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摘要:机器人出世 人类的梦想 机器人是模拟人的四肢动作和部分感觉与思维能力的机械装置,它是用电器元件或电子仪器控制,通过液压传动元件操纵杠杆机构,实现预期目的。美国的恩格

  机器人出世

  人类的梦想

机器人是模拟人的四肢动作和部分感觉与思维能力的机械装置,它是用电器元件或电子仪器控制,通过液压传动元件操纵杠杆机构,实现预期目的。美国的恩格尔伯格是世界上最着名的机器人专家之一,1958年建立了Unimation公司,并于1959年研制出了世界上第一台工业机器人,对创建机器人工业做出了杰出的贡献。第一代机器人是一种只能进行固定的和变换工作程序的简单机械动作的装置,产生于1966年。 当时一架载有氢弹的美国飞机在地中海失事,一颗氢弹落入地中海。为了防止射线对人体的危害,制造了一台有电视眼和机械手的简单机械人,把氢弹打捞了上来。同年,美国某医院安装放射线源时,有半支香烟头大小的放射性钴60掉了出来,用这种简单的机器人拾起,并放入铅盒内。 从此机器人引起人们广泛的注意和研究,仅在1967年美国就有75台机器人用于生产上。 这一年,前苏联的月球卫星就是用机器人挖取月岩和土壤试样的。第二代机器人具有触觉和视觉功能,能在理解周围环境的情况下进行工作,它是在20世纪60年代末小型电子计算机已推广使用和价格降低的条件下出现的,由电子计算机控制、存贮和处理周围环境反馈的信息,进行判断,然后按既定的要求进行操作。这种设想早在1958年就在美国提出来,1961年底研制出电子数字计算机控制的机械手模型,在60年代末才推广使用。 1970年,丹麦人索伦森制成一个操纵挖掘机用的电子液压控制的机器人。美国也研制出模仿人的肩、肘、腕和手指动作的机器人,可以用几种速度连续行走。以后有某种感觉的机器人,如有触觉和重量感的机器人,也相继在美国、日本和英国问世。第三代机器人是具有人的简单智力和学习功能的机器人,它能满足两种基本要求:一种是具有较大的自由度和灵活性,在复杂条件下能完成多种处理物品的形状和相对位置的任务。另一种是具有识别环境及其变化,并做出正确判断和进行工作的能力,具有进行联系思考和学习的智能。 早在70年代初,日本就制成了可看清图纸,并可在传送带上进行装配的机器人。接着又制成装有电脑、具有视力的电视摄像机、有触觉的传感器和相当于手腕的机械手的智能机器人。 1973年7月,日本早稻田大学一研究组制成有腿的机器人,它有人造耳,可根据人的口头指令做出反应;有识别物品的人造眼和有触觉的手,以及可做出答复的人造口。这标志着机器人的发展进入了一个新阶段。 1974年,美国航空航天局和加州理工学院又制成具有电视摄像机和激光器的人造眼和编入几千个指令的电脑,用于对月球表面进行科学考察。到1978年,智能机器人已具有某些视觉、触觉、温度感觉功能,能讲简单的语言和识别图纸和图像,并做出反应和进行操作。 不同类型的机器人已大量应用于生产线上,在陆上、水下和月球上面等人难以或不可能进行工作的地方,机器人都可以发挥作用。 目前,机器人的研制正向进一步模拟人的部分智能和感觉的方向发展。

  走向标准化

  机器人是模拟人的四肢动作和部分感觉与思维能力的机械装置,它是用电器元件或电子仪器控制,通过液压传动元件操纵杠杆机构,实现预期目的。

  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

  目前生产的机器人(因为生产厂家的不同),其外部设备、控制装置、传感器和其他配件在各个制造商之间,差别很大,配套的机器人系统极少其原因是多方面的。

  第一代机器人是一种只能进行固定的和变换工作程序的简单机械动作的装置,产生在1966年。当时一架载有氢弹的美国飞机在地中海失事,一颗氢弹落入地中海。为了防止射线对人体的危害,制造了一台有电视眼和机械手的简单机械人,把氢弹打捞了上来。同年,美国某医院安装放射线源时,有半支香烟头大小的放射性钴60掉了出来,用这种简单的机械人拾起,并放入铅盒内。从此机器人引起了人们广泛的注意和研究,仅在 1976年美国就有75台机器人用于生产上。这一年,前苏联的月球卫星就是用机器人挖取岩石和土壤试样的。

  “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。

  首先,每个机器人生产厂家理所当然地希望自己成为某些特定系统的独家经营者;其次,很多机器人用户希望机器人能与已有的,有时甚至是陈旧的设备配套使用。而这些设备需要专门设计和特殊安装的机器人;再次,到现在为止,还没有出现公认的最好的机器人是什么样子和结构,所以大家还在摸索中前进,无法统一制造机器人。但无论如何,你准化的不足已成为人们采用机器人的一大障碍。它使得机器人价格持续昂贵、安装周期过长、能够全面熟悉机器人学的人很少。例如,即使对机器人这个定义,工业专家们也曾经长期激烈地争论过。其他名词,包括我们曾经在本书中使用过的很多名词,也引起过激热的争辩。由于标准化不足,教师和训练人必须把许多机器人公司的不同型式的机器人系统都熟悉起来,这也使得机器人技术人员的培训工作变得困难起来。

  第二代机器人有触觉和视觉功能,能在“理解”周围环境的情况下进行工作,它是在60年代末小型电子计算机已推广使用和价格降低的条件下出现的。电子计算机控制、存贮和处理周围环境反馈的信息,进行判断,然后按既定的要求进行操作。这种设想早在1958年就在美国提出来了,1961年底研制出电子数字计算机控制的机械手模型,在 60年代末才推广使用。1970年,丹麦人索伦森制成一个操纵挖掘机用的电子液压控制的机器人。美国也研制出模仿人的肩、肘、腕和手指动作的机器人,可以用几种速度连续行走。以后有某种感觉的机器人,如有触觉和重量感的机器人,也相继在美国、日本和英国问世。

  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。

  未来的机器人标准化问题的解决有赖于我们的工程师、设计师、机器人生产者和重要用户之间的共同努力。我们相信,尽管现在机器人制造商之间的竞争会造成合作的障碍,但随着机器人需求量的增长,不同机器人之间互相接近 (标准化)的程序必将日益提高。另外,随着旧的设备或自动化机械的报废,一批机器人的新面孔将出现,并且取而代之。这种集成的可能性势必要求更高的标准化程度。因此,走向标准化是未来机器人发展的一个重要趋势。

  第三代机器人是具有人的简单智力和学习功能的机器人,它能满足两种基本要求,一种是具有较大的自由度和灵活性,在复杂条件下能完成多种处理物品的形状和相对位置的任务。另一种是具有识别环境及其变化,并做出正确判断和进行工作的能力,具有进行联系“思考”和学习的智能。

  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。

  高智能趋势

  早在70年代初,日本就制成了可看清图纸、并可在传送带上进行装配的机器人。接着又制成装有电脑、具有视力的电视摄像机、有触觉的传感器和相当于手腕的机械手的“智能机器人”。

  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。

  未来机器人的一个最大特点将是它的智能化。当机器人具有能感知周围环境的某些事物且能作出反应的传感器时,它将完成现在不能完成的许多工作。它们将像人一样地完成某些作业。虽然目前机器人在工业中执行的很多作业并不需要传感器,但用上传感器必定会对上述功能有所改进。像前面曾举过的例子,现代喷漆机器人并不能识别它面前的待喷漆零件。这是全自动作业线或皮带传送线上需要的一个功能。但是,如果给这些机器人装备一套传感装置,例如光电二极管,它就可以识别作业线中的空隙。另一个例子是弧焊,做这种焊接的机器人不能预先确切知道待焊的缝或接头在什么地方。同样地,清除铸件毛刺也是一种应用。因为毛刺的出现是无规律可言的,触觉传感器可以给予机器人以极大的便利,它可以“感觉”到毛刺,并清除之。迫切需要传感器反馈的应用还包括服装、鞋袜和橡胶工业。这些机器人配上一个可延伸的机械手臂即可用于军事、家庭或困难而危险的环境中,完成作业和维护工作。当然,这些机器人已经出现,但其应用广度还不够,智力程度也达不到理想的要求,从这里可以看出,智力化是计算机发展的一大趋势。

  1973年7月,日本早稻田大学一研制组制成有腿的机器人,包括有人造耳,可根据人的口头指令做出反应;有识别物品的人造眼和有触觉的手,以及可作出答复的人造口。这标志着机器人的发展进入了一个新阶段。1974年,美国航空航天局和加州理工学院又制成具有电视摄像机和激光器的人造眼和编入几千个指令的电脑,用于对月球表面进行科学考察。到1978年,“智能机器人”已具有某些视觉、触觉、温度感觉功能,能讲简单的语言和识别图纸和图像,并做出反应和进行操作。不同类型的机器人已大量应用于生产线上,在陆上、水下和月球上面等人难以或不可能进行工作的地方,机器人都可以发挥作用。

  到了1675年,最早的摆钟由荷兰发明家许伊根斯制造出来了。

  无人工厂

  目前,机器人的研制正向进一步模拟人的部分智能和感觉的方向发展。

  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。

  不久的将来,机器人可能对工厂和仓库的设计发生较大的影响。采用传感系统、自动传送系统以及分层控制技术,整个生产过程都可自动化,人们就不用去干那些不安全和劳累的工作了。有一些工厂,现在已经实现了全面的自动化。在这些自动化工厂中,整个生产操作皆由移动式和固定式机器人以及其他自动化装置操纵。在日本甚至还建立了一些装配机器人的机器人工厂,因此,多数机械制造厂最后都可能要完全自动化。当机器人系统在未来变得更为精确,动态性能得到进一步改进,传感系统、分层控制和知识库管理系统得到进一步发展时,就会达到这个目标。

  机器人的种类

  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。

  人类的奴隶和朋友

  机器人自诞生以来,短短的几十年内,已有了许许多多的成员。在这个机器人大家庭里,你知道究竟有多少种机器人吗?按目前的情况来看,一般可分为三大类机器人。

  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。

  智能机器人最令人向往的应用之一,就是让它做家务,充当家庭奴隶、保姆和管家、保卫者。人们研讨了若干种可能的应用,如擦窗户玻璃、递送烟、酒、菜、安全巡逻、为花园除去杂草、喂养牲畜、清洗澡盆、存取家用物品、为小孩讲故事、修理工具、修饰发型、看护病人、充当宠物、作下棋的伙伴、陪伴老人等。这些想法看起来好像是异想天开,其实如果不考虑机器人从事这些作业价格较贵、效率较低的话,有一些项目完全是可行的,可能在最近十多年就可以成为现实。因为现在的生活节奏快,我们没有多少空闲时间,财力雄厚的人就有可能花高价去购买一些机器人,让它们承担相当一部分既浪费时间又令人厌倦的家务,这个领域是很值得人们去尝试的。一些国家商业界的许多人都注意到了机器人潜在的市场。例如在美国,假定可用30万美元买到一个省工设备,现在估计会有三千万人去买这个设备。这样每年销售总额可达10亿美元。一个10亿美元的潜在市场是相当有吸引力的。这样,未来将有更多最优秀的机器人研究者热衷于发展家用机器人,例如,有个机器人专家发明了一个轮式可移动的关节式机械手。他在办公室做了一次公开实验,让那个机械手打开厨柜,取出一个大杯子,倒入咖啡,然后打铃招呼人们:咖啡已经准备好了。另一个机器人研究者发明了一个会擦窗户的机器人:它沿着附

  第一种叫工业机器人。这是一种专门代替人来完成某些繁重、简单、危险工作的机器人,它们往往在高温、有毒等恶劣环境中工作。如包装机器人,用一串手爪把堆放的口袋的活扣打开,将它安放到料管口上,物料装好后再关闭口袋的活扣,然后还能将装了东西的口代堆放在一处。这种机器人不怕脏、不怕累,每小时可装250袋左右。

