按：本文作者郭晴/劉偉，來(lái)自北郵人機(jī)交互與認(rèn)知工程實(shí)驗(yàn)室（公號(hào)：人機(jī)與認(rèn)知實(shí)驗(yàn)室），雷鋒網(wǎng)已獲授權(quán)。

雷鋒網(wǎng)對(duì)人工智能、無(wú)人駕駛、無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注，邀請(qǐng)業(yè)內(nèi)人士和學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)為讀者們做深度科普。今年夏天，雷鋒網(wǎng)也將在深圳舉辦一場(chǎng)盛況空前的“全球人工智能與機(jī)器人創(chuàng)新大會(huì)”，并發(fā)布“人工智能&機(jī)器人Top25創(chuàng)新企業(yè)榜”榜單。如果你也是人工智能、機(jī)器人領(lǐng)域的相關(guān)公司，想經(jīng)過(guò)層層曬選最終入選榜單，可聯(lián)系：2020@leiphone.com。

早在五百多年前列奧納多·達(dá)·芬奇（以下簡(jiǎn)稱(chēng)達(dá)·芬奇）這個(gè)大天才寫(xiě)了大量關(guān)于自動(dòng)機(jī)描述，在他的個(gè)人筆記中也充斥著各種機(jī)械發(fā)明的構(gòu)思，比如彈簧驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)和機(jī)器獅子。有記載稱(chēng)，達(dá)·芬奇在1515年將一只機(jī)器獅贈(zèng)給法蘭西國(guó)王，當(dāng)獅子自己走到王位前，獅子的胸部就會(huì)打開(kāi)并獻(xiàn)出“鳶尾花”。

      

當(dāng)然，達(dá)·芬奇的手稿中最特別的、最具有挑戰(zhàn)的發(fā)明要屬日耳曼裝甲騎士，就如《維特魯威人》一樣，這個(gè)騎士也是達(dá)·芬奇在解剖研究方面有關(guān)人體比例的部分成果。研究者們通過(guò)對(duì)保留下來(lái)的達(dá)·芬奇草圖的分析，了解到這個(gè)騎士由安裝在外部的機(jī)械曲柄驅(qū)動(dòng)并且通過(guò)纜繩和滑輪實(shí)現(xiàn)坐起、站立、轉(zhuǎn)頭、開(kāi)合嘴巴以及舉起胳膊。雖然如今沒(méi)有這個(gè)自動(dòng)機(jī)制的全部草圖，證據(jù)表明在米蘭伯爵的政治庇護(hù)下達(dá)·芬奇可能已經(jīng)建造了這個(gè)騎士原形。

達(dá)·芬奇創(chuàng)造這個(gè)機(jī)器人目的是解釋?zhuān)?/strong>人類(lèi)的身體在結(jié)構(gòu)上也是一個(gè)機(jī)器（一種以化學(xué)為基礎(chǔ)的機(jī)器）并且人類(lèi)的復(fù)雜動(dòng)作可以通過(guò)使用工程機(jī)械零件如杠桿和滑輪來(lái)模仿。

在那個(gè)時(shí)代“可編程”是通過(guò)滑輪、繩索及控制桿等實(shí)現(xiàn)這讓筆者突然想到去年八月，IBM研究院發(fā)布了一款顛覆傳統(tǒng)計(jì)算模式的認(rèn)知計(jì)算芯片“SyNAPSE”。這個(gè)芯片突破傳統(tǒng)的馮·諾依曼計(jì)算范式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，模仿大腦的驅(qū)動(dòng)、分布和并行處理過(guò)程?？梢?jiàn)，我們現(xiàn)在依然延續(xù)著對(duì)這個(gè)假說(shuō)的印證。

美國(guó)國(guó)家宇航局（以下簡(jiǎn)稱(chēng)NASA）很重視達(dá)·芬奇的手稿，因?yàn)檫_(dá)·芬奇的人體解剖圖是目前公認(rèn)的最簡(jiǎn)單和詳細(xì)的，比的上現(xiàn)在科技的任何產(chǎn)物。NASA的機(jī)器人不會(huì)永遠(yuǎn)探測(cè)隕石和考察地貌，NASA重視達(dá)·芬奇機(jī)騎士目的是總有一天機(jī)器人會(huì)在國(guó)際空間站工作并且最終協(xié)助移民火星。下圖是達(dá)·芬奇解剖圖與現(xiàn)代三維成像的精準(zhǔn)度比較：

