当前位置: 华文世界 > 科技

自主机器人的历史和早期自动化里程碑

2024-05-11科技

从我们 21 世纪的观点来看,我们通常认为自动化和机器人是在 20 世纪中后期构想出来的,在 21 世纪初得到进一步发展,目前正处于不断向完美(或反乌托邦,取决于您的观点)演变的状态。然而,现代机器人是自动助手理念的演变,其根源可以一直追溯到古代。

漏刻和早期自动化(约公元前 4000 年)

漏刻是最早的计时仪器之一,也是人类发明的早期自动化形式之一。这种时钟存在于中东和亚洲,可能早在公元前 4000 年就存在了。在希腊罗马文本中也有相关描述。这种时钟通常液体从容器流动到带有时间校准标记的容器,显示一天的时间流逝。

这些漏刻为其他使用水的自动装置奠定了基础,这些自动装置通常利用承载水的容器的重量变化来引起运动。公元 1100 年,在现代的土耳其,一个著名的水自动化设施是 Peacock Fountain(孔雀喷泉)。一只孔雀的嘴倒水清洗,而微型「仆人」依次出现,分发肥皂,然后是毛巾,全部靠水力进行。

现代社会:自动皂液机的激增

自 2020 年疫情以来,社会对洗手的意识越来越强,尤其是以自动化的方式。虽然古代人没有 PIR 传感器 来打开水龙头、皂液机或干燥机,但我们很难忽略精心制作的 Peacock Fountain 和我们通常认为理所当然的公共浴室自动化之间的相似之处。

您可能会说,这样的现代工具在自动化方面比过去的 Peacock Fountain 先进不了多少,但也许技术已经达到了特定任务的适当水平。另一方面,我们可以看到 物联网功能 在该领域的实施,以便在消耗品用完或出现机械问题时通知维护人员。

安提凯希拉机械装置(约公元前 150 年)

安提凯希拉装置于 1901 年在希腊安提凯希拉岛附近被发现,它非常先进,起初被认为是赝品。虽然这个系统只有一部分被复原,但该装置的 30 个青铜齿轮被用来预测天体在很长一段时间内的运动,而且现代复制品也以不同的形式被建造出来。

古希腊人,包括天才发明家和数学家阿基米德(他大约在公元前 212 年去世,时间接近于对安提凯希拉装置建造的最久远估计)都对自动化非常着迷。他们的传说中充满了机械的奇特之处,以至于很难将事实与虚构分开。例如,Talos,一个巨大的投掷石块的机器人,血液为液态金属,这肯定是虚构的,而公元前 5 世纪诗人 Pidnar 对罗兹岛的描述是每条公共街道上都有动画人物,这可能是夸张的。然而,安提凯希拉装置的存在表明,这些早期机器人的描述有一定的真实性,即使与文字描述的有一定的出入。

现代观点:虚拟助理,供应链问题

在处理数据方面,自动化的发展速度远远超过了物理上的机器人等的自动化。人们可能会注意到,Alexa/Google Home/Siri 在家庭中极为常见,而家务助理通常仅限于偶尔出现的 Roomba。

考虑到实际制造安提凯希拉机械装置的所需所求,很明显,我们需要的不仅仅是像阿基米德这样的天才,甚至不是一小群人共同努力研究这一机械装置本身,而是经过几个世纪的完善发展起来的技术、工具和材料供应的完整集合。我们的现代技术依赖于一个庞大的供应链来制造组件,包括不起眼的卫生纸卷筒到最先进的计算机。正如我们在过去几年中所看到的,如果这个链条被打破或中断,现代技术很快就会变得遥不可及。

古腾堡印刷术 (1454)

在 15 世纪中叶之前,复印一本书,甚至是一本小册子,都是一项极其费力的任务。因此,书籍非常稀少,所包含信息的覆盖人群也有限。1454 年,当约翰内斯·古腾堡将他的活字印刷机投入商业使用时,这一切都发生了改变。这项新技术促进了远距离甚至跨时间传输信息的能力,这是一场我们今天难以体会的革命。

也许并非巧合的是,欧洲文艺复兴发生在 15 世纪至 16 世纪,伴随着学习、文化和工程的爆发,导致进一步的技术进步。虽然本质上不是计算机,但可以说,印在每张纸上的字可以通过移动铅字来编程。