  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。

  在窗户框上的磁铁清洗窗户。

  还有一些搬运机器人,在高温、有臭味、有粉尘的环境中搬取钢铁、塑料、玻璃等制品。工业机器人中还包括焊接机器人、喷漆机器人等等。

  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。

  我们还可以去找机器人做伴。你也对认为这是愚蠢的想法。然向,事实上一个机器人伴侣可以成为年老、残疾或有缺陷的人的非常有用的伴具。例如一个带长臂和卡爪的机器人可以在架子上存放或取下物件,而有时用别的方法可能很难做到这一点。又如一个机器人警戒系统可以在你的房子失火、漏气或陌生人撞入时发出警报,自动报警营救或报告警察局,可以解除许多被困在家里的残疾老人的后顾之忧。巴特在美国加州海军研究院攻读学位时,曾发明了这样一个机器人哨兵。这个机器人可以担当家庭保卫者,一旦发现烟、火、气、漏水、地震、漏雨或入侵者时,它就即刻报警。头脑里有300个单词及词汇,可以同老人进行一般性的对话,使老人解除烦闷。传说日本科学家也在研究这类机器人。他们想让它们在未来直接照顾老年人和残疾人,免去这些人的生活之苦,减轻子女和社会的负担。

  第二种是遥控机器人。这是人在远处利用电磁、光波等信号作远距离操纵,使机器人在某些特定的、危险的环境中进行工作。80年代初,我国在西南地区某原子反应堆中就采用QDS—100单臂机器人协助工作。这种机器人臂长2米多,手臂前端有两个手指,可用来抓取东西。它的主要特点是不害怕放射线污染。

  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。”

  形形色色的机器人已经或者即将走入人们的生活。例如美国,已经研制了一种在草地上自己割草的机器人样机,工业和家用皆可,预计数年内即可成为商品。此外还有几种个人用机器人,“行走电脑”即是其中之一。它有三英尺高,装有红外线传感器,利用与人体热场调频,可以在一个房间内找到和跟踪人。当然,它是移动式的,可回转和躲避障碍物,装有两台内存为三兆的微处理器;它还有一个声音合成器,当电池用完时,它可由程序控制自动充电。由于有程序控制,主人可以让它说、唱自己想听的任何事物。此外,“夜间歼击机”的出版者曾得到一个由朋友馈赠的机器人,他用这个机器人迎客、送饮料和招待客人。这个机器人带有彩色电视机、录象机、彩色照相机和一个饮料托盘。更有趣的是,佛罗里达州的一个警察局曾购置了一个机器人,用它对外联络和教学,它是一个名副其实的机器人警察。而机器人Redford,在马里兰州某学院发表毕业典礼致词时,同时发出广播摘要。它在试映和展览中,用唱歌、跳舞和发表幽默的评论吸引着广大的观众,每天可为主人赚1200美元。

  还有一些进行海洋勘探和开发的水下机器人,探测宇宙的太空机器人,在矿井下采煤的采掘机器人等也属于这一类。

  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。

  服务机器人通常就是简单的遥控机器人,用以吸引观众并为之服务。一种通用的机器人就是 Denby,是机器人世界公司建造的推销机器人。服务机器人时常得到人们意想不到的应用。最近几年出现了一种机器人,用作精神病患者和孤独症患者的医疗用具。据报导,这个机器人在从纽约到洛杉矶的一次航班上,用储蓄卡付了自己的机票费,订了一份饭,当问它要允许吸烟的座位还是要不允许吸烟的坐位时,它回答“我只吸晶体管”。这个机器人能讲好几种语言,而且能使反应“带有感情色彩”。

  第三种是智能机器人。这种机器人比较高级,它能接受人的指令,用感觉装置识别环境,由电脑进行思维和独立制订计划,用手脚来完成任务。如日本研究制造了自动售票机器人,只要人们把付款卡插入售票口,并对机器人说明要去哪儿,机器人就能自动把票送出来。只是有一定的局限,目前这种机器人还只能听懂26个站名。

  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。

  早在1981年圣诞节,美国的一家公司就推出了ComRol型机器人,它可以开门,带着狗去散步、清除垃圾,为植物浇水、拖地板,其价格为15,000美元。科罗拉多州的RB机器人公司制造了另一个机器人,它为家庭和教育使用而设计,且包括自备的微处理机。此外,还有其他公司制造的很多机器人。这些机器人的出现标志着从过去的遥控机器人玩具向着真实的机器人跨进了一大步。

  现在还有不少服务机器人,如可以让孩子娱乐的玩具机器人,为病人送药、送食物、进行简单护理的护理机器人以及为盲人服务的机器人,招待顾客的服务员机器人,充当保姆的机器人,陪运动员进行训练的机器人……真是五花八门,种类繁多。

  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。

  这些不同类型的机器人制造者希望家用机器人市场能像家用计算机市场一样地扩展开来。能由家用计算机控制的机器人很可能是第一个找到广阔市场的机器人。理由很简单,因为这些机器人便宜。无论如何,前面说到的机器人在不到几年的时间里,价格从几万美元降到几千美元,这说明机器人正成为一般人买得起的东西。使用机器人是人们一直向往的,但价格可能是推广应用的最大障碍。一旦家用机器人价格降低到人们可以承受的程度,它将像微机一样逐步进入家庭生活。另外,技术问题也有待于人们去解决。比如说,目前家用机器人的电池是一个亟待解决的技术问题,即需要一种可以更快地充电的电池。今天的电池放电和充电速度大致相同,理想的电池最好放电速度慢而充电速度快。这好比让机器人“工间休息”,而不是在你计划大宴群宾需要它出场之时,它却还没有充足电,让大家扫兴。总之,实际应用中要求技术操作简易却有很高的效率。在未来,这一切必定会大有提高,机器人会真正走入我们的生活。

  专家们预言,今后还会出现“脑力劳动”的机器人,或称为“专家机器人”。随着自动化技术、微电子技术、可视图像处理技术、信息技术及智能机器人的发展,以工厂自动化(FA)、办公室自动化(OA)和家务自动化(HA)为主线的3A革命将给机器人技术带来巨大变化。

  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。

  越来越像入了

  机器人的另一处应用领域是在军事方面。美国、德国等先进国家先后研制了几十种不同型号的军用机器人。1991年海湾战争中,参加沙漠风暴行动的美国安全爆炸物机器人,英国的“手推车”supet地雷处理机器人均立下了汗马功劳。美国陆军部计划到2000年研制出用于前线修车、排雷、运送弹药和粮食以及为步兵导向的机器人。最宏伟的计划是有的国家要建立一支机器人舰队,到那时,实现无人指挥的全自动舰艇将问世,舰上的机器人甚至可根据实际情况制订作战计划。

  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。

  在机器人制造业比较发达的美国,各个机器人研究单位的研究重点,将预示着机器人在未来的某种发展方向。现在,美国的很多研究中心,比如斯坦福大学、卡内基—麦隆大学、辛辛那提大学等正在研究不仅可以进行作业,还可以控制移动轨迹,且可以导向绕过障碍的移动式机器人。可运送零件和材料的工业机器人运输车,是正在作为商品应用的一种。很多其他应用可望在未来的 21世纪达到商品阶段。行走的机器人是一种重要而特殊的移动机器,例如在本书的前一部分谈到的那些正在设计中的行走机器人。美国俄亥俄州州立大学已经发明了其中的一种,并使之跨出了实验室,走进了市场。总部设在加州的Odetics公司,前几年曾推出一个六足行走机器人。它不仅可以行走,还可以做如下表演:爬进一个运货卡车,然后趴下,再后抬起和拖运这个卡车。公司预期其机器人将得到很多应用,例如搬运货物、储存、灌溉、收获、田地监视、矿冶应用如冶炼和液面控制、核反应堆应用如监控和紧急作业,以及军事方面,等等。总之,机器人如能真正地像人一样灵活而稳定地行走,其应用范围将更加广泛;同时,它将成为21世纪机器人中很特别的一员。

  现代机器人的功能

  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。

  险处谋生

  机器人发展到现在,已经是第四代了。这种现代化的机器人在许多方面的功能都超过人类。

  机器人的近代演变

  未来的机器人可能具有的一个最为激动人心的能力就是:在那些我们无法进入或十分危险的环境里,起到人眼和人手的作用。这些环境可以是外层空间、海底、深矿以及充满可燃气体和正在燃烧的建筑等。水下机器人可以用来建造或修理海上建筑如海上采油平台、采集海底样品、钻探、或进行搜集营救作业。这些机器人的大小不必像它们水上的同类机器人那样受到严格的限制,它们还可以用水或气喷嘴作为动力源。目前这一领域的研究工作正在进行。

  机器人比人更清洁。这可能会引起你的疑问:机器人不是满身油污吗?也许有些工业机器人确实可能满身油污,但我们这里所说的清洁是指机器人带的尘埃很少很少。一个人穿普通衣服,在走路时一般身上带有750万个尘埃,只不过人类的肉眼看不见罢了。在通常情况下,这些尘埃没有什么关系,但在某些高科技的研究室、化验室或生产场所,尘埃一多就会出废品。如我们制造电脑的重要器件时需要在10级洁净室中完成。按国际标准,在每立方英尺 (相当于0.0283立方米)空间内直径大于0.5微米的尘埃不能超过10个,才能算作10级洁净室。而在每立方英尺空间空若同样大小的尘埃在100个以内则叫100级洁净室。即使进入100级洁净室,工作人员也必须换上特制的无尘衣服、无尘手套、无尘面罩等等,还应该在进入洁净室前5个小时内不能吸烟和使用化妆品。至于10级洁净室,由于条件实在太苛刻,基本上只能由机器人进去操作。

  干危险工作和作为玩具用的机器人发展最快,最早使用遥控机械手的一个领域便是搬移放射性物质。本世纪40年代,应研究工作需要,建立了保存放射性元素的屏蔽间“热室”,放射性物资置于铅制容器内,可以安全地储存和运输。但在热室内如何搬动这些材料供使用却成了一个难题。因为材料对人体有害,需要用某种无须人类直接接触材料的方法进行搬运,这就导致

  向机器人开放的另一个环境是宇宙空间。前面我们已经谈到了航天飞机机械手的发展。这种机械手可能成为建造空间站、空间工厂或制造在地球上无法有效制成的产品的那些机器人的先驱。有些研究人员预测机器人将同样被用于月球和行星的探测和开矿、维护空间轨道站、修理宇宙航行车、甚至制造更多的机器人。

  机器人干活比人精细。用机器人加工零部件,误差可控制在1毫米之内,废品率几乎为零。加工速度快,如机器人每班可完成25~30个精密工件,质量合格率为100%,而工人每班只能完成同样的工件6个,而且还有10%的次品。

  “主—从”机械手的发展。在这个系统中,处在放射环境中的“从”机械手模拟热室外面的“主”机械手而运动。

  日本的研究员正在研究一种在充满可燃气体和正在燃烧的建筑物里,进行抢救作业、搜索和救护的机器人。这个机器人将利用最尖端的机器人成果,如视觉和对话系统 (见第三代机器人部分)、可移动、可传感机械手等。它还将具有自救系统,例如具有使自己冷却的喷头,并会使用水龙头或化学灭火器。

  机器人的耐力比人好。它可以一连几天不休息,而人却不行,过度劳累就会病倒。机器人不怕环境恶劣、高温、低温、高压、缺氧、有毒、放时性污染、深水潜水……许多特殊工种都是它们大显身手的领域。

  第一只主—从机械手是雷·哥茨等人于1944年在美国国家实验室中研制的。在这个系统中,热室内外的主—从手之间由机械联结。操作者直接操纵主手,使之运动,从而驱动从手运动。然而,这种机械手联动时,常常只能使从手做出笨拙而困难的动作,因为操作者无法感知从手与障碍物或对象的碰撞。

