從百年歷史到現(xiàn)狀，機(jī)器人該往何處去？

1920年，一名叫卡雷爾·恰佩克（Karel?apek）的捷克作家發(fā)表了一部名為《羅薩姆的萬能機(jī)器人》的科幻劇本，劇中敘述了一個(gè)叫羅薩姆的公司把機(jī)器人作為人類生產(chǎn)的工業(yè)品推向市場(chǎng)，讓它充當(dāng)勞動(dòng)力代替人類勞動(dòng)的故事。作者根據(jù)小說中Robota（捷克文，原意為“勞役、苦工”）和Robotnik(波蘭文，原意為“工人”），創(chuàng)造出“機(jī)器人”這個(gè)詞。

舞臺(tái)劇《羅薩姆的萬能機(jī)器人》

在1921年首演就引起了巨大轟動(dòng)。之后在美國上演，僅紐約就連演了184場(chǎng)。譯成英文后，就成了沿用至今的【robot】，但當(dāng)時(shí)并沒有給出其嚴(yán)格的定義。但之后，人們對(duì)于機(jī)器人的熱忱絲毫不減。

1928年，英國科學(xué)家W·H理查茲發(fā)明了人類史上第一個(gè)類人機(jī)器人“埃里克”，并在倫敦工程師協(xié)會(huì)年度展覽會(huì)上展出。這個(gè)機(jī)器人的框架由一個(gè)帶有十一個(gè)電磁鐵的鋁制裝甲體和一個(gè)十二伏電壓的電機(jī)組成。它可以移動(dòng)手和頭，還可以通過遙控或語音控制進(jìn)行控制。

1939年，一個(gè)名為Elektro的人形機(jī)器人在1939年紐約世界博覽會(huì)上首次亮相。其身高7英尺（2.1米），重265磅（120.2公斤），它可以通過語音指令行走，能說話，還能抽煙，吹氣球，并移動(dòng)它的頭部和手臂。身體由鋼制齒輪，凸輪和鋁皮覆蓋的電機(jī)骨架組成。

W·H理查茲與“埃里克”

在這之后，一些歷史原因與技術(shù)停滯使機(jī)器人研究發(fā)展瓶頸了較長(zhǎng)一段時(shí)間。

到二次大戰(zhàn)結(jié)束后不久。40年代后期，橡樹嶺和阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室便開始了工業(yè)機(jī)器人的實(shí)施計(jì)劃，研制遙控式機(jī)械手，用于搬運(yùn)放射性材料。這些系統(tǒng)是“主從”型的，用語準(zhǔn)確地“模仿”操作員手和臂的動(dòng)作。主機(jī)械手由使用者進(jìn)行導(dǎo)引做一連串動(dòng)作，而從機(jī)械手盡可能準(zhǔn)確地模仿主機(jī)械手的動(dòng)作，后來用機(jī)械耦合主從機(jī)械手的動(dòng)作加入力的反饋，使操作員能夠感覺到從機(jī)械手及其環(huán)境之間產(chǎn)生的力。50年代中期，機(jī)械手中的機(jī)械耦合被液壓裝置所取代，如通用電氣公司的“巧手人”機(jī)器人和通用制造廠的“怪物”I型機(jī)器人。1954年G.C.Devol提出了“通用重復(fù)操作機(jī)器人”的方案，并在1961年獲得了專利。

1958年，被譽(yù)為“工業(yè)機(jī)器人之父”的JosephF.EngelBerger創(chuàng)建了世界上第一個(gè)機(jī)器人公司——Unimation（UniveralAutomation）公司，并參與設(shè)計(jì)了第一臺(tái)Unimate機(jī)器人。這是一臺(tái)用于壓鑄的五軸液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，手臂的控制由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成。它采用了分離式固體數(shù)控元件，并裝有存儲(chǔ)信息的磁鼓，能夠記憶完成180個(gè)工作步驟。與此同時(shí)，另一家美國公司——AMF公司也開始研制工業(yè)機(jī)器人，即Versatran機(jī)器人。它主要用于機(jī)器之間的物料運(yùn)輸、采用液壓驅(qū)動(dòng)。該機(jī)器人的手臂可以繞底座回轉(zhuǎn)，沿垂直方向升降，也可以沿半徑方向伸縮。世界普遍認(rèn)為Unimate和Versatran機(jī)器人是世界上最早的工業(yè)機(jī)器人。

Unimate工業(yè)機(jī)器人

到了60年代與70年代，機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)入最快、最好的時(shí)期。這期間的各項(xiàng)技術(shù)發(fā)明有效地推動(dòng)了機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與推廣。