现代观点:移动互联网,开源

正如古腾堡印刷术是信息获取方面的一次巨大飞跃一样,如今我们甚至不再需要去图书馆或书店获取实体书籍,而是可以在任意数量的设备上获取。有人可能会说,这个信息随需应变时代始于拨号上网和有线以太网,并迅速转移到我们手机上的数据。我们现在,可以毫不夸张地说,把全世界的信息都掌握在我们的手中。

与此同时,工程学领域也出现了向开源技术的理念转变,人们和行业之间可以共享数据。虽然不是在每种情况下都合适,但是能够看到其他人的许多其他设计,并在这些基础上针对您的项目进行构建,是非常有用的。现代开源软件的成功包括 Linux 和 KiCad 等软件项目,以及 Arduino 开发板 RISC-V 架构 等开源硬件,这些都有助于向更广泛的受众传播工程学。

不断缩小的机械时钟(13 世纪至 20 世纪)

机械时钟最早出现在 13 世纪,安装在意大利的高塔上,最终遍及整个欧洲。经过几个世纪的发展,到 20 世纪中期,机械时钟从房间大小缩小到足以作为手表佩戴。

虽然自此之后确实取得了进步,但 20 世纪后期电子表的出现意味着可以用廉价的电子装置替代机械计时装置。有人可能会说,在手腕距离内无法轻松查看的更小物品都不实用。

现代观点:处理能力下降,智能可穿戴设备

这里明显的相似之处是,曾经占满整个房间的电子计算机,最终缩小到可以摆放在桌子上或桌子下,而现在可以作为智能手机放在您的口袋里。智能手表提供了其机械祖先的计时功能,并且本身可以包含相当可观的计算能力。各大公司甚至开始探索智能指环,尽管这仍然是一项相当新兴的技术。

土耳其机器人 (1770)

「土耳其机器人」是 Wolfgang von Kempelen 在 18 世纪末发明的一种下棋机器。作为一个穿着奥斯曼帝国长袍的机械人,该机器人能够智能地与人类竞争,并战胜人类。它甚至可以用一个字母板来维持对话。该装置在当时非常受欢迎,甚至与本杰明·富兰克林和拿破仑·波拿巴下棋。

当然,该装置是一个绝妙的赝品,利用一系列的发条控制,让柜子里的人通过操纵土耳其人的动作来下棋。鉴于该机器人的表现这么出色,藏在里面的人一定是下棋高手,而且擅长长时间呆在一个封闭的空间里。

现代观点:亚马逊土耳其机器人,机器人手术

虽然数据任务的真正计算机自动化每天都在进步,但仍有一些任务需要人工干预。在这种情况下,您可以使用亚马逊土耳其机器人 (MTurk) 这样的平台,通过互联网将这些任务众包给其他人。不难看出,这与当初土耳其机器人下棋的智商是通过机械连接从真人身上获得的有异曲同工之妙。

另一个类似于土耳其机器人的现代手术是机器人辅助手术。虽然人们可能会将其简称为「机器人手术」,但务必是要注意的是,机器人并不做决定,而通常是外科医生双手的高精度 延伸 。这种系统包括震颤过滤技术,这意味着外科医生的操作可以比以往任何时候都更加精确和稳定。我们可以期待这项技术在未来得到改进,也许会达到这样的程度:人类外科医生更像一个顾问,在机器人精确切割和执行动作时,对机器人的策略发出指令。

了解 Arrow 如何帮助您设计、验证和交付下一代医疗设备和 医疗保健技术解决方案

如今的创新是对过往的回响

19 世纪带来了一系列令人瞩目的自动化技术,包括精密机床、蒸汽动力和电力的持续发展。然后迎来 20 世纪,在晶体管发明的推动下,我们如今所知的实用自动化生根发芽。

在当前的千禧年,人们可能会认为,大规模生产的智能手机是我们技术的巅峰。在不久的将来,我们很可能会看到 机器学习 继续成熟,直到机器能够以更接近人类的方式「思考」,尽管这最终会如何发展,谁也说不准。

就像古希腊人的自动化传说一样,我们似乎仍然受到自己的传说(即科幻小说)的启发。人们不禁会注意到,手机、iPads 和可穿戴显示器与【星际迷航】中遥远的未来世界之间有相似之处。展望未来,也许我们会看到实用的人形机器人、飞行汽车,甚至一个几乎不需要人类互动就能为我们提供治疗的自动医生系统,所有这些都是热门的科幻故事。

虽然这些想法似乎有些遥不可及,但试想一下在 1980 年,您告诉某人,每月支付大约 50 美元,就可以随时在手上获取全球信息。也许我们已经生活在未来。