  本书开头曾提到的许多危险环境,如煤矿、放射性环境、化学污染环境以及北极和沙漠地区等,也将是下一代机器人工作的重要区域。

  另外还有许多特别的机器人,如体积微小、只有普通水果糖那么大的机器人,结构、功能却很齐全,可以让它按照医生指令,钻进人体进行诊断。又如“巨无霸”类型的特大机器人可算作“举重世界冠军”,80年代美国兰伯顿联合企业制造出的特大机器人,臂长5.2米,能一下抓起2吨重的物体,力大无穷。

  1946年,伯格塔按照美国的第一颗原子弹试验计划——曼哈顿计划的要求,改进了雷·哥茨的设计。1949年,机械手能够反馈信息,取得巨大的进步。这样,从手所承受的撞击力通过反推主手而传递给操作者,使他“感知”手与障碍物的碰撞,从而实施更佳的控制。后来,用电气联结取代机械联结,是机械手又一重大进步。这样用变阻器检验主关节的运动,并将所得的信号传给伺服马达,由马达驱动机械手关节。

  耐心的护士

  至于近年来新开发的智能型机器人,它的记忆力 (储存的信息容量)可等于常人的几百万至几千万倍,计算、思维速度更是快得令人叹为观止。在这个意义上说,智能型机器人比人更“聪明”。

  机械手的下一个重大进步是有了通讯设备。这种被称为“远程操作器”的装置终于使外层空间遥控机械手出现了。喷气发动机的实验人员根据美国国家宇航局空间实验的需要,在探索制造一种灵巧且通用的机器的过程中,对远程操作器的内容作了巨大的扩展。他们认为,这种机器必须对极远距离提供精确的控制。他们最后制造了一种装置,控制者可借控制器和显示器的帮助对其发布指令。此设备可安装在一个遥远的环境中,有执行指令的致动器和反馈信息的传感器。这种传感器可以是电视机,也可以是有听觉、触觉的东西。人和设备之间的距离可以很近,也可以很远。

  把机器人用于医疗看护方面,以帮助有缺陷或残疾的人做他们力所不能及的事情,这是机器人事业的一个重要发展。日本的研究人员报告说,他们正在试图研制一种机器人,它可用作盲人的向导。它们比带路的狗具有更多的优点:机器人无需喂食,也不用像对待活的动物一样去照看它。另外,它们也不会排泄或弄脏环境,而清除掉这些东西,对老年人来说是件很烦的事情。日本在1975年就发明了一种名为Wabot-I型的双腿机器人,他们还在不断地改进其设计。虽然这个机器人被设计成自控机器人,但行动不便的人完全可以直接控制这种机器人作为自己的运动装置。

  当然,现代化的各种机器人可以在各自的某些方面超过人类,但它不可能在一切方面同时超过人类。

  美国第一个登上月球和火星的机器就是一种远程传感器,它为宇航员登上月球提供了可靠的球面环境信息。然而,在人类操作者和远程操作器之间传递信息所需的时间滞后却成了一个问题。即使对登月舱而言,时间滞后也显得过长,以致某些本来可以进行的试验也无法完成。纵然是1.3秒的滞后也会给操作者带来困难和失控,所以有必要扩充计算机用量。例如让宇宙飞船具备当其陷入绝境时能够自动停止飞行的性能。这就需给遥控装置增设计算机与传感器,从而实现所需要的“现场反射”能力。

  另外,日本已发明了一种可以帮助卧床患者的机器人。它包括一套集成控制装置、一个电视摄象机和监控器、一个指令装置、一个关节式机械手、一个方便支架和一个自动传送车。那个方便的支架就像一个书架或敞开的柜子,其中装有患者一天当中需要用的食物、水和书等各种物品。支架上的物品都可以在电视显示器上显示出来,患者可以从清单上选出需要的物品。然后,患者指令小车从自己身边移向支架。小车上的机械手作为大型工业机械手的小尺寸变型,它有九个接点可以抓住选中的物品。然后,小车返回患者身边,拿回一本书,或取出患者的食物或饮料。如果这类机器人可以成功地设计出来,并且达到一个较高的水平,那么人类在看护病人方面将出现一个重大突破。到了那一天,护士们就可以去从事他们必须经过教育和训练才能从事的那些复杂而细致的工作,真正体现人生的价值。因为,为患者取些物品并不需要取得学位的人去做。

  未来的机器人

  我们还是以登月试验中的控制问题为例。如果登月舱即将掉进月球上的一个火山口(月球表面布满火山口),而传达停止指令的时间过长,登月舱就可能来不及止步而陷入火山口。为解决这个问题,加州的喷气发动机实验室的科学家们为他们的远程操作器设计出“现场反射”或自律反应环节,这在机器人发展史上是一大进步。正如人类行路时所需的反应多来自脊髓神经的现场反射、而非来自大脑一样,今天智能机器人方面的很多工作就是企图在机器中建立这类现场反应 (反射)。由于科技的不断进步,进一步增设了声控传感器,使得今天的远程操作进一步发展了,比如,采用了移动底盘、双臂、力反馈、声反馈、立体视觉、计算机控制和声指令等。

  勤劳的农民

  世界上第一台机器人样机“尤尼曼特”诞生至今,经历过30多年的发展,已由第一代示教再现型机器人,第二代感觉型机器人……进入到目前的第五代智能型机器人阶段。

  总之,早期机械人的操作机构是相当简单的,它们的运动必须由人来控制。后来,在这些操作机构上增添了计算机控制,扩展了它们的功能,计算机成为这类机械人“机身”的“大脑”。计算机和机械手技术的共同发展,最终实现了能满足许多困难工作所需的精确运动。但今天的遥控机械手依然很重要,因为有些工作完全可以自动操作,但有的工作人参与部分操作。另外,对于某些工作很难由人进行全部操作,还需要复杂的控制站。

  在世界各国,特别是美国,正在发展农用机器人。在这个领域内发展机器人的动力是劳动的季节性特点和劳动力成本在农产品成本中的比重过大。通常农民的劳动受天气和气侯等条件限制,并且劳动力成本构成了农产品生产成本的主要部分。因此,国际市场上的农产品竞争胜利者,通常是农产品竞争中劳动力相对便宜的国家。

  根据世界未来学预测,今后10车内会出现“脑力劳动”的机器人,或称

  下面,我们将总结一下机器人学近代史中的重要事件。大家都知道,20世纪40年代,第二次世界大战促成了美国、英国、前苏联等国政府和企业、科研单位前所未有的紧密合作,其成果也令人惊叹。这是历史发展的一个辉煌时期,因为正是这些合作,发明了现代通讯技术、雷达、声纳、汽车、飞机和船舶,或者使它们有了重大进步。更令人惊叹不已的是,计算机和原子弹出现了。

  现在世界各地的机器人应用于农业方面的数量正逐年上升。它们从事的农业工作包括:稻田自动收割、剪羊毛、联合收割等。使用机器人以前,很多农业工作都使用了具有反馈控制系统的设备。但是,加上传感器和微处理机,智能机器人系统出现了,它可用来完成有选择性的收获工作和对付活的动物。例如,美国佛罗里达州大学农业工程系的研究人员研制了一种柑桔收获机器人。它不仅能够移动,有一个通用的机械手,而且还有一个视觉传感器来分辨已熟和未熟的水果。另外,树与水果的位置和方位是各不相同的,因此依靠复杂的计算机程序,机器人识别出桔子树,找到水果,采下已成熟的水果。这部机器人是部多机械手样机,它一旦投入市场,将免去目前收获柑桔的劳动之苦。如果得到推广,那么这种经济上的合算和技术上的可行将为农业的发展作出贡献。

  “专家系统”。这种机器人通过电脑工作,可以取代一个或几个专家在高科技领域中从事科研工作。也就是说,随着科学技术的发展,将会有更先进、更聪明的第六代、第七代……机器人问世。尽管到目前为止,机器人在某些方面已比人强,如计算速度、记忆量、力量,适应恶劣环境等,但从总体上全面衡量,机器人仍比人类差得远呢。但是,未来的机器人会不会超过人类,成为真正的“超人”呢?美国不少科幻小说、电影中大肆渲染了未来的机器人胜过人类、甚至企图控制人类的情节,助长了一些人对这个问题的担忧。在科学界内,就此问题也众说纷纭,暂时无法统一。

  1940~1942年,美国哈佛大学制成了第一个自动控制器。1943~1948年,宾夕法尼亚大学建造了第一台电子计算机。它完全不像今天我们看到的计算机那么精致,而是装满整整一个房间的硬件,因此它在很多方面的应用极不方便。在这个时候 (1948),贝尔电话实验室发明了晶体管。同一年,英国剑桥大学制成第一台可储存程序的计算机。

  智能联合收割机和拖拉机是农用机器人的另一个方面的发展。促使这种机器人发展的原因很多,最主要的原因是要求人们驾驶农业设备的每一次运动都相当一致是非常困难的。然而,恰好是在某些应用如耕种或收获过程中,希望行与行之间不要有变动,以期得到较高的收成。即使有变动,其量最好是特别小。为达到这个目标,人们试验了自动导向系统,并已取得成功,它使行与行间的变动量小于几个毫米。

  那么,到底谁对谁错,还是让我们把机器人和人类来作个比较吧。

  此时把计算机的功能引进机器已成为可能,所以一些著名科学家便设想将计算机的智能同机器的机械功能结合起来。沙能便是这些科学家中的一员。1952年,他发明了一只机械鼠,它可以学会做迷宫游戏。

  当然,农业机器人系统中最为先进、堪称奇观的还不是上述这些。西澳大利亚大学的一群科研人员发明了一个剪羊毛机系统,这是较为先进的。这个系统包括一套传感器,使切削羊毛的刀头恰好处于动物的皮肤上面,并由动物的呼吸等因素调节其变化量,从而使伤害率降到最低程度。这是一个巨大的进步,是机器人在活的动物身上进行作业的第一个著名应用。如果机器人技术进一步发展的话,在不久的将来,就可以让机器人来为我们理发喽!

  先看看他们的身体结构。人具有上千万年悠久的进化历史,在自然界优生劣汰的竞争选择中,人类生存下来,发展起来,因此人体结构相当精巧,各种生理系统十分完美、灵敏、高效、可靠。人体有11个系统,如骨骼、肌肉、消化、神经、内分泌……等,而且有新陈代谢作用。而机器人虽有控制、驱动、机械、感觉等系统,但远没有人体结构那么精巧和完备,更没有新陈代谢功能。因此在这方面机器人很难与人类相比。

  1952年,美国国际商用机器公司 (IBM)的新型计算机问世,宣告了计算机时代的到来。1956年,数控机床出现了。这种机床采取脱机编程方式,用穿孔纸带存储对机床的指令。穿孔带上的指令读入机床后,即可执行程序操作。1959年,美国制造了第一台商品工业机器人,这是一台用凸轮和限位开关控制的提卸装置。1961年,美国又生产了第一台伺服控制工业机器人。同年,塑料及电子方面的工作成就又把假肢技术推进了一步,在美国林肯实验室里,人们把一个装有触觉传感器的远程操作器的从手同一个计算机联接起来。这个早期试图联接计算机和机械手的探讨为后来的机器人的发展铺平了道路。

  忠实的士兵

  再从智力方面看,人从婴儿生下来后,经过相当长的时间才长成人,其中经历了许许多多事情,学会了许许多多的本领,有科技知识,有社会知识,有待人接物、处世人情等等。而机器人“生”下来就是工作,尽管可以给他灌输许多信息,但在全面性和复杂性上仍无法与人相比。

  1963年,美国机器和铸造公司(AMF)制出产业机器人。从这一年开始,又出现了为机器人配备各种手臂的设计。

  机器人的出现,不仅对工农业生产、人们的日常生活服务有着不可估量的重要价值,而且对未来的战争必将产生深远的影响。外军是这样评论的:

