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自主機器人的歷史和早期自動化裏程碑

2024-05-11科技

從我們 21 世紀的觀點來看,我們通常認為自動化和機器人是在 20 世紀中後期構想出來的,在 21 世紀初得到進一步發展,目前正處於不斷向完美(或反烏托邦,取決於您的觀點)演變的狀態。然而,現代機器人是自動助手理念的演變,其根源可以一直追溯到古代。

漏刻和早期自動化(約公元前 4000 年)

漏刻是最早的計時儀器之一,也是人類發明的早期自動化形式之一。這種時鐘存在於中東和亞洲,可能早在公元前 4000 年就存在了。在希臘羅馬文本中也有相關描述。這種時鐘通常液體從容器流動到帶有時間校準標記的容器,顯示一天的時間流逝。

這些漏刻為其他使用水的自動裝置奠定了基礎,這些自動裝置通常利用承載水的容器的重量變化來引起運動。公元 1100 年,在現代的土耳其,一個著名的水自動化設施是 Peacock Fountain(孔雀噴泉)。一只孔雀的嘴倒水清洗,而微型「仆人」依次出現,分發肥皂,然後是毛巾,全部靠水力進行。

現代社會:自動皂液機的激增

自 2020 年疫情以來,社會對洗手的意識越來越強,尤其是以自動化的方式。雖然古代人沒有 PIR 傳感器 來開啟水龍頭、皂液機或幹燥機,但我們很難忽略精心制作的 Peacock Fountain 和我們通常認為理所當然的公共浴室自動化之間的相似之處。

您可能會說,這樣的現代工具在自動化方面比過去的 Peacock Fountain 先進不了多少,但也許技術已經達到了特定任務的適當水平。另一方面,我們可以看到 物聯網功能 在該領域的實施,以便在消耗品用完或出現機械問題時通知維護人員。

安提凱希拉機械裝置(約公元前 150 年)

安提凱希拉裝置於 1901 年在希臘安提凱希拉島附近被發現,它非常先進,起初被認為是贗品。雖然這個系統只有一部份被復原,但該裝置的 30 個青銅齒輪被用來預測天體在很長一段時間內的運動,而且現代復制品也以不同的形式被建造出來。

古希臘人,包括天才發明家和數學家阿基米德(他大約在公元前 212 年去世,時間接近於對安提凱希拉裝置建造的最久遠估計)都對自動化非常著迷。他們的傳說中充滿了機械的奇特之處,以至於很難將事實與虛構分開。例如,Talos,一個巨大的投擲石塊的機器人,血液為液態金屬,這肯定是虛構的,而公元前 5 世紀詩人 Pidnar 對羅茲島的描述是每條公共街道上都有動畫人物,這可能是誇張的。然而,安提凱希拉裝置的存在表明,這些早期機器人的描述有一定的真實性,即使與文字描述的有一定的出入。

現代觀點:虛擬助理,供應鏈問題

在處理數據方面,自動化的發展速度遠遠超過了物理上的機器人等的自動化。人們可能會註意到,Alexa/Google Home/Siri 在家庭中極為常見,而家務助理通常僅限於偶爾出現的 Roomba。

考慮到實際制造安提凱希拉機械裝置的所需所求,很明顯,我們需要的不僅僅是像阿基米德這樣的天才,甚至不是一小群人共同努力研究這一機械裝置本身,而是經過幾個世紀的完善發展起來的技術、工具和材料供應的完整集合。我們的現代技術依賴於一個龐大的供應鏈來制造元件,包括不起眼的衛生紙卷筒到最先進的電腦。正如我們在過去幾年中所看到的,如果這個鏈條被打破或中斷,現代技術很快就會變得遙不可及。

古騰堡印刷術 (1454)

在 15 世紀中葉之前,影印一本書,甚至是一本小冊子,都是一項極其費力的任務。因此,書籍非常稀少,所包含資訊的覆蓋人群也有限。1454 年,當約翰尼斯·古騰堡將他的活字印刷機投入商業使用時,這一切都發生了改變。這項新技術促進了遠距離甚至跨時間傳輸資訊的能力,這是一場我們今天難以體會的革命。

也許並非巧合的是,歐洲文藝復興發生在 15 世紀至 16 世紀,伴隨著學習、文化和工程的爆發,導致進一步的技術進步。雖然本質上不是電腦,但可以說,印在每張紙上的字可以透過移動鉛字來編程。

