在人类的幻想和现实之间，有一个神秘的存在——人形机器人。它们不仅仅是科幻电影中的角色，更是现代科技与未来生活的交汇点。随着科技的迅猛发展，人形机器人正从科幻小说中的想象逐渐变为现实，逐步走进我们的日常生活。
在本周的“亲子科学时光”中，中国科协创新战略研究院博士后何卫华、中国科协战略发展部部长申金升、中国科协创新战略研究院研究员王国强将带领我们一起走过人形机器人的“进化”之路。
古人的奇思妙想
制造出像人一样的机器，是人类对自身世界探索的一部分。从古代文明开始，人类就在不断追逐这一梦想。据文献记载，黄帝时期的“指南车”靠齿轮传动指明方向，堪称古代导航技术的神奇杰作（见上图）。西周时期，能工巧匠偃师制作了“伶人”——一个能歌善舞的机械人偶，展现了古人对自动化娱乐的憧憬。东周时期鲁班发明的“鹊鸟”，以及三国时期诸葛亮设计的“木牛流马”，更是将机械应用于粮草运输中，体现了智慧与技术的完美结合。
大约公元前1400年，古巴比伦的“漏壶”用水流计时，类似现代水钟，彰显了古人对时间管理的创新。在古希腊，发明家设计的“自动机”能借助水、空气和蒸汽完成诸如开门、移动等动作，甚至能够发出音乐声。在中世纪的欧洲，伟大的艺术家和科学家达·芬奇设计了多个机械装置，其中以齿轮驱动的“机器人”尤为著名，这个机器人不仅能坐、能站，还能移动头部。这些设计不仅是技术的奇迹，更是达·芬奇对人类和机器关系的深刻思考。
这些古代机械不仅仅意味着单纯的技术创新，更代表了跨越时空的智慧传承。每一个装置背后都体现了当时人类对自然规律的深刻理解和对未来生活的美好期许。这些发明不仅推动了技术的进步，也为现代机器人技术的发展奠定了基础。
现代机器人技术的崛起
机械鸭
18世纪，伴随近代科学革命的浪潮，技术水平不断提高，许多惊人的发明相继问世。1738年，法国天才技师雅克·德·沃康松发明了令人叹为观止的“机械鸭”（见上图）。这只鸭子不仅能栩栩如生地移动，还能模拟真实的进食和消化过程。1773年，瑞士钟表匠皮埃尔·雅克德罗父子发明的“自动玩偶”能书写、绘画和演奏，机械设计精妙绝伦（见下图）。
进入19世纪，蒸汽机的发明标志着第一次工业革命的到来，自动化技术得到了前所未有的快速发展。1801年，法国人约瑟夫·玛丽·雅卡尔发明了穿孔卡片控制的“自动织机”（见下图），这种技术极大地提高了纺织工业的效率，开启了工业自动化的新时代。
20世纪中期，为了满足大规模工业生产的需求，自动化技术得到了进一步的发展。1954年，美国发明家乔治·德沃尔制造出了第一台可编程机器人。1958年，被誉为“机器人之父”的美国人约瑟夫·恩格尔伯格创建了世界上第一家机器人公司尤尼梅申，并在1962年生产出第一台工业机器人尤尼梅特（见下图）。这款机器人能够完成复杂的焊接和装配任务，彻底改变了制造业的面貌。
随着技术的不断进步，研究人员开始尝试制造模仿人类形态和行为的机器人。2000年，日本本田公司推出了阿西莫（见下图），这是一款具有高度智能和运动能力的人形机器人。阿西莫不仅可以行走和跑步，还能进行复杂的互动，如与人类握手、搬运物品甚至是踢足球。它的诞生不仅代表了人形机器人技术的重大突破，也为未来机器人与人类的协作描绘了美好的前景。
从18世纪的“机械鸭”到21世纪的阿西莫，机器人技术经历了跨越式的发展。这些令人惊叹的发明不仅展示了人类智慧和创造力的极限，更预示着一个充满无限可能的未来。
机器人的智能进化
现代机器人的发展可谓是波澜壮阔，经历了三大重要阶段，每一阶段都见证了技术的跨越式进步。第一代机器人也被称为示教再现型机器人，主要依靠人类的直接控制完成任务。这类机器人最初应用于工业生产线上，它们通过编程来重复执行特定的任务，如焊接、组装和搬运。这一阶段的机器人虽然操作简单，但已经初步展示了机械自动化的巨大潜力。
第二代机器人具备了感知能力。借助传感器技术，这些机器人能够获取周围环境的信息，并根据感知到的变化调整自身状态，完成更复杂的操作。装有力度传感器的机器人可以控制握力，防止在搬运易碎物品时用力过猛。装有视觉传感器的机器人能够识别并避开障碍物，实现更为自主的移动。这一代机器人的出现，大大提升了工业生产的自动化水平和灵活性。