  人的大脑具有对周围任何环境包括特殊情况的高度适应能力,它的反应极其灵敏。尤其是遇到新的情况,它能迅速分析,作出判断。而机器人的电脑却无法以灵活来应付千变万化。它只能根据人们事先给它的程序来作出相应的反应,一旦超出这个程序的范围,它就束手无策了。因此,在创造性思维和不断通过实践学习、提高等方面,机器人与人类有实着实质性的差距。

  在此期间,其他国家 (特别是日本)也认识到工业机器人的重要性。从1968年开始,日本的机器人制造业取得了惊人的进步。

  “未来战争的主角可能是机器人”、“靠机械装置维持生命的人将被派往战场”、“机器人是21世纪战争巨大兵力的补充来源”等等。

  此外,在情感方面,机器人迄今为止并在可预见的将来都是一片空白。

  1969年,美通用电气(GE)公司为美陆军建造的实验行走车是机器人一项非同凡响的发展。其控制难度实非人力所能及,从而促进了自动控制研究的深入发展。该行走车的四腿装置所要求的为数极多的自由度是控制的主要课题。同年波士顿机械臂出现了。第二年又有斯坦福机械臂问世,后来还装备了摄像机和计算机控制器。而且,随着这些机械被用作机器人的操作机构,机器人学开始取得若干重大进展。1970年,美国第一次全国性的机器人学术会议召开。1971年,日本成立工业机器人协会以推动机器人的应用。随后推出第一台计算机控制机器人。它被誉为“未来工具”,即T型的机器人,可

  目前各国研制的军队机器人士兵,虽已有自己的肌体(头、身、手、足等)、大脑 (电脑)和感觉器官(听觉、视觉),但其大脑还不够发达,五官不健全,五官的素质比大脑还差,只能算是“原始”智能机器人,少数能算“蒙昧”智能机器人。

  最后也是最重要的一点,我们必须记住,未来的哪怕是最先进的机器人,也是人类用自身的智能制造出来的,人是机器人发展的主宰者,所以我们可以肯定地说,机器人是永远不会在一切方面都超过人类的。

  3力举超过100磅重的物体,并可追踪在装配线上的工件。

  美国研究部门以奥德克斯公司制造的Ⅰ型(功能式)机器人为基础,研究执行各种不同作战任务的机器人士兵。这种机器人有六条腿,行走时,抬起前三条腿,另三条腿支撑地面,交替进行,走起来“轻快灵活”。能登高,也能从高处往低处走。抬脚时脚离地面83.82厘米。它可以全方向运动,抬腿后也能改变行走方向,甚至可以旋转身体。它能在崎岖的地形上行走,还能负重。静止时,能负担953.4公斤重的物资、弹药 (相当于其体重的5.6倍)。行走时搬运近408.6公斤重的弹药。它能像士兵一样越过障碍,爬上车辆,走浅滩或泥泞地,还能到士兵无法接近的地方,如核、生、化污染地区。该公司在这种机器人的基础上,还能因执行作战任务的不同,制造出“高大”型、“正常”型、“矮子”型、“瘦子”型机器人士兵。

  欢迎“英雄”机器人

  仅美国而言,在短短的二十几年内,机器人的拥有量就从0增加到6000台。如小河奔腾汇入大江,机械、电气和工业技术的高度发展与融合,终于形成了现代化的工业机器人群体。由于智能机器人的发展将赋予这类机器更为广泛的通用性和超人的功能,今后机器人的拥有量会以惊人的速度持续增长。科学终于把古人的幻想变为现实。可以有把握地推测,机器人在未来的发展,将超出我们的想象。计算机正在逐年地向小型、新颖和廉价方向发展。随着时间的推移,机器人会不会也走这条路呢?现在,电子学、计算机、控制和能源系统方面的新成果将为机器人的设计提供更为有效的手段。专用机器人在机械工程方面的应用将是永无止境的。机器人将在人类认识自然、改造自然的斗争中发挥巨大的作用。

  各国目前正在研制的机器人士兵大体有八种类型:

  你一定会读过或看过这样的故事情节:一位家庭主妇,6点30分起床,把头发一扎马上为全家作早饭,然后洗脸化妆。7点15分叫孩子和丈夫起床,待他们吃完饭后,边收拾碗筷,边送他们出家门。再匆忙地把头天洗的衣服晒出去,打扫房间,换衣服,带晚上买东西用的兜子,边看手表边跑向汽车站,以免上班迟到……

  机器人步兵。它能值勤与警戒;能欺骗敌人迷惑敌人,为突然袭击对方创造有利条件;它本身还具有攻击力。美军研制的“先锋”机器人步兵,主要用于值勤放哨,它能发现任何敌人,并将情况报告给班长。由于它配有武器,在步兵班投入战斗前的短时间内,还能先进行还击,顶住进攻之敌。美军还有一种名为“激战哨兵”的机器人步兵,除装备有对付敌装甲车辆用的传感器和反坦克武器外,还配有近距离用的轻武器。当它探测到敌装甲目标时,能自动抢占有利地形进行射击。美国还研制成了机器人警卫,它装备有机关枪和手榴弹,可以用于看守监狱、输油管、机场和军事设施。还有一种机器人士兵,能模仿部队的电子器材,在不同的阵地上来回运动;模拟一支战斗小分队,给敌以完整的“信号”,欺骗敌人。

  日本有一个调查材料说,有工作的家庭主妇,除上班工作8个小时外,在家还要干4个多小时的家务。没有工作的家庭主妇,每天要做8.4小时家务劳动。

  机器人侦察兵。它可以在未来的战场观察、监视和搜集情报等方面大显神通。有的机器人侦察兵能自动深入敌前沿阵地内执行侦察任务,它能根据要求,拟制潜入敌阵地途中和抵达特定目标时的详细行动计划,能观察和收集小型目标资料,并能实施火力侦察。有的机器人侦察兵,主要用于特定地区的观察,发现特定目标即向派遣者报警,并能按指示使用激光为使用寻的弹头武器的突击指示目标。它能在预定几点之间独立变换位置,观察效果好,且有一定的战场生存能力。

  多么费时间,多么累人,多么枯燥的家务劳动。现代社会,人们空闲时间很少,但又希望能有更多的时间学习、娱乐和休息。这是多么矛盾,怎么办?找人类的铁伙伴帮忙,发展家务机器人。

  机器人防化兵。目前它只能施行放烟幕,进行核、生、化污染区侦察。施放烟幕的机器人,装有发烟设备,能自行运动至预定地点,按指令施放烟幕。这种机器人防化兵,主要用于进攻部队的侧翼和前方。数个机器人配合行动,足以构成一道烟障。核、生、化机器人防化兵,能对核、生、化污染区进行侦测、鉴别,将侦检结果绘在图上,作出报告,而且还能取回样品。

  刚发展家务机器人时期,机器人之父英格伯格,在办公室里曾进行过一次实验,命令他的机器人“艾萨克”打开了一个柜橱,取出一个大杯子倒上咖啡,并打铃招呼咖啡已倒好了。日本的机器人之父加藤一郎教授,他家里也有一台机器人。教授对机器人说:“瓦博特,倒一杯茶!”机器人答应一声,并给教授倒了一杯茶。

  机器人工兵。它可自行设置标准雷场,它根据使用者的要求,从附近弹药补给所装运地雷,在预设雷场挖坑,安装引信,打开保险,埋设地雷。它装有传感器和毁雷装置,能避开地雷行走,也能将地雷销毁,按要求迅速开辟道路,并加以标志。还有一种机器人工兵,可排除爆炸物,能根据位于安全距离以内的操纵人员的指令,对爆炸物进行处理。另外,有一种机器人工兵,如英国的“轮桶”机器人,可以搜查排除炸弹和地雷,并能独自前往侦察放在汽车里或大楼里的炸弹。它工作时能使操纵者通过电视摄象机看到埋藏着的炸弹,指挥其把爆炸物拆除或引爆。如果炸弹在汽车里,“轮桶”在操纵人员指挥下,会打破汽车玻璃,取出炸弹,把它转移到安全地带使之爆炸,英国军队已装备了这种机器人。

  家务机器人在80年代发展很快,水平有很大提高,世界上有好多种家务机器人问世,并走进家庭为人类服务。

  机器人修理工。在战场上进行抢修损坏车辆、武器的任务。它可以在抢修车乘员的控制下,为损坏的车辆或武器装备接通电缆、换装损坏的零配件。若机器人修理工具有坦克操纵和修理专家知识库系统,或火炮操纵与修理专家知识库系统,将能完成复杂的战场损坏坦克和火炮的抢修任务。

  1982年美国的希思公司推出英雄一号机器人,曾轰动了全美。

  机器人搬运工。可在战斗地域前沿或比较危险的条件下,运送桥梁构件、油桶,或搬运、装填弹药,送给养、送伤员……

  1983年年底,美国《人民》杂志记者朱莉·格林沃尔特,特意到密执安州本顿港希恩公司作了一次不寻常的采访。希恩公司让“英雄Ⅰ号”机器人来接待记者,以便扩大影响。这是人类第一次向机器人家族成员作采访。

  天基反导弹系统留空机器人。可以长期在空间运行,根据目标探测跟踪、识别系统分析的参数,作出准确判断,适时发出预警,并选择和使用武器拦击来袭导弹。

  “哈罗,请允许我自我介绍一下,我叫‘英雄’,”机器人主动向记者打招呼,并且学会了讲奉承话:“你长得真迷人啊!你的愿望就是给我的命令。”

  机器人潜水员。既能测定水雷位置,又能适时将其摧毁。进行作业时,迅速而可靠。排雷时,扫雷舰上声纳的侦察到水雷后,机器人即潜入水中,在扫雷舰的声纳指引下,潜至水雷附近并将之击毁。如果水雷由电线或链条系于海底,机器人将用切割装置切断电线或链条,使水雷浮出水面,而后由舰艇上的火器将水雷击毁。如水雷装有磁性装置,舰船发动机的声响、震动或钢制舰船的磁场会引起水雷爆炸。这时,扫雷舰先离开布雷区,到安全水域,然后由机器人将小型定时炸弹投放到声响水雷附近,并发出仿效舰船发动机音响的声频引爆水雷。

  记者问:“‘英雄’,谢谢你。你的确才华横溢,可是,你到底是什么呢?”

  目前研制的机器人士兵,虽属原始,却描绘出未来的前景。今后,机器人士兵越来越向人机对话的方向发展,能听懂指挥员下达的简单口令,按其指示执行任务。它将具有更高的智能,能够按作战的具体条件计划自己的活动,能够按诸兵种协同作战要求进行作战。但要使这种机器人士兵问世,尚需科研和设计人员长期的艰苦努力。

  “我是由电子装置控制的机器人,也可以说是一架安装在能转动的轮子上的电脑。”“英雄”Ⅰ号回答说。它又对自己的构成和功能做了一下解释:

  总之,机器人正向拟人化、仿生(物)化、小型化、多样化的方向发展。人工智能方面的研究人员正在苦攻很多课题,如游戏,论证定理,解决一般性问题 (如感受能力——视觉和语言),理解书面语言,解决高度专业性问题 (如抽象数学运算、医学诊断、化学分析、以及工程设计)。有的机器人科学研究与设计机构,在集中人力、财力研究机器人的专门装置——拟人感觉器官装置,首先是提高视觉、触觉能力来扩大机器人的技术性能。据说,人对外界进行判断的时候,其信息量的70%是从眼睛进入的。正因为如此,人工智能专家们正在大力研究视觉。到21世纪时,这方面的研究将取得惊人的进展,真正出现第四代机器人(有人认为现在已出现的只是第四代机器人的雏形)。它们具有拟人的感觉器官、发达的大脑,可以同人“谈话”,会

  “我身上有好几种传感器,可以探测光、声、动作和前进道路上的障碍物。我会用轮子按事先拟定的路线行走,还会用手拾捡小的物件。”

  “摸”、“看”、“听”。亲爱的朋友们,请您耐心地等待它们的诞生吧!

