在人類的幻想和現實之間，有一個神秘的存在——人形機器人。它們不僅僅是科幻電影中的角色，更是現代科技與未來生活的交匯點。隨著科技的迅猛發展，人形機器人正從科幻小說中的想象逐漸變為現實，逐步走進我們的日常生活。

在本周的“親子科學時光”中，中國科協創新戰略研究院博士后何衛華、中國科協戰略發展部部長申金升、中國科協創新戰略研究院研究員王國強將帶領我們一起走過人形機器人的“進化”之路。

古人的奇思妙想

制造出像人一樣的機器，是人類對自身世界探索的一部分。從古代文明開始，人類就在不斷追逐這一夢想。據文獻記載，黃帝時期的“指南車”靠齒輪傳動指明方向，堪稱古代導航技術的神奇杰作（見上圖）。西周時期，能工巧匠偃師制作了“伶人”——一個能歌善舞的機械人偶，展現了古人對自動化娛樂的憧憬。東周時期魯班發明的“鵲鳥”，以及三國時期諸葛亮設計的“木牛流馬”，更是將機械應用于糧草運輸中，體現了智慧與技術的完美結合。

大約公元前1400年，古巴比倫的“漏壺”用水流計時，類似現代水鐘，彰顯了古人對時間管理的創新。在古希臘，發明家設計的“自動機”能借助水、空氣和蒸汽完成諸如開門、移動等動作，甚至能夠發出音樂聲。在中世紀的歐洲，偉大的藝術家和科學家達·芬奇設計了多個機械裝置，其中以齒輪驅動的“機器人”尤為著名，這個機器人不僅能坐、能站，還能移動頭部。這些設計不僅是技術的奇跡，更是達·芬奇對人類和機器關系的深刻思考。

這些古代機械不僅僅意味著單純的技術創新，更代表了跨越時空的智慧傳承。每一個裝置背后都體現了當時人類對自然規律的深刻理解和對未來生活的美好期許。這些發明不僅推動了技術的進步，也為現代機器人技術的發展奠定了基礎。

現代機器人技術的崛起

機械鴨

18世紀，伴隨近代科學革命的浪潮，技術水平不斷提高，許多驚人的發明相繼問世。1738年，法國天才技師雅克·德·沃康松發明了令人嘆為觀止的“機械鴨”（見上圖）。這只鴨子不僅能栩栩如生地移動，還能模擬真實的進食和消化過程。1773年，瑞士鐘表匠皮埃爾·雅克德羅父子發明的“自動玩偶”能書寫、繪畫和演奏，機械設計精妙絕倫（見下圖）。

進入19世紀，蒸汽機的發明標志著第一次工業革命的到來，自動化技術得到了前所未有的快速發展。1801年，法國人約瑟夫·瑪麗·雅卡爾發明了穿孔卡片控制的“自動織機”（見下圖），這種技術極大地提高了紡織工業的效率，開啟了工業自動化的新時代。

20世紀中期，為了滿足大規模工業生產的需求，自動化技術得到了進一步的發展。1954年，美國發明家喬治·德沃爾制造出了第一臺可編程機器人。1958年，被譽為“機器人之父”的美國人約瑟夫·恩格爾伯格創建了世界上第一家機器人公司尤尼梅申，并在1962年生產出第一臺工業機器人尤尼梅特（見下圖）。這款機器人能夠完成復雜的焊接和裝配任務，徹底改變了制造業的面貌。

隨著技術的不斷進步，研究人員開始嘗試制造模仿人類形態和行為的機器人。2000年，日本本田公司推出了阿西莫（見下圖），這是一款具有高度智能和運動能力的人形機器人。阿西莫不僅可以行走和跑步，還能進行復雜的互動，如與人類握手、搬運物品甚至是踢足球。它的誕生不僅代表了人形機器人技術的重大突破，也為未來機器人與人類的協作描繪了美好的前景。

從18世紀的“機械鴨”到21世紀的阿西莫，機器人技術經歷了跨越式的發展。這些令人驚嘆的發明不僅展示了人類智慧和創造力的極限，更預示著一個充滿無限可能的未來。

機器人的智能進化

現代機器人的發展可謂是波瀾壯闊，經歷了三大重要階段，每一階段都見證了技術的跨越式進步。第一代機器人也被稱為示教再現型機器人，主要依靠人類的直接控制完成任務。這類機器人最初應用于工業生產線上，它們通過編程來重復執行特定的任務，如焊接、組裝和搬運。這一階段的機器人雖然操作簡單，但已經初步展示了機械自動化的巨大潛力。

第二代機器人具備了感知能力。借助傳感器技術，這些機器人能夠獲取周圍環境的信息，并根據感知到的變化調整自身狀態，完成更復雜的操作。裝有力度傳感器的機器人可以控制握力，防止在搬運易碎物品時用力過猛。裝有視覺傳感器的機器人能夠識別并避開障礙物，實現更為自主的移動。這一代機器人的出現，大大提升了工業生產的自動化水平和靈活性。