进入第三代，智能机器人登上历史舞台。这些机器人不仅具备多种传感器，可以感知复杂的环境信息，还配备了先进的人工智能（AI）系统，能够自主决策并完成复杂任务。在人形机器人领域，AI堪称它们的“大脑”。通过处理海量数据并进行深度学习，AI赋予了机器人理解和响应复杂环境的能力。自然语言处理技术使机器人能够理解人类语言，甚至进行复杂的对话。AI技术的进步使机器人不仅能听懂指令，还能根据对话的上下文合理地推断和回应，极大地提升了人机互动的质量和效率。传感器是机器人的“眼睛”和“耳朵”，通过高分辨率摄像头、激光雷达和触觉传感器，机器人能够精确地感知环境，识别物体和人类动作。高分辨率摄像头使机器人具备了强大的视觉能力，可以识别并分析图像；激光雷达为机器人提供了精确的空间感知能力，帮助其导航和避障；触觉传感器则使机器人能够感知物体的表面特征和力度，完成更加精细的操作。运动系统是人形机器人实现各种动作的关键，它们模仿人类的骨骼和肌肉结构，配备了高性能电机和复杂的控制算法。这些电机和算法共同作用，使机器人能够保持平衡并执行精细的动作。例如，机器人在行走时需要实时调整重心，确保不会摔倒；在搬运物体时，需要精确控制手臂的力量和角度，防止损坏物品。复杂的运动规划和控制技术使机器人能够在不同地形和环境中灵活移动，执行如行走、跑步、跳跃等复杂动作。
未来机器人新纪元
未来，随着AI和传感器技术的不断进步，人形机器人将在更多领域展现出巨大的潜力。在人口老龄化的背景下，医疗护理需求不断增加。未来的人形机器人不仅可以凭借稳定和精准的操作，协助医生进行精密手术，还能在医院和护理机构中充当耐心细致的护理助手，帮助患者进行康复训练。这些机器人能够24小时不间断地监测患者的健康状况，及时提供必要的护理服务，从而大大减轻医护人员的工作负担，提升医疗服务的效率和质量。
在工厂中，人形机器人将成为工业自动化的中坚力量。与传统工业机器人不同，人形机器人具备高度的灵活性和适应性，可以在各种生产任务之间无缝切换，从高精度的装配和检测到重型物料的搬运，均能游刃有余地完成。通过实时数据分析和自我优化，机器人能够持续提升生产效率和产品质量，为制造业带来革命性的变革。
未来的人形机器人将成为家庭的智能助手，提升家庭生活的便利性和舒适度。这些机器人不仅能高效地完成打扫、烹饪、照顾宠物等家务，还能细心照顾老人和儿童，提供情感陪伴和安全保障。通过学习和适应家庭成员的生活习惯，机器人能够提供个性化的服务，使家庭生活变得更加智能和有温度。
机械觉醒与未来展望
机器人在社会中的广泛应用也带来了深刻的伦理和法律问题。设想一下，未来一个与人类高度相似的智能机器人在某个任务中失控，造成了严重后果，“人类与机器人的终极对决”这样的科幻电影场景可能会变成现实，这引发了人类关于机器人权利和责任的激烈争论。如何确保机器人在执行任务时的安全性，以及如何规范人类与机器人的交互伦理，都是亟待解决的问题。特别是在及隐私保护和数据安全的领域，随着机器人逐步融入人类生活，如何保障用户的隐私和数据安全成为一个重要课题。
为此，人类需要制定一系列有效的法律法规，明确机器人的使用规范和人类的保护措施。此外，随着机器人智能化水平的提高，它们在社会中的角色将变得更加复杂。例如，机器人是否应当拥有某些权利？如果机器人在执行任务时做出了自主决策，谁应对其行为负责？这些问题不仅考验着法律体系的完善，也挑战着社会伦理的底线。如何在技术进步与社会伦理之间找到平衡，确保机器人技术为人类带来福祉而非困扰，将是我们面临的重大挑战。
人形机器人不仅是科技进步的象征，更是人类对未来生活美好愿景的具体体现。随着技术的不断突破，从精密的动态平衡控制到智能化的自主决策能力，人形机器人正逐步走向现实。未来的机器人将不再只是冰冷的机械，而是与我们共存、协作的智能伙伴。我们不应惧怕机器人，而应拥抱这一技术进步带来的机遇。使用机器人并不是为了取代人类，而是为了提升人类生活的质量，解放我们的生产力，使我们能够专注于更具创造性和价值的工作。通过与机器人共存，我们可以共同开创一个更加高效、便利和人性化的社会。让我们怀着开放的心态迎接这个智能时代，利用科技的力量，创造一个更美好的未来。
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《科学画报》2024年第9期