人类的梦想

每一种设想和技术都有其孕育发展期,机器人技术也不例外．远在公元前7－8 千年的新石器时代,人类就开始使用最早的工具在石器上打眼．到公元前3－4 千年,出现了环形陶器,它是所有现代旋床和立式车床的远祖．公元前二世纪出现了漏壶: 水从容器中滴漏出来漂起浮标,浮标在直立的刻盘上指示时辰．它的发明者是亚历山大城的机械师克特西比．在古希腊罗马时期,原始机器人则是以活雕像和各种“神奇”的机器的形态存在: 只要往石雕的狮身鹰头张开的大嘴里扔进八枚硬币,“圣水”便会自动从石兽的眼睛里流出来．祭司在庙宇前点燃圣火,庙宇的大门便会按照现代工程师的说法“自动”开启．亚历山大城的赫龙和希腊时代的其他机械师们制作的雕塑,常常成为迷信祭祀的偶像．用现在的说法,模仿或模拟活物的最早的自动机之一,大概是在公元前400年左右,由古希腊哲学家柏拉图的朋友创制的．这个人叫阿尔希塔斯,传说他制作的木头鸽子竟然飞起来了．在中国的春秋战国时期,传说鲁班也制作出会飞的木鸟。

对于现代工业机器人祖先们的故事,常常带有浓厚的神话传奇色彩．这与其说是在记载事实,不如说是人类的一种美妙幻想．关于机器人的“可靠”的记载,最初出现在著名的荷马史诗《伊利亚特》里．荷马在这部史诗中描绘了一个黄金做成的女人帮助炼铁神赫淮斯托斯的故事．我们发现这个女人的“后裔”——机器人正在现代工业的锻压生产中起着的积极的作用．人类掌握了“水落”和“风吹”造成的动能以后,才真正感觉到了本身能动的机器“助手”的可爱之处,于是开始生产大量的机械．19 世纪创造了人类最忠实的助手,工业生产的伴侣——车床。

其他发明家集中力量研制了模仿人的动作的一种自动机．有些记载流传到我们手里,其可靠性会引起人们的怀疑．例如,有记载说,早在13 世纪,雷根斯堡市大主教阿尔斯·马格努斯有一个机械“卫士”在其教堂中的卧室门口站岗．这个“卫士”是由蜂蜡、木头、金属以及皮革制成的．传说在大主教没请客人进屋之前,他会向客人致敬,打听客人来意,跟客人开玩笑．有一天,主教的弟子、青年哲学家托马斯·阿奎那向这个“卫士”提出了一些哲学难题,“卫士”答不出来,恼火万分,竟找了根棍子将阿奎那痛打一顿。

传说归传说,到16 世纪时,装有发条的钟出现了．这个发条传动装置是德国钟表匠海因莱因发明的,钟的内部头一次运用了后来广泛应用于各种自动机的原理和某些机械．此时,还传说供职于西班牙的工程师胡阿涅洛·塔里阿诺,为查理王制造了小巧精致的自动机械——会击剑的玩具士兵和会弹琴的机械牧女。

到了1675年,最早的摆钟由荷兰发明家许伊根斯制造出来了。

看到机械师们的成就,思想家们便跑到自动化的田野上来收获丰收的果实了．法国著名哲学家笛卡尔有一个时期迷上了自动玩意儿,甚至还制作出一个取名法尘西那娜的机械女人．1637年,他写道: “有一天,人类将制造出一帮举止与人一样,但却没有灵魂的机械来．”他最先提出模仿动物的机械设想: 丝毫不用奇怪,人类凭艺术能够创造出各种各样的自动机来,但动物身上有众多的骨、肉、动脉、静脉等等器官,这些自动机使用的部件却不多．于是,科学家们就试图将力学的某些规律用来解释发生在动物体中的现象——从机械得到的启示。

17－18 世纪,人们向三个方向作了探索．第一个方向是以天才数学家欧勒和贝奴利为代表用力学定律来解释某些生理现象的探索；第二个方向,是以法国医生、哲学家梅特里为代表的,他于1747年发表的著名的论文《人是机器》所表现的思索: 人是机器,是一种更复杂的机器,如果有足够的条件,人可以用工具制造出这种机器来；第三个方向是机械发明家将头脑里的想法付诸实践．其中法国发明家和工程师服岗松(1709－1782)所制作的一些完美的自动机最为著名．他因此被选进了法兰西科学院．在他的杰作中,有一个牧童会吹笛子．牧童吹笛子的时候,服岗松亲自铃鼓伴奏．这个牧童身高170 厘米,会吹12 首曲子．服岗松还制造了另一个玩意儿: 一个机械人左手持木笛吹奏,右手击铃鼓．他设计最为完美的是一只鸭子．这只鸭子由上千个自动零件组成,它几乎会做鸭子所有的动作,如凫水、扎猛于、扑打水面、啄食,甚至借助于藏在体内的化学物质完成通常的消化过程．大诗人歌德曾见过这玩意儿,并且记在日记里．1738年,服岗松将其展览于巴黎。

此时,工业中出现了一些用以制作形状复杂的零件的复杂机械机床．18世纪20年代,俄国发明家研制出能沿着被加工零件移动车刀的自动刀架．他还设计了一种变速齿轮来加工大型螺杆的车床．1765年,俄国机械师波尔祖诺夫发明了自动保持水位的浮子形锅炉供水控制器。