1979年Unimation公司推出了PUMA系列工業(yè)機(jī)器人，他是全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)、多CPU二級(jí)微機(jī)控制、采用VAL專用語言，可配置視覺、觸覺的力覺感受器的，技術(shù)較為先進(jìn)的機(jī)器人。同年日本山梨大學(xué)的牧野洋研制成具有平面關(guān)節(jié)的SCARA型機(jī)器人。整個(gè)70年代，出現(xiàn)了更多的機(jī)器人商品，并在工業(yè)生產(chǎn)中逐步推廣應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、控制技術(shù)和人工智能的發(fā)展，機(jī)器人的研究開發(fā)，無論就水平和規(guī)模而言都得到迅速發(fā)展。據(jù)國外統(tǒng)計(jì)，到1980年全世界約有2萬余臺(tái)機(jī)器人在工業(yè)中應(yīng)用。

90年代以后，世界各國意識(shí)到機(jī)器人與AI技術(shù)的重大，紛紛加大力度投入發(fā)展。1996年，美國國家航空航天局（NASA）重啟火星探索，并基于此研發(fā)了專于此任務(wù)的火星機(jī)器人Sojourner，其也成為第一個(gè)被送到火星的機(jī)器人。這臺(tái)小巧輕便的機(jī)器人于1997年7月成功著陸火星，開始了自己的火星科研任務(wù)，它的最高行走時(shí)速為0.02英里，Sojourner探索了2691平方英尺（250平方米）的土地，拍攝了550張照片。由于Sojourner收集到的信息，科學(xué)家們能夠確定火星曾經(jīng)是溫暖濕潤(rùn)的氣候。

火星機(jī)器人Sojourner

千禧年，AI技術(shù)的進(jìn)步使得日本本田公司將AI與機(jī)器人結(jié)合，研發(fā)出直到今日世界上最為先進(jìn)的類人智能機(jī)器人ASIMO。它是唯一具備人類雙足行走能力的機(jī)器人?？梢月健⑸喜?、指揮交響樂、手語等行為，本田為其裝載了高速運(yùn)算處理電路、高速應(yīng)答/高功率馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置、輕型/高剛性的腳部構(gòu)造等，設(shè)計(jì)、開發(fā)出性能高于以往4倍以上的高精度/高速應(yīng)答硬件。由此，ASIMO實(shí)現(xiàn)了時(shí)速達(dá)6km/h的像人類一樣的平穩(wěn)直線奔跑。而且，步行速度也由原來的1.6km/h提高到2.7km/h。另外，人類在奔跑時(shí)，邁步的時(shí)間周期為0.2-0.4秒，雙足懸空的時(shí)間（跳躍時(shí)間）為0.05-0.1秒。ASIMO的邁步時(shí)間周期為0.36秒，跳躍時(shí)間為0.05秒，與人類的慢跑速度相同。

類人智能機(jī)器人ASIMO

2016年，無論對(duì)于機(jī)器人技術(shù)還是AI技術(shù)來講，都是極為重要的一年。2016年3月，DeepMind公司開發(fā)的人工智能機(jī)器人AlphaGo與圍棋世界冠軍、職業(yè)九段棋手李世石進(jìn)行圍棋人機(jī)大戰(zhàn)，以4比1的總比分獲勝。AlphaGo用到了很多新技術(shù)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)、蒙特卡洛樹搜索法等，使其實(shí)力有了實(shí)質(zhì)性飛躍。

美國臉書公司“黑暗森林”圍棋軟件的開發(fā)者田淵棟在發(fā)表分析文章稱，阿爾法圍棋系統(tǒng)主要由幾個(gè)部分組成：

一、策略網(wǎng)絡(luò)（PolicyNetwork），給定當(dāng)前局面，預(yù)測(cè)并采樣下一步的走棋；

二、快速走子（Fastrollout），目標(biāo)和策略網(wǎng)絡(luò)一樣，但在適當(dāng)犧牲走棋質(zhì)量的條件下，速度要比策略網(wǎng)絡(luò)快1000倍；

三、價(jià)值網(wǎng)絡(luò)（Value Network），給定當(dāng)前局面，估計(jì)是白勝概率大還是黑勝概率大；

四、蒙特卡洛樹搜索（Monte Carlo Tree Search），把以上這三個(gè)部分連起來，形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。AlphaGo的出現(xiàn)，也寓意著機(jī)器人也許在不久的未來，將迎來劃時(shí)代的全面革新發(fā)展。

對(duì)于生產(chǎn)制造業(yè)而言，高效靈活的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，必然離不開智能工廠的自動(dòng)化和物流化，而具有高度柔性化的機(jī)器人作為調(diào)節(jié)智能工廠物流管理系統(tǒng)，已逐漸成為智能工廠的主力軍。