進入第三代，智能機器人登上歷史舞臺。這些機器人不僅具備多種傳感器，可以感知復雜的環境信息，還配備了先進的人工智能（AI）系統，能夠自主決策并完成復雜任務。在人形機器人領域，AI堪稱它們的“大腦”。通過處理海量數據并進行深度學習，AI賦予了機器人理解和響應復雜環境的能力。自然語言處理技術使機器人能夠理解人類語言，甚至進行復雜的對話。AI技術的進步使機器人不僅能聽懂指令，還能根據對話的上下文合理地推斷和回應，極大地提升了人機互動的質量和效率。傳感器是機器人的“眼睛”和“耳朵”，通過高分辨率攝像頭、激光雷達和觸覺傳感器，機器人能夠精確地感知環境，識別物體和人類動作。高分辨率攝像頭使機器人具備了強大的視覺能力，可以識別并分析圖像；激光雷達為機器人提供了精確的空間感知能力，幫助其導航和避障；觸覺傳感器則使機器人能夠感知物體的表面特征和力度，完成更加精細的操作。運動系統是人形機器人實現各種動作的關鍵，它們模仿人類的骨骼和肌肉結構，配備了高性能電機和復雜的控制算法。這些電機和算法共同作用，使機器人能夠保持平衡并執行精細的動作。例如，機器人在行走時需要實時調整重心，確保不會摔倒；在搬運物體時，需要精確控制手臂的力量和角度，防止損壞物品。復雜的運動規劃和控制技術使機器人能夠在不同地形和環境中靈活移動，執行如行走、跑步、跳躍等復雜動作。

未來機器人新紀元

未來，隨著AI和傳感器技術的不斷進步，人形機器人將在更多領域展現出巨大的潛力。在人口老齡化的背景下，醫療護理需求不斷增加。未來的人形機器人不僅可以憑借穩定和精準的操作，協助醫生進行精密手術，還能在醫院和護理機構中充當耐心細致的護理助手，幫助患者進行康復訓練。這些機器人能夠24小時不間斷地監測患者的健康狀況，及時提供必要的護理服務，從而大大減輕醫護人員的工作負擔，提升醫療服務的效率和質量。

在工廠中，人形機器人將成為工業自動化的中堅力量。與傳統工業機器人不同，人形機器人具備高度的靈活性和適應性，可以在各種生產任務之間無縫切換，從高精度的裝配和檢測到重型物料的搬運，均能游刃有余地完成。通過實時數據分析和自我優化，機器人能夠持續提升生產效率和產品質量，為制造業帶來革命性的變革。

未來的人形機器人將成為家庭的智能助手，提升家庭生活的便利性和舒適度。這些機器人不僅能高效地完成打掃、烹飪、照顧寵物等家務，還能細心照顧老人和兒童，提供情感陪伴和安全保障。通過學習和適應家庭成員的生活習慣，機器人能夠提供個性化的服務，使家庭生活變得更加智能和有溫度。

機械覺醒與未來展望

機器人在社會中的廣泛應用也帶來了深刻的倫理和法律問題。設想一下，未來一個與人類高度相似的智能機器人在某個任務中失控，造成了嚴重后果，“人類與機器人的終極對決”這樣的科幻電影場景可能會變成現實，這引發了人類關于機器人權利和責任的激烈爭論。如何確保機器人在執行任務時的安全性，以及如何規范人類與機器人的交互倫理，都是亟待解決的問題。特別是在及隱私保護和數據安全的領域，隨著機器人逐步融入人類生活，如何保障用戶的隱私和數據安全成為一個重要課題。

為此，人類需要制定一系列有效的法律法規，明確機器人的使用規范和人類的保護措施。此外，隨著機器人智能化水平的提高，它們在社會中的角色將變得更加復雜。例如，機器人是否應當擁有某些權利？如果機器人在執行任務時做出了自主決策，誰應對其行為負責？這些問題不僅考驗著法律體系的完善，也挑戰著社會倫理的底線。如何在技術進步與社會倫理之間找到平衡，確保機器人技術為人類帶來福祉而非困擾，將是我們面臨的重大挑戰。

人形機器人不僅是科技進步的象征，更是人類對未來生活美好愿景的具體體現。隨著技術的不斷突破，從精密的動態平衡控制到智能化的自主決策能力，人形機器人正逐步走向現實。未來的機器人將不再只是冰冷的機械，而是與我們共存、協作的智能伙伴。我們不應懼怕機器人，而應擁抱這一技術進步帶來的機遇。使用機器人并不是為了取代人類，而是為了提升人類生活的質量，解放我們的生產力，使我們能夠專注于更具創造性和價值的工作。通過與機器人共存，我們可以共同開創一個更加高效、便利和人性化的社會。讓我們懷著開放的心態迎接這個智能時代，利用科技的力量，創造一個更美好的未來。

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《科學畫報》2024年第9期