基于達(dá)·芬奇的騎士設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和靈感，NASA機(jī)器人專(zhuān)家馬克·羅塞姆（Mark Rosheim）花了五年時(shí)間重現(xiàn)了達(dá)·芬奇的騎士——“Anthrobot”，同時(shí)他也是創(chuàng)造“Anthrobot”這個(gè)名字的人，這個(gè)名字由兩部分組成：“Anthropology”人類(lèi)起源與發(fā)展的研究和“Robot”自動(dòng)機(jī)械、機(jī)器人。

馬克考慮到至今機(jī)器人專(zhuān)家們還不能夠解決正確復(fù)制肌肉和關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)這個(gè)問(wèn)題，對(duì)達(dá)·芬奇的騎士十分感興趣。當(dāng)讀到卡洛·佩德瑞提（Carlo Pedretti）的書(shū)時(shí)，他從這位意大利學(xué)者的記錄中發(fā)現(xiàn)了達(dá)·芬奇丟失的筆記，這其中包括機(jī)器人騎士。于是馬克開(kāi)始前往擁有四百多年歷史、保留一部分達(dá)·芬奇筆記的佛羅倫薩，住在這個(gè)地方的日子中，他也去經(jīng)歷了當(dāng)年達(dá)·芬奇走過(guò)的相同的街道。

之后，馬克開(kāi)始了他的項(xiàng)目。

首先，馬克將達(dá)·芬奇素描畫(huà)的男性骨架結(jié)合鋼鐵金屬構(gòu)建達(dá)·芬奇設(shè)計(jì)的全部運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)。達(dá)·芬奇的繪畫(huà)就像他現(xiàn)在所做的這些工作的支柱，這使他更深入地理解達(dá)·芬奇的騎士。然后，為了更好的模仿身體的正確運(yùn)動(dòng)方式，馬克將繩索繞在主齒輪的輪軸上，繩索松緊變化使機(jī)器人的四肢隨著繩索松緊擺動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)肌肉、肌腱和韌帶功能。就機(jī)器正確模仿人類(lèi)運(yùn)動(dòng)這個(gè)過(guò)程而言，關(guān)節(jié)通常是會(huì)出現(xiàn)最多問(wèn)題的地方，其中手腕的設(shè)計(jì)是一個(gè)最困難的瓶頸。然而，借助達(dá)·芬奇的研究成果，馬克找到了一種實(shí)現(xiàn)手腕全部動(dòng)作的方法，為機(jī)器人擁有靈巧雙手打下了基石。最后，馬克使用復(fù)雜電腦動(dòng)畫(huà)程序來(lái)構(gòu)建達(dá)?芬奇的騎士，并將其提交給了NASA。NASA希望將來(lái)基于達(dá)·芬奇騎士設(shè)計(jì)靈感的“Anthrobot”能維護(hù)空間站的系統(tǒng)，特別是在人類(lèi)不在現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)候?！癆nthrobot”也將被用于火星相關(guān)任務(wù)，我們很容易理解機(jī)器人的職責(zé)：想象NASA向他發(fā)送的數(shù)字命令和計(jì)劃，然后他就像一個(gè)人類(lèi)工程師該做的一樣完美的進(jìn)行著而不需要任何休息。

1540年意大利發(fā)明家GianelloTorriano發(fā)明了一個(gè)可以演奏曼陀林的女機(jī)器人，在那個(gè)時(shí)代為人們提供簡(jiǎn)單的娛樂(lè)。如今，這個(gè)美女機(jī)器人依然在維也納藝術(shù)史博物館中陳列。筆者未找到關(guān)于這個(gè)機(jī)器人的詳細(xì)記載，下圖為演奏曼陀林的女機(jī)器人。

大約十年后， “機(jī)械修道士”的誕生引起了不小的轟動(dòng)，這個(gè)杰作由Juanelo Turriano（發(fā)明家兼鐘表師）在1560年左右完成。已經(jīng)有450歲的“修道士”至今仍被陳列在華盛頓的史密尼森博物館，而且它的所有功能完好無(wú)損。

