务也能轻松完成。可以说，人类的当下生活和未来发展都离不开机器人。

2. 人机友好相处的可行性

解放人类劳动力
：随着社会分工细化，部分工作变得单调枯燥，人类难以发挥创造力，机器人可代替人类完成这类工作，让人类有更多时间和精力从事更有意义的活动。对于处理核废料、矿井操作、火场救人、制服暴徒等危险工作，机器人的参与能避免人类面临生命危险；而太空探索、海底考察等人类无法独立完成的任务，也需要机器人提供帮助，若没有机器人，人类对这些领域的认知可能不会比古人先进多少。
提升生活品质
：机器人能为人类生活增添乐趣、减轻负担，如帮助做家务、引导盲人行走、作为宠物或伴侣陪伴人类。未来机器人全面普及后，会成为家庭重要成员，像电视、电脑一样成为生活必需品，与人类的联系会更加紧密。
技术进步保障安全
：机器人发展初期，确实因技术不完善发生过伤人事件，但这是新生事物发展的必然过程。随着机器人技术的不断进步，安全性能大幅提升，意外伤人事件已越来越少，近几年更是鲜有类似事件发生。机器人安全可靠地完成人类交付的各项任务，让人类对其信任度不断提高，使用热情也日益高涨。
人机协作新模式
：2009 年 6 月，能预知人类搭档意图的新型机器人被研制出来，它能像默契的运动员一样，通过眼神或动作理解人类下一步计划，与人类高效合作。这种机器人的出现，会让人机交流更加顺畅，机器人将从 “打工仔” 转变为人类的合作伙伴，为实现人机友好相处奠定坚实基础。