  记者又问道:“有没有你做不了的事情呢?”

  “英雄”Ⅰ号说:“真实讲,我现在还不会擦窗子,嘻嘻。”

  记者又提出一个问题:“你怎么会说话呢?”

  “英雄”Ⅰ号回答道:“在我体内输入了64种基本语音的 ‘音素’,这些 ‘音素’还带有情感变化的色彩。于是,只要你有一本人和机器人对话的特殊辞典,就可以叫我说话。”

  “英雄”Ⅰ号接着又进一步表白自己:“真的,我几乎什么都会讲。但是,要是你想叫我说些污言浊语,我就会骂你 ‘胡说八道’。我还能够说多种外国语言。我会唱歌哩。”

  记者追问一句:“唱歌,是用你自己的声音唱歌吗?”

  “英雄”Ⅰ号说:“听起来,我的声音像机器声一样。可别忘了,找本来就是一部机器。”它又自我夸耀起来:“我有一整套记忆仓库,你提前把生日告诉我,等到你生日那天,我就会为你唱 ‘祝你生日快乐’。我还爱唱

  ‘黛西’这首歌,这是2001年的电脑主题歌。”

  记者又提出一个新的问题:“你还有哪些看家本领呢?”

澳门威斯尼斯人网址机器人从哪里来,机器人时代。  “英雄”Ⅰ号说:“我能检测出8英尺以外的动作和光亮。我还会用手捡东西。不是自己吹牛,我能为小孩了做许许多多的事情呢。”

  记者接着说:“这一切都给我留下了深刻的印象。但是,你到底会做哪些实用的事情呢?”

  “英雄”Ⅰ号侃侃而谈:“程序编制者教我学会了倒茶,写自己的名字,我能监听电视机的声音大小,若是太大了,我会提醒你: ‘声音小一点’。给我装上烟雾探测器,我可以发出失火警报。我能按照程序看家巡逻,围着房子巡视,一旦发现有异常动静,便会高声叫喊:‘警报!’‘警报!’‘有人闯入!’我还会帮助儿童学习,做算术、地理、拼写作业。”

  记者说:“在一个商业区里,我看到了孩子们很喜欢你,或许可以说,你马上就成为一个英雄人物了。”

  “英雄”Ⅰ号“高兴”地说:“嘻—嘻—,是的,孩子们很喜欢我。”

  记者又问:“成年人是否也像孩子们一样地喜爱你呢?”

  “英雄”Ⅰ号答道:“是的,有些人要我洗碗、倒垃圾。”它话题一转,说道,“据说,人所以喜欢进行创造并且有创造性,是因为人的身上有点儿上帝的智慧。同样,在我们机器人身上也有点儿人类的智慧。”

  记者提了很多问题,“英雄”Ⅰ号回答了很多很多。记者又说:“英雄,我还有一个问题……”“英雄”Ⅰ号抢着说:“哎唷,电压偏低,电压偏低。”机器人认为自己的“表演”差不多了,它竟借托词不再说下去了。

  这种机器人很受欢迎,问世后不到10时间内,已销售了14000台,它的广泛使用对机器人服务业起了推动作用。希恩公司销售开发经理道·伯恩汉姆说:

  “今后我们会看到,我们公司生产的机器人将进入安全、健康护理、加油站、快餐店等行业和部门。”

  从这位经理的一席话,可以看出家庭机器人所起的作用已被社会所承认,也鼓舞了机器人的设计制造者,有信心发展更有用处、更高级的机器人。

  不吃不喝的仆人

  随着社会的发展,生活水平提高,许多家庭需要雇个佣人来帮忙做家务,而佣人却又难找,怎么办?还是用家务机器人吧!

澳门威斯尼斯人网址,  1983年,美国圣诞节礼品真太多了。买礼物的人把柜台挤满了。有一种新出品的机器人特别引人注目。它身高一米左右,外形有点像人,脚下有两个轮子,每秒钟能走半米左右,能转弯,也能后退,当走到楼梯边缘时,会自动停下来。它的名字叫“托仆”。

  当孩子叫它一声“托仆”时,机器人马上答道:“哎,主人,我马上就来。”答应声过后,它马上就会走到孩子的面前来。

  小家伙一看很高兴,对它提出问题:“你会说话?”

  “会的,主人,我会说很多的话。”“托仆”回答道,它又继续做自我介绍:“我还会做很多的事情,会下棋,能帮助你复习功课。但是,我还不会洗碗擦玻璃。”

  许多孩子不忍离去,父母只好花1200美元买了一台带回家去。

  一位小学生回家后立即试试让“托仆”帮他复习地理课:

  “托仆”提问:“世界上最长的河?”

  回答:“亚马逊河。”

  “托仆”提问“世界最大的岛屿?”

  ……

  回答不出来,“嘟、嘟、嘟、嘟、嘟”,5秒钟后,“托仆”说出答案:

  “请记住,日本东京。”小学生跟着重复一遍“日本东京。”如果不跟着重复一遍,机器人就会不断地重复下去,直到小学生跟着回答为止。

  当孩子上学后,“托仆”并不闲着,而是打扫卫生,接电话,告诉对方,家里人外出了,等会再来电话吧。

澳门威斯尼斯人网址机器人从哪里来,机器人时代。  原联邦德国的“哥伦巴”银行总经理,妻子去世后,孤身一人住在波恩,他想雇一个管家。一天他看见一条广告:

  “你想找一位管理家务的管家吗? ‘格莱图’一定能使您满意的!”

  第二天詹姆斯来到了夸尼科商场,他看见了穿着塑料衣服的“格莱图”。原来这是一种机器人,詹姆斯摸了摸它的手,机器人就主动与他谈了起来。

  “您好,主人,请把您每天的作息时间用我身上的键盘输入到我的电脑中,我将按您的要求为您服务。”

  “哦!亲爱的,我还没有决定把您买回家呢!”

  “没关系的,咱们聊一聊,您就会喜欢我的。”

  “你真的会煮咖啡、烧洗澡水吗?”

  “真的,请您仔细阅读使用说明书,我的本领都在上面写着呢。”

  詹姆斯用雇一个管家4年的工资钱买了一台“格莱图”,并把每天应当干的事“告诉”了它。

  以后,它每天早上5点打开恒温器,用吸尘器打扫客厅,再煮咖啡、浇洗澡水。7点钟,它会慢慢“走”到主人的床前,用嘴(其实是个喇叭)大声喊道:“先生,请您起床,我已经烧好了洗澡水,请您马上去洗澡。”然后,它便“端”过来牛奶、蛋糕等早点。主人还没有吃完早餐,它已在院内为他发动好了汽车,当主人上班前向它道谢时,它会说:“您太客气了,我愿意执行您的命令,祝您一路顺风,晚上见。”若是主人下班回来晚了,它会按照程序,按时把客厅内的灯全都打开,并且不时还弄出声音,让盗贼以为主人在家呢。

  日本松下公司在1989年开始出售美食家机器人。这种机器人身价是150万日元。它能向您介绍 300多种美味佳肴的烹调方法。当您靠机器人提高了烹调技术时,您就会想请朋友到家来美餐一顿,显显你的手艺。这种机器人还可以告诉您冰箱里有什么东西,用这些东西可以做什么菜。它还能计算每餐的热量卡路里是多少,为家庭主妇当参谋,准备每餐的食物。

  1989年,在日本市场上,有一种家用演员机器人,它在家庭晚会上充当演员,演出丰富多彩并充满情趣的生活剧,而且形态各异,生动逼真。

  美国制造出一种“机器人陪女”。在过去,国外有钱的贵妇人或未婚的小姐,常用高价聘请年轻女子作伴,以消除无聊和寂寞。今天,已开始用机器人为人作伴。用机器人作伴好像是一种愚蠢的想法。其实呢,机器人作伴,可能是有用而且有趣的。

  美国制造的“机器人陪子”身高25厘米,体重不到5千克,但它能向主人亲切问候“早安”、“晚安”,还会讲有趣的故事,陪主人下棋、打牌、看电视和聊天。

  美国的国际商用机器公司制造的家用机器人,不但能胜任任何一般家庭佣人的工作,如清扫吸尘、擦洗地板、清扫房前积雪,倒酒送茶等工作,而且能边干家务,边为主人讲笑话,以帮助主人消遣。

  1991年,南朝鲜开发出家庭服务机器人。它能够绕着房子运动,检查是否有不速之客闯入,或者检查是否会发生火灾。发现有异常现象,它会自动通知警察局或者消防中心。在巡逻中,它不会撞到障碍物上,也不会掉到阶梯下面去。

  日本松下电器公司负责人谷井前不久说:“不久,公司将出售家庭用的和商用的自动清洁机器人。”

  这种机器人能记住要清扫的一些地方的地图和环境,自动进入房间的门内去除尘。因为它是用蓄电池作动力,所以,它后面不拖“尾巴”。它能自动躲过障碍物,也能够自动地分清地板和地毯是什么样的,可以选择适当的真空吸嘴。这种机器人在作完清扫工作后,能够自动地回到房间一个角落去,自己去充电,以便下次再去清扫房间。

  家用机器人的各种各样的本领和运用真是说不完的。但是可以这样说:

  “像家务那种简单劳动,能不干谁都不愿意干。从很久以前起人们就想,如果让在科幻电影中出现的那种机器人给我们做家务那该多好。让人们这种愿望成为现实,这也是我们技术人员的多年梦想。微电脑的飞速进步使实现这个梦想已指日可待了。”

  “按一下电钮就可以代替人做家务的机器人,今后将不断问世,估计1995年以后将迎来普及时期。”

  “用家务机器人代替家庭主妇进行枯燥的家务劳动,使她们过更轻松一些,舒服起来,已变得越来越现实了。”

  但是,人们的欲望永无止境,家庭主妇还希望身在厨房就能把大门打开,把洗澡间准备好,这就要家庭实现完全自动化。

  不怕核辐射的“人”

  在有放射性物质的条件下进行操纵、检查、维修设备,或在发生事故之后进行善后处理,目前多用遥控式机器人,也有少数的自主式机器人。

  早在40年代末期,美国阿贡立国实验室研制成功的世界上第一台有力感觉的“主从机械手”,起名为MI型。它是人操纵一个“主动臂”,在现场的

  “从动臂”就和主动臂进行完全相同的动作。这样,人就可以在安全地方使

  “从动臂”在现场完成各种工作。这种机械手的“主动臂”和“从动臂”是靠机械元件来实现联系的。所以,人和现场距离还很近。

  60年代初期,不少国家研制成功一种真正的远距控制的电动式的机械手,“主动臂”和“从动臂”是通过电缆或无线电信号联系起来的。后来又采用了电脑进行控制,使核工业中所用的机器人发展有了一个重大突破。

  1979年,美国三里岛发生核污染事故,美国政府与贝奇特尔公司签订了合同,清理核污染。当时预计整个清理工作需要9年时间,耗资需10亿美元,仅就2号反应堆就要21600人次轮流作业。这一工程真是浩大啊。

  但是,这一公可用了3台核工业机器人,这是由美国卡内基·梅隆大学研制的机器人。用机器人很快就清理了10万加仑放射性垃圾,只花费了80万美元。节省了大量开支,提前了很多时间,这样的功效使这种机器人名声大振。

  80年代,威斯汀豪斯电气公司研制出“罗莎”型核工业机器人。它能快速地爬入核电站内部和反应堆的联接管道内,用不了一个小时就能够查明损坏情况,并把损坏的管道焊接好,每次维修至少能节省50万美元。这种维修机器人,把人从危险的作业中解放了出来。