這個(gè)“機(jī)械修道士”高約15英寸，它的動(dòng)力裝置包括一圈圈的彈簧、鐵制的凸輪和控制桿，還有隱藏在斗篷下的三個(gè)用于移動(dòng)的小輪子。他能在四方形的范圍內(nèi)行走，有節(jié)奏地點(diǎn)頭并時(shí)不時(shí)地舉起右手敲打胸口，舉起和放下左手將木質(zhì)十字架和念珠戴到另一只手上，同時(shí)，他不時(shí)地把十字架帶到他的唇邊上親吻它。這個(gè)人形機(jī)械裝置看上去栩栩如生，像真正的修道士在虔誠(chéng)的祈禱一樣。 

在這個(gè)機(jī)器人背后還有一個(gè)小故事：西班牙國(guó)王菲利普二世對(duì)其小兒子的誓言。當(dāng)時(shí)菲利普國(guó)王的小兒子頭部受了重傷，國(guó)王悲痛欲絕。國(guó)王找了許多醫(yī)生仍不能治好王子的病，于是他向上天祈禱：如果兒子的病能治好，就還給上天一個(gè)奇跡。好像老天爺真的聽(tīng)見(jiàn)了這位慈父的真切請(qǐng)求，王子的病最終奇跡般地痊愈了。菲利普國(guó)王履行了諾言，重金懸賞了這位Juanelo Turriano大師，大師制造了這個(gè)以圣人Diego為原型的機(jī)械裝置。

當(dāng)然，并不是所有的原始機(jī)器人在機(jī)械自動(dòng)化上創(chuàng)造的奇跡都是聲名遠(yuǎn)揚(yáng)的，1769年匈牙利作家兼發(fā)明家沃爾夫?qū)ゑT·肯佩倫（Wolfgang vonKempelen）建造的土耳其機(jī)器人（Mechanical Turk）因被視為能夠跟國(guó)際象棋高手對(duì)弈的機(jī)器人而一度名聲大噪，但在幾年之后，這個(gè)騙局最終被揭穿：機(jī)器人之所以會(huì)下棋是因?yàn)橄渥永锊刂粋€(gè)象棋大師。

土耳其機(jī)器人由一個(gè)楓木箱子跟箱子后面伸出來(lái)的人形傀儡組成，傀儡穿著寬大的外衣，并戴著穆斯林的頭巾，它能自動(dòng)而快速地下象棋，用復(fù)雜的齒輪和杠桿系統(tǒng)來(lái)移動(dòng)棋子。這個(gè)機(jī)器人在維也納皇宮首次表演就迅速擊敗了對(duì)手Cobenzl伯爵，讓在場(chǎng)的皇室成員都十分興奮。從此肯佩倫帶著這個(gè)大名鼎鼎的機(jī)器人在歐洲各地進(jìn)行表演，擊敗了一系列著名的挑戰(zhàn)者，這其中包括拿破侖和本杰明·富蘭克林。

雖然“土而奇”機(jī)器人在自動(dòng)化上存在貓膩，但值得注意的是，象棋大師用一個(gè)磁鐵系統(tǒng)來(lái)跟蹤對(duì)手的舉動(dòng)并移動(dòng)自己的棋子，這實(shí)際是在模擬一種人工智能。亞馬遜就2005年推出一個(gè)叫土耳其機(jī)器人（Mechanical Turk）的服務(wù)，其理念就是讓人力眾包來(lái)完成電腦力有不逮的細(xì)碎、精確的智能工作。這種眾包讓計(jì)算機(jī)調(diào)用人的智慧智能，把人和電腦的角色顛倒過(guò)來(lái)，讓人成為任務(wù)的完成者，而電腦成為任務(wù)的分配者。

在這個(gè)“土而奇”機(jī)器人誕生年代里，筆者最后打包介紹一組原始機(jī)器人。說(shuō)起它們的創(chuàng)造者，大家也許并不陌生，瑞士表Jaquet Droz是世界上最古老的鐘表品牌之一，而公元18世紀(jì)鐘表界誕生了兩位鐘表天才，其中一位就是機(jī)器人的創(chuàng)造者杰奎·多斯（Pierre Jaquet-Droz）。跟其它鐘表大師不同的是，杰奎·多斯除了熱衷于鐘表外還將自己的心力投注到制作極盡復(fù)雜的機(jī)械裝置上，他將自己畢生專(zhuān)研數(shù)學(xué)和機(jī)械所獲得的知識(shí)傳授給他的兒子小亨利（Henri-LouisJaquet-Droz）以及徒弟基恩·弗雷德雷克（Jean-FredericLeschot），三個(gè)人一同創(chuàng)作出了歷史上最著名的三個(gè)機(jī)械人偶：“畫(huà)家”TheDraughtsman 、“音樂(lè)家” TheMusician和“作家”TheWriter。 