而今，更為精細(xì)、靈活且更具成本效益的激光導(dǎo)航移動(dòng)機(jī)器人，逐漸滿足了大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的高級(jí)需求和智能工廠智能化應(yīng)用的智能需求，成為智能工廠物流運(yùn)輸設(shè)備的首選。

現(xiàn)狀

根據(jù)機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境，國際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR）將機(jī)器人分為兩大派別，工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人。其中，工業(yè)機(jī)器人指面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人——簡(jiǎn)單來說，就是工廠里賣苦力的；服務(wù)機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的，用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種機(jī)器人，主要包括家用服務(wù)機(jī)器人、公用服務(wù)機(jī)器人、醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人等。不過，考慮到現(xiàn)階段我國在自然災(zāi)害和公共安全方面的特殊需求，中國電子學(xué)會(huì)分出了另一個(gè)機(jī)器人大派，特種機(jī)器人，是的和特種兵一樣，各個(gè)骨骼驚奇，身體素質(zhì)在機(jī)器人界數(shù)一數(shù)二。

根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的機(jī)器人主要分類

來源：中國電子學(xué)會(huì)

近年來，我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛， 機(jī)器人企業(yè)數(shù)量爆發(fā)式增長(zhǎng)。《中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究》顯示，2013年我國機(jī)器人企業(yè)數(shù)不到300家，然而2015年，主營業(yè)務(wù)為機(jī)器人的企業(yè)激增至1026家，2017年更是超過6500家，國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園多達(dá)60余個(gè)。各創(chuàng)業(yè)者恨不得自己變成機(jī)器人，投入到這場(chǎng)榮耀之戰(zhàn)中。

中國機(jī)器人企業(yè)數(shù)量及增速

來源：中國機(jī)器人協(xié)會(huì)，《中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究》，國金證券研究所

另一方面，2014年至2019年，我國機(jī)器人市場(chǎng)平均增長(zhǎng)率達(dá)20.9%。上半年，全球機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)144億美元，其中中國為42.5億美元，占全球近30%。其中工業(yè)機(jī)器人占57.3億美元，服務(wù)機(jī)器人占22億美元，特種機(jī)器人占7.5億美元。

2019我國機(jī)器人市場(chǎng)結(jié)構(gòu)

目前，我國正處在生產(chǎn)制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的階段，所以工業(yè)機(jī)器人占據(jù)我國機(jī)器人市場(chǎng)的很大一部分，并且在全球市場(chǎng)上，份額也十分可觀，約占1/3，是全球最大的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用市場(chǎng)。然而，先別急著興奮，資料顯示，在中國一般的制造業(yè)中每萬名工人使用68臺(tái)機(jī)器人，而日本每萬名工人則有303臺(tái)機(jī)器人，韓國為631臺(tái)。因此，中國大部分勞動(dòng)力實(shí)則還是依靠人力，之所以突飛猛進(jìn)，是因?yàn)槲覀兲幵谧詣?dòng)化的初級(jí)階段。不過這也意味著中國制造業(yè)進(jìn)一步機(jī)器化仍有很大的空間和潛力。預(yù)計(jì)2021年，我國機(jī)器人密度將突破130臺(tái)/萬人，并且國內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，將突破70億美元的大關(guān)。

2014-2021年我國工業(yè)機(jī)器人銷售額及增長(zhǎng)率

來源：IFR，中國電子學(xué)會(huì)

機(jī)器人的快速發(fā)展，尤其是工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，一方面見證了我國技術(shù)的進(jìn)步，另一方面也引發(fā)了人們的擔(dān)憂——機(jī)器對(duì)人的取代，意味著大量的工人將要因此失業(yè)？    資料顯示，自2004年以來，制造業(yè)中每安裝一個(gè)新工業(yè)機(jī)器人，平均從工作中取代1.6名工人。當(dāng)然，這需要一定的時(shí)間：在機(jī)器人安裝的第一年，平均會(huì)取代約1.3名工人，隨后幾年將達(dá)到1.6名。不過，部分專家表示，對(duì)失業(yè)的過分擔(dān)憂是不必要的。因?yàn)闄C(jī)器人在整個(gè)經(jīng)濟(jì)中創(chuàng)造的價(jià)值會(huì)抵消它對(duì)就業(yè)的破壞性影響。

2014-2021年我國服務(wù)機(jī)器人銷售額及增長(zhǎng)率

據(jù)中國電子學(xué)會(huì)預(yù)測(cè)，2019年我國服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到22億美元，同比將增長(zhǎng)33.1%，高于全球服務(wù)機(jī)器人的市場(chǎng)增速。服務(wù)機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模將為10.5億美元，醫(yī)療為6.2億美元，公共服務(wù)為5.3億美元。未來，隨著服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用于更多的場(chǎng)景，這一市場(chǎng)份額還將穩(wěn)步增長(zhǎng)。