  在过去的10年间,这个公司已有数十台核电站维修机器人投入使用。

  日本花了8年时间花费了200亿日元研究极限作业机器人。研制出的机器人有一种是用在核设施中进行作业的。这种机器人长1.2米,宽0.7米,高1.73米,重750公斤。它用4条腿走路。它会自己识别周围环境,所以不但可以在平地上行走,而且能上下台阶,跨越障碍物,甚至能钻进狭窄的空间中去,进行维修。机器人手指尖上有灵敏的传感器,把感觉到的情况传迭给操纵人员,使操纵人员能很平稳、准确、用力恰到好处地操纵它。

  法国、德国、意大利等国家,核工业机器人也得到了很好的应用。

  不过,相对一般工业机器人来说,核工业机器人的应用还不算广泛,而且有时也有意外事故发生。

  核工业机器人发展很快,性能会更加提高,预计到本世纪末,有可能完全代替人在具有放射性的环境中完成直接作业。以前的核工业中应用的机器人绝大多数是遥控机器人,目前也发展有自主型机器人。遥控机器人是这样工作的:操纵人员在安全地方,从控制台上发出信号,用有线或无线的传输方法把信号传到现场上机械手处,它按照人的命令工作,并把工作情况及周围环境都用摄像机拍摄下来,送到工作台的监视器上;另外还有许多传感器,测出机械手工作时的情况 (如受阻力大小)也反馈给操纵人员,以使其能更好地控制机械手工作。现在也发展有用计算机进行监控。

  太空机器人

  人造卫星可以说价值连城,如果有些部件出了毛病,整个卫星就丢掉,实在可惜。人们又想到了机器人,用它去把失灵卫星抓回修理。

  1984年美国“挑战者”号航天飞机飞入太空,并带了一个长15米,价值1亿多美元的“加拿大”机械手。为什么带这样的一个价格昂贵的机械手呢?原来计划用这个机械手把已经失灵的“太阳峰年”卫星抓回来,以便修理好。

  “太阳峰年”卫星是专门用于探测太阳活动情况的卫星。太阳的黑子活动对地球气候,灾害有很大影响。1980年发射的这颗卫星已出现了故障,失灵了。1992年又是太阳活动的峰年,再发射一颗这样的卫星要2亿美元。所以把希望寄托在“加拿大”机械手身上了。

  第一次由航天飞机指令长克里平操纵机械手去“捉”卫星。因为卫星的自转速度太快,机械手老是抓不住它。

  宇航员向地面报告,请求地面把卫星的自转速度降下来。美国马里兰州航天中心地科技人员用无线电指令“命令”它把自转速度减下来。

  4月10日,克里平驾驶“挑战者”号航天飞机追赶这颗卫星,用火箭使航天飞机加速,绕地球转了三圈之后,终于追上了卫星。宇航员哈特在密封舱内全神贯注地操纵机械手,在离卫星 15米时,他动作很敏捷地伸出机械手,抓住了这颗卫星。哈特这时异常激动,向地面指挥中心报告:“我们抓住了。”当时的美国总统里根也很兴奋,特向他们表示祝贺:

  “你们用机械手抓回了那颗卫星,这是为人类作出了一次巨大的努力,具有历史意义!”

  4月11日,宇航员范霍夫坦和纳尔逊花了3个多小时,对这颗抓回的卫星进行了检查,并且把它修好了。4月12日,又由哈特用机械手把卫星放回了飞行轨道。机械手帮助人把这颗已经3年不能对准太阳,在空间空转的卫星回收回来,修理好了。

  这次成功,宣告卫星损坏了就扔掉的时代一去不复返了。

  人类向太空发射的飞行物越来越多,而且很多废弃物在地球周围飘浮,估计在地球低轨道上有7000块大型人为的垃圾,还有350万个比人手指甲还小的垃圾片。因为它们飞行速度很高,每小时2700公里,这对人类的宇宙飞行是极大的危险。科学家们又想到了机器人,要请它们来帮助清除这些垃圾。

  美国科学家设计出一种专门清除太空垃圾的机器人。它可将大块垃圾切开,并装入贮存箱内带回地球,在进入大气层时,垃圾在与空气激烈的摩擦中会因温度过高而烧毁。

  当然啦,清除太空垃圾也不是非得机器人不可。美国休斯顿约逊飞行中心发明了一种可清除太空垃圾的风车。风车把垃圾撞得速度减慢下来,使其渐渐地坠入地球的大气层中,在与空气产生激烈摩擦中而烧毁。

  在空间进行工作,这只有少数人才能胜任;修旧利废,回收处理废品,这是多数人不愿意承担的事情,而让机器人去干这些事情,真是既有高超的能力,又有任劳任怨不挑不拣的精神,确是难得的“一把好手”。

  机器人探月宫

  开发宇宙,是人类新的使命。在航天活动中,人类已创造了许许多多的奇迹。但是,宇宙空间和地球表面不同,人在宇宙空间活动受到限制,有很大的困难。

  这是因为,离地球数十公里的高空以外,几乎就是真空了,没有氧气,当然也没有水,没有食物了。在太空飞行的宇宙航行员要穿宇航服,由地面带去的罐头食品,时间一长则吃腻了,要用运输航天飞机特地送去新鲜食物。为保证宇航员在太空正常活动,每天每人要花费50~100万美元,实在耗费太大了。

  在太空飞行或工作,生活单调,活动范围小,环境艰苦,孤独寂寞,还要承受失重和强烈的宇宙放射线的照射,条件十分恶劣。

  航天飞行中,偶然也还有事故发生,从 1967年到现在,已有数起意外事故,有十多名宇航员丧生。

  如果用机器人去到宇宙空间,代替人完成各种工作,就比人优越多了。历史上已有很多事例。

  1969年7月,美国实施“阿波罗计划”,把人送上月球,并平安地返回地球。这件人类历史上的创举,使人们惊叹不已。事实上,在人类到达月球之前,美国已经先派机器人作了开路先锋。1967年4月,美国一艘飞船带有一个机器人飞向月球,它叫“勘测者3号”。它先绕地球飞了三圈,一边飞,一边拍摄照片。这个机器人是遥控机器人,所以,当地面控制站发出命令它登月时,它自己撑开了降落伞,启动降落火箭,准确地降落在月球上。

  月球是一个荒凉寂静的世界,月球表面有厚厚的尘埃。机器人用机械手铲起尘埃,放到自己身上所带的容器内。它用利爪在月球表面挖出一条沟。并拍下了许多彩色照片,然后它又自动启动火箭,飞离月球,回到了地球。

  科学家们对机器人“勘测者3号”带回来的尘埃及照片进行化验和分析,发现月球上既没有水,也没有任何的生命。

  前苏联也曾用机器人代替宇航员,对月球作了很多探测工作。1970年11月10日,前苏联发射了“月球17号”飞船,上面带有一台叫“月球无人探测器1号”的机器人。这个机器人在月球表面一个“雨海”的地方着陆。这台机器人外形像一个带盖的大盆,体重756千克,身长3.2米,宽1.6米,用摄像机当“眼睛”。人在远离月球38万公里的地球上的指挥中心里发号施令,通过无线电波指挥这台机器人动作。它用轮子在月球表面上跑来跑去。在11个月里,它拍摄了200多张全景照片,2万多张局部照片,并分析了土壤成份,记录了月球表面温度从 140℃降到-140℃的变化。它为研究月球立下功劳。

  后来,还有好几个机器人登上月球表面进行考察。

  日本制造月球车,专门用于勘探月球高纬度地带。这一月球车是用铝合金及碳纤维特强材料制成的,很轻。这一机器人也是遥控的,由地面控制。不过它还有自动驾驶操纵程序,当它与地面联系中断时,可以由其程序识别周围地形,用图像处理技术分析地形,确定自己的位置,进行自动行走。它的机械臂可以搜索月球表面,这一月球车已和世人见面,预计2000年,它将到月球上去工作。

  过去,机器人在宇宙空间曾显示过不凡的身手。将来机器人在开发宇宙空间中,会更有用武之地。

  法国科学院太空研究委员会主席罗伯特·卡斯坦认为:“就大部分太空研究,太空实验和科学观察来说,机器人自动化卫星更为有效,而且花钱也少。将人送入宇宙,从近期看是摆阔气和炫耀,应把载人航天所花的钱省下来,用于空间机器人的研究。”

  开发宇宙要经过漫长的道路,不过,在未来近20多年时间,即到21世纪初期,有可能建立永久的近地轨道站和月球基地。

  被称为现代科学幻想小说“创造人”的伊萨克·阿西莫夫,在法国杂志记者卡期吉里与他座谈时说:

  “在月球上修建住人的基地也是可以实现的,这不仅能使人们去深入研究太阳系的起源,而且还可利用它来获取人在宇宙中 ‘生活’所需的各种极重要的矿物原料。”

  美国计划在月球上建立“空中之城”,需要1000亿美元。首先开辟出临时基地,之后再建立永久基地。这个“月球城”是直径为1~2公里的轮形城市,城内有工业区,农业区和生活区。

  机器人在开发月球中可以完成许许多多的事情:摄像机器人把拍摄到的图像送到空中居住区内,或通过卫星送回地球;基建机器人完成铲挖任务,或进行熔炼等作业;作业机器人用手爪完成装设管子或电线工作,抓取各种物件;维修机器人能自己修好发生故障的机器;生产机器人进行各种生产,特别是药物生产和半导体器件的生产,因为在太空中生产的药品和半导体器件的“纯度”比地球上生产的要高上好多倍。

  机器人是开发月球探索宇宙的重要的一员。人类想登上火星,飞出太阳系,更少不了机器人。

  工业机器人

  1959年,由英格伯格和德沃尔设计的,由美国尤尼梅逊公司生产的世界上第一台工业机器人,叫做“尤尼梅特”,意思是“万能自动”。1962年,机械与铸造公司又制造出另一种工业机器人,叫“沃尔萨特兰”,意思是“万能搬运”。这两种工业机器人把机器人引上了实用的道路。在以后十多年时间,各国所引进的、仿制的机器人,都是以它们做为“模特儿”的。

  这两种工业机器人都是“示教再现型”机器人。这是第一代机器人典型的代表。它们的工作原理是这样的:人手把着机械手,把应当完成的任务做一遍,或者人用“示教控制盒”发出指令,让机器人的机械手臂运动,一步步完成它应当完成的各个动作。这个过程叫“示教”,是人“教”工业机器人的过程。机器人有一些叫传感器的装置,把机器人各部分运动范围、运动速度等测量出来,依次送给机器人的记忆装置,它可以把机器人各部分运动顺序、位置、速度等记录并存贮起来。这一过程也叫编程过程。当需要机器人工作时,记忆装置把上述信号依次放出来控制机器人各部分动作,这是再现过程。它的动作完全再现了人“教”给它的动作,并且可以自动地、不断地、反复地干这样的工作。

  当然啦,为了机械手臂能运动要有一种驱动装置,它相当于人的肌肉一样,是产生“力气”的装置。由此看出,工业机器人主要有几大部分:机械手臂、控制(包括记忆存贮信号)装置、机座、能源装置。按机器人机械臂结构分为:像龙门吊那样的直角坐标式的,像炮塔那样的球坐标式的,像吊车那样的园柱坐标式的,还有像人手臂的关节式的机器人。

  美国60年代初制造出来了两种机器人,这本来是一件划时代的大事。但是,很可惜当时并未引起国内的重视,也并没有得到国际上的青睐。这是因为当时的机器人造价很贵,安装费用也高,再加上质量不好,每星期要出一次故障(无故障时间只有10O~150小时),定位精度只能达到几毫米,所以收益很差,人们都不敢买它,只有一些喜欢新奇的企业家才定购机器人去试试。当时制造工业机器人的厂家只好在各种场合进行宣传,作广告,到处进行表演。政府没有采取积极扶植的政策,所以发展很慢。