1768年他首先制造了叫做“作家”的人偶機(jī)器人，這個(gè)機(jī)器人高約兩英尺?！白骷摇崩玫闹饕峭馆喖夹g(shù)，凸輪隨動(dòng)機(jī)件根據(jù)不同凸輪讓機(jī)器男孩的手臂做出各種動(dòng)作。凸輪不僅控制男孩的每一次落筆，同時(shí)也精確地控制鵝毛筆在墨水瓶中蘸取墨水和下筆力度?！白骷摇眱?nèi)部配有純手工制作的6000多個(gè)零件，理論上由凸輪控制的飛輪包含所有標(biāo)點(diǎn)符號(hào)和字母（事先編程好的40個(gè)字母），可以以任何順序排列組合，進(jìn)而在紙上流暢地寫(xiě)出所有單詞。這里筆者分享一個(gè)介紹“作家”內(nèi)部結(jié)構(gòu)的視頻：

“作家”誕生之后，杰奎·多斯與他的兒子小亨利、一個(gè)叫做基恩·弗雷德雷克的同事，基于同樣的原理，一同制造了另外兩個(gè)機(jī)器人。其中一個(gè)叫做“畫(huà)家”，它可以畫(huà)出四副不同的肖像畫(huà)：丘比特駕馭著由一只蝴蝶拉著戰(zhàn)車(chē)的情景、路易斯國(guó)王十五世、一只狗并在空白處寫(xiě)著“Mon toutou”（我的小狗）以及王室夫婦（普遍認(rèn)為是路易斯十六世和其王后瑪麗·安托瓦內(nèi)特）?！爱?huà)家”也利用凸輪系統(tǒng)二維編碼手部動(dòng)作，使手部操控鉛筆。同時(shí)，這個(gè)男孩可以在椅子上移動(dòng)，并且他可以定期清除筆上灰塵。

最后這個(gè)女孩叫做“音樂(lè)家”，它可以用風(fēng)琴演奏5種不同的歌曲。她不是由一個(gè)音樂(lè)盒記錄和播放，這個(gè)女孩實(shí)際上更像一個(gè)專(zhuān)門(mén)定制的由手指按壓琴鍵的儀器。每個(gè)機(jī)器人的眼睛都會(huì)隨著動(dòng)作的變化而移動(dòng)，同時(shí)，“音樂(lè)家”的胸部還可以隨著演奏時(shí)的呼吸而起伏，就如一個(gè)真正的演奏家的姿態(tài)一樣（如會(huì)平衡軀干）。

杰奎三人的這些發(fā)明讓歐洲18世紀(jì)晚期的的皇宮貴族們嘆為觀(guān)止，最后被收藏在了瑞士的一個(gè)博物館內(nèi)。至今，這些發(fā)明仍然能寫(xiě)、能畫(huà)、能彈，讓今天的人們也同樣贊不絕口。

筆者主要以介紹人形機(jī)器人的祖先為主，雖然歷史上還有不少其它自動(dòng)機(jī)械如：公元前1400年巴比倫人發(fā)明的漏壺、公元前270年左右古希臘發(fā)明家特西比烏斯（Csestibus）發(fā)明的水鐘以及1737年法國(guó)發(fā)明家雅克·沃康松（Jacques Vaucanson）制造的發(fā)條鴨子等。但在筆者看來(lái)能通過(guò)機(jī)械裝置模仿人類(lèi)這個(gè)高級(jí)生命體是最神奇的，特別是在沒(méi)有電的年代，這些誕生的全自動(dòng)化的、有程序性的機(jī)械，和人類(lèi)具有同樣大小的復(fù)制品，可以運(yùn)動(dòng)的“活物”——原始機(jī)器人。最后和大家分享一本書(shū)：

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