2014-2021年全球服務(wù)機(jī)器人銷售額及增長(zhǎng)率

當(dāng)然，特種機(jī)器人也不甘示弱。特種機(jī)器人作為代替人類從事高危工作或在特殊環(huán)境下進(jìn)行工作的機(jī)器人——例如應(yīng)對(duì)地震、洪澇、極端天氣或是潛入海底作業(yè)，和我們?nèi)祟惪芍^“姐妹情深”，用它們的錚錚鐵骨來盡可能的避免我們的危險(xiǎn)。資料顯示，這一領(lǐng)域的市場(chǎng)份額也在穩(wěn)步增長(zhǎng)，并且多國將其作為重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象。美國提出的“機(jī)器人發(fā)展路線圖”將特種機(jī)器人列為未來15年重點(diǎn)發(fā)展方向。日本提出的“機(jī)器人革命”戰(zhàn)略涵蓋特種機(jī)器人、新世紀(jì)工業(yè)機(jī)器人以及服務(wù)機(jī)器人三個(gè)主要方向。對(duì)此，人類深感欣慰。預(yù)計(jì)2019年全球特種機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)40.3億美元，其中美國、日本和歐盟特種機(jī)器人的創(chuàng)新和市場(chǎng)推廣方面全球領(lǐng)先。

2014-2021年全球特種機(jī)器人銷售額及增長(zhǎng)率

當(dāng)然，國內(nèi)在特種機(jī)器人方面也在迎頭追趕。據(jù)中國電子學(xué)會(huì)預(yù)測(cè)，2019年我國特種機(jī)器人市場(chǎng)有望達(dá)到7.5億美元，增速達(dá)17.7%，并且將超越全球水平。其中，軍用機(jī)器人將占5.2億美元，極限作業(yè)將占1.7億美元，應(yīng)急救援將占0.6億美元。目前，我國特種機(jī)器人活躍企業(yè)有中信重工、海倫哲、東方網(wǎng)力、海圖智能等。

2014-2021我國特種機(jī)器人銷售額及增長(zhǎng)率

敢問路在何方？

機(jī)器人的發(fā)展速度超過了我們的想象，它在帶給我們便利，解放我們雙手的同時(shí)，也引發(fā)了我們的擔(dān)憂——機(jī)器導(dǎo)致大量失業(yè)，該如何是好？機(jī)器人是否要遵守人類的法律法規(guī)？機(jī)器人涉及到倫理道德問題該怎么解決？機(jī)器人會(huì)不會(huì)統(tǒng)治世界？恩？最后這個(gè)擔(dān)憂可能太超前了。但是，不論選擇怎樣的發(fā)展方向，正確使用機(jī)器人是一切的基本。

“目前，全球機(jī)器人工業(yè)進(jìn)入了新一輪的高速成長(zhǎng)期，應(yīng)用領(lǐng)域從傳統(tǒng)的汽車領(lǐng)域向一般的制造業(yè)全面滲透，比如食品飲料行業(yè)、金屬制造行業(yè)等，這些都是未來機(jī)器人應(yīng)用的主要行業(yè)。”中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)執(zhí)行副會(huì)長(zhǎng)、中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟執(zhí)行理事長(zhǎng)宋曉剛在2019年“智能機(jī)器人高峰論壇”上表示，“如果按照國際機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律預(yù)測(cè)，到明年全球?qū)⒂?10萬臺(tái)新裝的機(jī)器人投入應(yīng)用，特別是智能機(jī)器人將成為機(jī)器人制造的主流。”

宋曉剛認(rèn)為，今后智能機(jī)器人將主要應(yīng)用于三個(gè)方面：一是滿足社會(huì)公共服務(wù)需求，如養(yǎng)老、助殘；二是滿足國家重大項(xiàng)目需求，如航天、航空、深海等；三是面向居民家庭滿足個(gè)性化需求?！爱?dāng)前機(jī)器人制造已進(jìn)入2.0時(shí)代，也就是智能機(jī)器人時(shí)代?！?

當(dāng)然，在發(fā)展機(jī)器人的工程中，我們也有許多技術(shù)需要攻克，許多問題需要處理。工信部部長(zhǎng)苗圩在世界機(jī)器人大會(huì)期間表示，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)自身在發(fā)展過程中面臨許多問題和挑戰(zhàn)，比如關(guān)鍵核心技術(shù)需要進(jìn)一步提升，應(yīng)用場(chǎng)景和領(lǐng)域需要進(jìn)一步拓展，風(fēng)險(xiǎn)防控和法律法規(guī)體系需要進(jìn)一步完善等。等這一系列問題解決之日，便是我們平常百姓攜手機(jī)器人兄弟共創(chuàng)美好人生之時(shí)。