顺便提一下,第一个“工业机器人”是服岗松制造的机械驴．这个驴能以真正的驴所不具有的优雅动作在普通织布机上织布．为什么做成驴形呢? 原来,服岗松1742年打算制作一台自动织布机,里昂的纺织工人们知道后,害怕因此失业,便狠狠揍了这个发明家一顿．发明家一生气,便制造了一个能在普通织布机上织布的机械驴。

我们还是来谈谈那些制造人类机械的创造家吧．1774年,瑞士钟表匠皮埃尔·德罗和他的儿子制造了机械记事器、机械画师和机械女乐师．这些机械人受到了人们的注意,可是,宗教裁判所却指控他们犯了妖术罪,将他们关进了监狱,还没收了这些机械人．一般认为,机器人“antros”这个词是亨利·德罗(皮埃尔·德罗之子)的名和姓的原文头几个字母拼起来的．但这完全是巧合．这个词源于希腊文的“antros”一词,该词表示“男人”的意思,跟表示“人”的“antrop．”一词词根相同,所以,“antros”一词也表示“像人的”这个意思。

机械人,是发条时期的反映．正如伟大的哲学家马克思所说的: “正是钟表的发条使人类产生了把自动机应用到生产上的想法．”

1784年,瓦特设计出蒸汽机的离心调速器,蒸汽从此就成为驱动机床、机器和机械转动的主要能源．现在,机械师们用发动机,他们也会借助各个独立环节构成的传输网络,将轴旋转变成操作机械的任何一种复杂运动．他们开始制作更多这样的机器,这些机器用它们的机械手能在许多劳动过程中模仿人的各种动作．机械师们也能通过自动机向各种部件传达指令．他们使用的是八音盒磁鼓上的双头螺杆、穿孔的硬纸带和带小凸轮的小轴,这便是自动机的工作程序．但这种程序很原始,是固定的,对外部环境不能做出任何反应．自动机研究者的创造性活动带来了许多好处．这种创造性活动在各地普遍开始转人机器生产——即工业革命,帮助人们找到并在实践中检验发展了机械制造及自动机原理的基本数学手段和技术手段。

技术在昂首阔步地向前走着,在纺织业、金属加工业、采矿业和其他工业部门,到处都在实行机械化。

电的时代来到了．电动机和直流发电机出现之后,电为生产的自动化提供了新的可能性．1830年,俄国科学家希林格发明了磁电式继电器——电动机的主要部件之一．1872年奇科列地在第一届莫斯科综合技术展览会上首次展出了电动缝纫机．1895年,阿波斯托—别尔季切夫斯基和弗赖登贝格制造了世界上第一座电话自动交换台．20 世纪初发明了电压调节器之后,电能在生产中便开始大显身手．电动机驱动机床,使自动机获得新生．20 世纪30年代,出现了更多组合机器,40年代完备的组合机床自动生产线问世了．40年代末出现了智能增加器(电子计算机)和控制论．这使工业自动化的另一表现——包括工业机器人在内的许多电子自动机的出现成为可能。

这里再强调一下关于假肢器官方面的进步(前面已谈到一些)．假肢器官方面的研究对于现代机器人的发展相当重要．为设计人工肢体,科学家必须研究能使我们运动和工作的人体结构学,这也引导机械设计师们去思考人的胳膊、手和手指是如何配合完成动作的．这方面的例子在前文也举过一些,现在再略举几例．也有人认为,关于假肢的早期事例见于公元前500年Herodotus 的记载．他述说了一个俘虏为挣脱其脚镣,从脚腕处割断自己的脚,而后设计了一只木制的脚来代替的事儿．大约公元前218年的第二次罗迦战争中,一位名叫Marcus Sergius 的罗马将军失掉了一只右手．据说后来人们为他装了一只铁制假手,打起仗来相当有力．因此,战争的伤残推动人们去发展更为精致的假肢以代替残缺的肢体．16 世纪初Gotz VonBerlichingen 就用一只可以动作的机械手来取代他在战争中失去的手。

16 世纪,人们开始研制假肢．这是因为传动与控制机原理的重大发展,达到使用者能够借助于机械手指和拇指,自如地完成诸如抓、握之类的简单动作．本世纪,人们又研制了电力驱动人工手,它借助于来自使用者断肢神经末梢的电脉冲,经放大后传输给假手以驱动其动作．这种人工手在本世纪60年代发生那场由于人工服用查里多米德镇静药带来的灾难之前,一直十分兴旺．服用这种镇静药使胎儿畸形,残废者生来肢体不全或萎缩,亦无神经末梢可与标准假肢的电极相联便无法使用假肢．于是,借助于压缩空气驱动内部活塞而动作的假肢应运而生．这类假肢能感应肌肉收缩时的隆起和硬度,其最新成就是应推肌电手臂的产生．此类假肢可由电机或压缩空气驱传,亦可靠拾取传至肌肉内的电脉冲来驱动．其金属线电极要埋入肌肉,用以拾取电动势．当肌肉将要收缩时,电极便拾取此信号并放大,使患者能够用与控制真手一样的脉冲去控制假肢。

在研制人工肢体过程中,研究传动、操纵和控制系统取得的大量成果,对机器人学作出了巨大贡献．这种建造人工手臂的设计构思,后来被用于遥控机械手以及机器人的机械手的设计之中。