  1967年,日本的丰田织机公司、川崎重工业公司引进美国工业机器人。日本虽然当时对工业机器人技术还不能掌握,当时引进机器人引起很多企业界、技术界甚至科学界以及一般人的好奇心,参观人非常之多。日本人很注意机器人技术和本国的社会经济发展相结合,把引进的机器人很好地研究,除了仿制外,还不断进行改造,结合自己国家的实际情况进行推广和创新,所以很快就研究开发出自己国家的机器人。由于日本当时经济发展,机器人可以解决劳力不足,能防止职业病,提高劳动福利,再加上能提高生产率等,所以机器人技术发很快,1989年日本机器人技术已能和美国相提并论,更主要的是工业机器人得到广泛的应用,达到普及阶段。日本自称1980年为机器人元年,自己是机器人王国。

  世界其他国家,如前苏联、德国、法国、瑞典、挪威、中国等国家也相继引进和发展工业机器人,使机器人大家庭人丁兴旺,它们的“子孙”在世界各地扎根成长起来了。到80年代初期,第二代工业机器人,即有感觉器官能在外界变化时可以完成复杂任务的机器人,已达到了实用阶段,而有智能机器人已开始大量进行研究。90年代,第二代机器人已达到普及阶段了,这时工业机器人已有45万台。

  工业机器人身披钢盔铁甲,一般都是“从事”重体力劳动,国际劳工组织称它是“钢领工人”。

  中国机器人

  下面的这个故事,说的是我国机器人是怎么研究制造成功的。

  故事的主人公叫余达太。1979年春,他刚过30岁,北京钢铁学院就将他派到日本,在九州工业大学读研究生。这个时候,日本的机器人技术已经很发达了。我们的国家,由于种种原因,曾经有过一段发展机械手的热潮,并且全国范围内花费了不少钱,但是,没有几家工厂真正得到实际应用。我国机器人发展进入了低潮。

  余达太就是在这种情况下,去日本攻读机器人有关理论的。他的导师是山下忠教授,有名的机器人专家。

  余达太是一位具有雄心的年轻人。他看到了自己国家在机器人技术上的差距,也触动了炎黄子孙的自尊心。三年苦读,13门功课全部获得“优等”,获得工学硕士学位,并进入日本安川电机公司机器人研究室实习。这家公司是世界上一家著名的机器人制造公司。

  你看到工业机器人,外形和一般机器差不太多,但是设计、制造机器人要用到机械、电子、控制、电子计算机、信息处理等许多科学知识。机器人是属于高新技术,很多东西是相互保密的。余达太是一位有心人,为了回国后发展机器人,他用自己从生活费中节省下的钱,还有半年工资,购买了近千本资料和书籍,预订了三种日本出版的机器人方面的杂志,一订就是5年!他还没有重新踏上祖国的大地,就把一颗火热的心放到机器人身上了。

  余达太回到祖国以后,着手研制中国的机器人。然而,要制造出一台新的、真正“能起作用”的机器人,并不是那么简单。不但要找到用户,而且要花上几十万元,需要有许多专家、技术人员合作,并且要花费成年累月的时间!想干这样大的“工程”,先要进行充分地调研。

  他从南到北,从东到西,跑了很多省市,进了很多工厂、生产研究机关,进行了调查研究。这时,在我国的大地上又掀起了研究机器人的高潮。

  1983年1月11日下午,北京钢铁学院召开了研究制造工业机器人的技术论证会,审查余达太提出的申请报告。他们提出的制造方案是采用关节式结构,这是80年代国际上比较流行的结构形式。因为关节式机器人优点多,它在各个方向都可灵活地高速动作,并且手腕到达空间某一个点可以有多种方法,工作空间也大。但是,也有大困难:关节机器人有肩、肘、手腕,以及整个手臂转动,每个转动都要一个电机加上减速机构。为了机械手手指能拿动一定重物,并有一定运动的速度和加速度,而且运动中不发生颤抖,定位准确,就要求大臂、小臂、腕子有一定质量,这样驱动各关节的电动机就要大些。肘关节及腕关节电动机不宜直接放在各个关节处,而是放在机身附近,这样才能保证小臂及腕子不太重,可以省些“力气”。但是,它又要解决电动机与关节之间用拉杆和链条传动问题,传动效率也低,所以也有很大难题要解决。当时还很少用直接驱动的力矩马达,所以设计传动机构要求精确分析计算,找到最好的方案。

  这次方案审查会,有很多领导、专家和教授参加。会上有的是鼓励,有的是质疑,还有一位专家幽默地说:

  “余达太,你要搞关节式机器人,我看,你得小心机器人别得关节炎。”

  是啊,制造一台具有世界水平的机器人谈何容易,俗话说的好:“看是容易,做是难。”

  难,制造新型的工业机器人有许多困难,就像拦在机器人发展道路上的一座“大山”。但是,中国有许多科技愚公,敢于搬这座“大山”。当院领导让余达太自由组阁时,他的同学,老师来了,还有副教授,讲师,女将,刚刚毕业的学生来了,组成了一个十多人的“搬山队”。

  真如搬山一样,在短时间内要学习掌握必要的机器人方面的理论知识,特别是,要弄懂没有任何说明的“软件资料”,这真好比读天书。当年,日本人把这些资料交给余达太时,曾意味深长地说:“这是天书一本,你拿回去,也看不懂。”——他们一边学日语,一边读天书,就是要把它弄懂,弄出个名堂来。

  是不是可以绕过“软件资料”这个拦路虎呢?不能,因为这个机器人有五个自由度,也就是有五个独立运动,也就是说,它有五个关节,每个关节有一个电动机。为了机器人手爪在空间走二条曲线,人“教”它时,常常是反映手爪 (也叫操作器)在空间应走过的几个点告诉它。其他各点(有很多很多点才能连成一条光滑的曲线)要由机器人电脑来计算。更难的是,要把手爪空间的点,变成各关节应当怎么运动的数据,还要由电脑算出各关节抬举多大角度,速度该多大?这是很难的“空间机构运动学”问题。还有呢,机器人各关节是由电动机驱动的,每个电动机加上多大信号进行控制,才会使各关节运动得恰到好处呢?这要进行所谓的“动力学”计算,要考虑各杆呀、件呀的质量、长度、运动速度、加速度、摩擦力等许多因素,算起来相当复杂。另外,还要考虑起动、停止、动作顺序、安全等等许多问题。这些事情都是由控制装置(主要是由电脑)来完成的。不过,人们的想法,计算方法,很多问题,电脑都不懂,它只懂自己的“语言”。人和电脑之间交换这些信息,还要用到一种高级语言的知识,这也就是软件。这些问题,都是设计机器人绝对少不了的“软件资料”。软件资料对不同的机器人是有很大差别的。

  搬“大山”就要付出艰辛的劳动!为了尽快尽好地设计出机器人,在1983年炎热的夏天,他们在“三大火炉”之一的南京的一家招待所里整整苦战了一个月,拿出了最初设计图纸。

  搬“大山”,就要天天挖山不止,不怕天长地久,只有一个念头:成功!余达太和他的同事,就是这样的人,机器人用的电子计算机,由原来的八位变为16位;为了使机器人“大脑”赶上世界先进水平,他们三次修改方案。他们的信念是:“要赶超世界机器人技术水平,只能起点高,走自己的路才行。”他们就在这条路上,一步一步地又走了两年!

  研究试制工业机器人最困难的问题是钱!中国科学院计算中心技术服务公司慷慨解囊,拿出30万元,并说:“我们投资,你们干吧,失败了,算我们白交学费,豁出去不盖宿舍楼了!”钢铁学院院长手内仅有10万美元的外汇,竟一下子给他们3万解决进口设备问题。就凭这些“上帝”,他们怎么会造不出机器人来呢?

  他们后来成功了,他们有一个很好的经验:“我们的成功秘是1+1>2。”——有“内耗”的地方,一个人加一个人不等于二个人,在他们团结集体里,一加一不等于二,而是大于二。他们没有“内耗”,有的是共同动手,动脑,动手!有的是相互帮助,相互谅解!

  他们成功了,由他们研制的BJM(北京人)—1型弧焊工业机器人很顺利地通过了技术鉴定,并且成功地在南京汽车制造厂承担汽车生产线上的焊接工作,不但提高了产品质量,而且改善了工人劳动条件,获得了经济效益和社会效益。

  他们成功了,以他们为基础,很快发展成为一个机器人研究所,余达太被任命为所长。他成为一名在机器人技术界有名气的人物。

  其他机械的发展

  “魔棒”“变”出了复印机

  说来有趣,现在广泛采用的复印机是美国科学家查切斯特·卡尔森受“魔杆”玩具的启发而发明的。

  1930年,卡尔森大学毕业后忙着在纽约一家电器公司当办事员。每天从早到晚,他都忙着打印书信,抄写书稿,复制图片和报表。枯燥繁琐而又单调的工作,使他逐渐厌烦起来。

  当时,美国的一些大公司已经在运用照相技术来翻拍和复制文件,然而这种办法操作复杂,成本又高,很难普及使用。卡尔森就悄悄对公司的照相复制设备进行改进,摸索出一套简便实用的新方法,受到了经理的赞扬。但他对此并不满足,想发明一种更快捷的办法,即把要复制的文件塞进机器里,一按电钮,就能得到一模一样的副本。如果能造出这样的机器,那该多好啊!卡尔森心里盘算着。

  这时,他不由得联想起童年时玩过的一种“魔棒”玩具。这是一个像笔杆一样的长棒,用它在白纸上涂画,然后撒上一层五颜六色的金属粉,结果这些金属粉就会使涂画过的图案、字迹在纸上显出来。

  想到这里,他立刻找来“魔棒”在办公室里琢磨起来。为什么金属粉会显出图案和字形呢?啊,原来这是静电感应在起作用。用橡胶制成的“魔棒”在纸上摩擦后,就会使纸带上正电荷,而撒上的金属粉带的是负电荷,根据异性电荷相吸的原理,结果就会在纸上显出用“魔棒”涂过的图形和文字来。

  在“魔棒”的启发下,卡尔森找来许多静电学方面的书籍学起来。他起早贪黑地学习着,甚至在乘坐地铁时还在思考:怎样才能使图形和文字从一张纸上传到另一张纸上去呢?

  掌握了理论知识后,他便开始进行研制和试验。为此,他用微薄的工资租下一间小房做实验室,又请了一位助手来帮忙。经过反复试验,卡尔森找到了一种涂硫的金属板,摩擦后它能带正电荷。为了使原稿的字迹能清晰地印出,他又搬来照相法,用曝光使静电感应的效果更强。

  1938年10月,他和助手拼装成了一台简单原始的复印机,并开始调试。卡尔森用手帕在涂硫的金属板上使劲摩擦,使它产生正电荷,然后用灯光透过玻璃对金属板曝光,同时在金属板上撒上带负电荷的石松子粉 (相当于现在复印机用的碳粉)。不一会儿,金属板上就清楚地显示出在玻璃上写出的字样。接着,他又小心翼翼地把一张蜡纸平压在金属板上,蜡纸上很快就复印出同样的字。啊!静电复印成功了!卡尔森和助手高兴地拥抱着跳起来。

  此后,卡尔森带着这台初试成功的复印机四处表演,进行宣传。但富有的商人和老板们却讥讽嘲笑他,认为他的复印机是个“粗糙的大玩具”,无利可图,谁也不肯出钱帮助他完善这项发明。但卡尔森不理会这些,凭着自己坚强的毅力继续进行钻研改进。“功夫不负有心人”,又经过几年的奋斗,卡尔森终于在1947年创制成功了世界上第一台静电复印机,为人类社会文明的发展,做出了应有的贡献。

  从制冷机到电冰箱

  获得热很容易,但是想在热天得到一些冰,却不是一件简单的事情,罗马帝国的皇帝为了喝冷饮,驱使奴隶到高山上却取冰,冰水和血水洒满坎坷不平的山路。

  我国古代则在隆冬季节采冰,存放在地窑里,以备夏天使用,科学家培根为了研究鸡肉为什么在冰雪里不腐烂,自己建了一个埋在地下的冰库,每天去观察,后因着凉而死,看来获得冰不是一件容易的事。

  1540年,在意大利的罗马出现了一种化学冷却法,当用水溶解硝酸钾的时候温度会下降,比拉夫郎卡在一本名为《冷却法》的书里称这是他发明的,据说这样冷却的葡萄酒喝了以后,使人的牙根受不了。

  18世纪中叶,人们知道空气突然膨胀后会使温度降低,美国的戈里利用这个原理做了一个机器,并用它制出冰来,这个发明使人感到十分惊奇。《环球》报说:“在佛罗里达州有一个怪人,他说他和万能的上帝一样能用机器制冰。”

  但是这种机器的效率很低,我们都知道一种简单的冷却方法,就是蒸发,如果在手背上涂一些酒精,我们的手会感到十分凉爽,涂乙醚效果就更明显,医院里用这种方法来进行麻醉,原因是酒精或乙醚蒸发时要大量吸热。

  不过用这种办法来获取冰要损失大量珍贵的乙醚,珀金斯在想,能不能不让乙醚散失,循环使用呢? 1834年,他制作了一个手动制冷机,用的工作物质是乙醚,机器内的乙醚可以反复使用,并获得一项专利。一个夏天的晚上,他的助手用这台制冷机的模型制得少量的冰,欣喜若狂地机械师用毯子把冰包起来,乘上出租汽车穿过伦敦驰向珀金斯的住宅。这是第一次用闭路的压缩和蒸发的办法获得的冰。其原理和现在电冰箱的原理类似。

  科学家发现利用压缩的办法可以使一些气体液化。18世纪末,马隆液化了氨。如果把液态氨突然汽化就可以得到很低的温度。这给获得低温开辟了道路。

  1876年林德完成了世界上第一台制冷机,利用了液氨。氨可以在制冷机里反复使用,加压使氨气变成液体,蒸发得到低温,再压缩成流体反复使用。

  当时澳大利亚的食物堆积如山,而欧洲的食品短缺,法国的蒂尔把林德的制冷机放在弗利克斯菲克号远洋运输船上,装上了澳洲的牛肉,人们不相信这些肉能运到英国而不腐烂。《泰晤士报》把这件事当为笑谈。冷冻船在海上航行了3个月后,当载着少量的鲜肉胜利地抵达伦敦的时候,那些冷嘲热讽就烟消云散了。不久,澳大利亚就开始制造这种冷藏船了。

  1902年美国的卡利亚在制冷机的启发下首创了小型家用电冰箱。1913年在美国芝加哥,制造了世界最早的家用电冰箱—-“多梅鲁亚牌”,是木制外壳,里面装有压缩机。

  现在的电冰箱用的工作物质是氟里昂,这种物质对大气有污染,所以科学家正在寻找更好的代用品。除了用蒸发的办法制冷以外,还有许多其他的方法。例如使用半导体器件,磁性元件及声学的方法都能达到致冷的效果,这些新型的冰箱正在研究之中,无氟冰箱已经进入家用。

  造纸机的发明

  中国发明的造纸术,是以手工作业为基础,依靠技师手抄纸(竹)帘,一张一张地捞纸,然后干燥而成纸张。在那漫长的岁月里,纸张尺寸因受抄纸帘的限制,一般都不很大,主要供毛笔书写之用。公元8世纪,造纸术传入欧洲。

  18世纪,英国发生了产业革命,蒸汽机的发明,电能的应用,为从手工业工场准备向大机器生产过渡创造了条件。在欧洲,由于德国印刷机的出现,对纸张提出了更新更高的要求。

  1793年,法国一家印刷所的年轻学徒罗贝尔正忙着干活儿。他的师父大胡子朝他嚷道:“喂,拿错纸了,傻瓜!”罗贝尔赶紧过去。师父停下手中的活计,鼓着眼生气哩。

  原来这家印刷所每天要印制许多小批量的印刷品,经常更换不同规格的纸张。一到印件额满后,有时就出错。罗贝尔受到师父的斥责,闷闷不乐地回家。他晚饭也吃不下,倒头便睡下了。半夜,罗贝尔睁开眼,反正睡不着,胡思乱想起来:

  纸,为什么一张张的?

  纸,能不能卷成一卷?

  纸,是怎样造出来的?

  ……

  一连串的问号,在他眼前闪动

  从此,罗贝尔利用工余时间,到附近的造纸工厂去参观、调查、绘图、计算。他开始懂得一点造纸的道理了。

  薄薄的一张纸,造起来并不容易。首先,要取得纸浆 (就是植物纤维与水的混合体),这些纸浆必须经过打浆处理。其次,把纸浆平摊在一张铜网上,水从网子流走,纤维交织在网上——便成了一张湿纸页 (其尺寸依抄纸网而定)。再次,是湿纸页移到毛毯上,压榨,除去多余的水分。这一步步工序,全靠人力完成,中间还有间隔时间。不仅劳动强度大,时间也不短。尤其是造出一张一张的,不能满足印刷的要求。

  能否造一张“无限长”的纸呢?一个幻想在他的脑海中升起。能否用连续化的生产来代替这间些歇式的操作?另一个问号又冒出来了。经过5年的努力奋斗,1798年,罗贝尔终于制作了一个环形的“无端网带”,这就是长网造纸机的“胎儿”。纸浆流入网带上,随着手轮的摇动,洁白的纸页就不断地抄造出来。遂而申报了专利。

  1799年,罗贝尔到了英国,鉴于经济窘迫,便把该项专利权卖给了伦敦文具商亨利·福太尼亚。由亨利出资,聘请机械工程师唐金加以改良,按原来的构思重新设计。又经过了5年,1804年,唐金把造纸机按生产流程分为:铜网部、压榨部、干燥部以及卷纸部等。这样第一台实用型的长网造纸机终于完成。由于这种造纸是受亨利的经济支持后才得以实现的,因此有人称它为福太尼亚机。

  费曼梦想成真

  理查德·费曼是美国的一名物理学家。这位1918年生于纽约的杰出人物于1965年与许温格和朝永振一郎一起分享该年度的诺贝尔物理学奖金。因为他们对量子电动力学的基本粒子物理学做出了杰出的贡献。

  1959年,费曼突出奇想:“原子能不能按照我们的意志个个地排列呢?如果能做到这一点,又会产生什么样的结果呢?”当时,这只是一个美好的梦想,谁知到了80年代,费曼竟然梦想成真。

  1982年,德国国际商用机器公司苏黎世实验室的宾尼和罗雷尔发明了新一代的电子显微镜——扫描隧道显微镜,它以空前高的分辨率为我们揭示了一个可直观的原子、分子世界。稍后不久,又发明了原子力显微镜,它也可

  “看”到原子,并且用途更为广泛。

  扫描隧道显微镜不同于以往普通的显微镜,它是通过一根极细的针尖来观察物体的,因此,它的分辨率高得能够直接看到物质表面的原子结构,比电子显微镜还要高10多倍呢!更为惊奇的是,扫描隧道显微镜不仅能“看”到原子,还能通过它与物体表面的相互作用移动原子。这样,当时许多科学家认为,要不了多久,费曼关于移动原子的梦想就会变成现实。

  1989年的《时代》周刊上,刊出了一幅奇特的照片:由35个原子排列成的“IBM”3个字母。这便是由美国IBM公司的科学家在扫描隧道显微镜下移动镍晶体表面的氙原子“写”成的,这3个字母被称为当年最不起的公司广告。这一技术是在—263℃的液氦温度下进行的,当然是十分不容易的。

  1990年7月,在美国巴尔的摩召开了一次科技会议,正式标志着这一超微技术的诞生,并且命名为“纳米科学”。纳米即毫微米,也就是1微米的万分之一,这样小的程度,连技艺高超的微雕大师也要自叹弗如了。

  此后,纳米科学又一步步地向前迈进着。1991年,日本日立制作所中心研究实验室的科学家,在室温下写出了一行原子文字:“PEACE’91”,意思为“和平’91”。德国科学家在2至3个原子的尺度上,在常温常压下进行刻蚀,并获得了成功。美国斯坦福大学的研究人员在百万分之一的头发丝上描绘出了“葛底斯堡”的地址字样,又在 100纳米的尺度上,绘制了一幅斯坦福大学的校徽,真是惟妙惟肖。

  科学家们预言,正如 70年代微电子技术产生了信息革命一样,纳米技术将成为下一个信息时代的核心。

  微型机器神通广大

  人类已经能够把电子器件制成集成电路,在一块指甲大小的片上“集成”成千上万、数十万甚至几百万个电子器件。那么,与之相配的机械装置能不能也“集成”一下呢?自从科学家在纳米科学方面取得了长足进展以后,微型机器已不再是幻想。从1987年开始,美国、德国和日本等国走在了研究的前列。美国的贝尔实验室、加里福尼亚大学柏克莱分校、麻省理工学院等先后研制成功了直径只有125微米、60微米、600微米的晶硅汽轮机和硅静电马达,转速可从每分钟2400转跃升到60万转。前苏联著名的飞机设计师苏哈夫制造成功的超微内燃机,它的汽缸容积仅90毫升,重量仅12.5克,每分钟转速可达12000转,使用的燃料为甲醇、蓖麻油、甲烷的混合物,每毫升燃料可工作45分钟呢!

  更令人惊叹的是,日本东京大学中岛尚正教授等人研制出来的超微发动机,汽缸容积只有0.11毫升,它是利用电热器加热,通过气体体积的变化来推动活塞作上下运动的。这种超微发动机用作超微机器人的动力源,是再合适不过了。

  微型机器可以制成一颗小小的“药丸”,医生让病人吞进肚子里,便可以从病人旁边的监测仪上精确地测知病人体内各处的温度是否异常。原来,这台微型机器是由一个微型硅温度计和一套微电子线路构成的,它能不断地向体外和监测仪发送它所测量到的温度信息。

  在作血管成形手术时,为了清除血管壁上的硬化瘢块,就必须在病人的动脉中放进一个小气球,并在气球后面拴上一台微型机器——压力传感器,以便及时地告诉医生清除瘢块的进展情况。如果将微型机器注入脑血栓患者的被阻塞动脉内,就可以完成动脉的清通,接好被切断的神经,使脑血栓患者获得康复呢!

  在进行视网膜开刀手术时,眼科医生可将遥控微型机器人放入眼球。在眼球运动的条件下进行难度很大的手术,使医生真正做到得心应手,游刃有余。当然,医生也可以用微型机器为肾脏病人切除拳头大小的肾,而病人体表的刀口只有手指甲那么大。原来,医生先将一只小口袋从小刀口放入病人的腹腔,然后借助微剪刀把肾切成碎片,装进小口袋里,并用微型搅拌机将碎肾片捣烂,这样,不就可以从小刀口中将装肾的小口袋取出来了吗?

  除了医学领域,微型机器也可以用于航天、航海、农业等各行各业。例如,可以把成千上万台微型地震仪分布到地球各处,测量地球的地质构造;可以把微型机器人扔到船下,“吃”掉船底的贝类和苔藓,从而提高航速。可以把大量的微型机器人撒入农田,为农民消灭害虫……

  微型机器真可谓是机器家庭中的“小弟弟”,但是,这位新成员却大有

  “青出于蓝而胜于蓝”的气概,它正在大步跨进各行各业。

  当然,制造微型机器也并非轻易之举,除了必须具备的高超的技术之外,还必须保持相当洁净的环境,即使是一粒灰尘、一根头发,一旦落到微型机器中,就犹如火车轨道上的大石头,微型机器当然就不能正常运行了。此外,一些轻微的风吹草动,也会使微型机器的零件东分西散。

  几个世纪以来,人类依靠自己的勤劳和智慧创造发明了各式各样的机器,如果把它们排列在一起真是琳琅满目、丰富多彩啊!既有闻名于世的蒸汽机,内燃机,也有崭露头角的微型机器,正是它们使人类的生活更加完美,更加便捷。机器的家族伴随着人类从昨天走到了今天,它还将伴随着人类走向明天,开辟新的世界。

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