現代觀點:流動互聯網,開源

正如古騰堡印刷術是資訊獲取方面的一次巨大飛躍一樣,如今我們甚至不再需要去圖書館或書店獲取實體書籍,而是可以在任意數量的器材上獲取。有人可能會說,這個資訊隨需應變時代始於撥號上網和有線乙太網路,並迅速轉移到我們手機上的數據。我們現在,可以毫不誇張地說,把全世界的資訊都掌握在我們的手中。

與此同時,工程學領域也出現了向開源技術的理念轉變,人們和行業之間可以共享數據。雖然不是在每種情況下都合適,但是能夠看到其他人的許多其他設計,並在這些基礎上針對您的專案進行構建,是非常有用的。現代開源軟件的成功包括 Linux 和 KiCad 等軟件專案,以及 Arduino 開發板 RISC-V 架構 等開源硬件,這些都有助於向更廣泛的受眾傳播工程學。

不斷縮小的機械時鐘(13 世紀至 20 世紀)

機械時鐘最早出現在 13 世紀,安裝在意大利的高塔上,最終遍及整個歐洲。經過幾個世紀的發展,到 20 世紀中期,機械時鐘從房間大小縮小到足以作為手表佩戴。

雖然自此之後確實取得了進步,但 20 世紀後期電子表的出現意味著可以用廉價的電子裝置替代機械計時裝置。有人可能會說,在手腕距離內無法輕松檢視的更小物品都不實用。

現代觀點:處理能力下降,智能可穿戴器材

這裏明顯的相似之處是,曾經占滿整個房間的電子電腦,最終縮小到可以擺放在桌子上或桌子下,而現在可以作為智能電話放在您的口袋裏。智能手錶提供了其機械祖先的計時功能,並且本身可以包含相當可觀的計算能力。各大公司甚至開始探索智能指環,盡管這仍然是一項相當新興的技術。

土耳其機器人 (1770)

「土耳其機器人」是 Wolfgang von Kempelen 在 18 世紀末發明的一種下棋機器。作為一個穿著鄂圖曼帝國長袍的機械人,該機器人能夠智能地與人類競爭,並戰勝人類。它甚至可以用一個字母板來維持對話。該裝置在當時非常受歡迎,甚至與本傑明·富蘭古連和拿破侖·波拿巴下棋。

當然,該裝置是一個絕妙的贗品,利用一系列的發條控制,讓櫃子裏的人透過操縱土耳其人的動作來下棋。鑒於該機器人的表現這麽出色,藏在裏面的人一定是下棋高手,而且擅長長時間呆在一個封閉的空間裏。

現代觀點:亞馬遜土耳其機器人,機器人手術

雖然數據任務的真正電腦自動化每天都在進步,但仍有一些任務需要人工幹預。在這種情況下,您可以使用亞馬遜土耳其機器人 (MTurk) 這樣的平台,透過互聯網將這些任務眾包給其他人。不難看出,這與當初土耳其機器人下棋的智商是透過機械連線從真人身上獲得的有異曲同工之妙。

另一個類似於土耳其機器人的現代手術是機器人輔助手術。雖然人們可能會將其簡稱為「機器人手術」,但務必是要註意的是,機器人並不做決定,而通常是外科醫生雙手的高精度 延伸 。這種系統包括震顫過濾技術,這意味著外科醫生的操作可以比以往任何時候都更加精確和穩定。我們可以期待這項技術在未來得到改進,也許會達到這樣的程度:人類外科醫生更像一個顧問,在機器人精確切割和執行動作時,對機器人的策略發出指令。

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如今的創新是對過往的回響

19 世紀帶來了一系列令人矚目的自動化技術,包括精密機床、蒸汽動力和電力的持續發展。然後迎來 20 世紀,在晶體管發明的推動下,我們如今所知的實用自動化生根發芽。

在當前的千禧年,人們可能會認為,大規模生產的智能電話是我們技術的巔峰。在不久的將來,我們很可能會看到 機器學習 繼續成熟,直到機器能夠以更接近人類的方式「思考」,盡管這最終會如何發展,誰也說不準。

就像古希臘人的自動化傳說一樣,我們似乎仍然受到自己的傳說(即科幻小說)的啟發。人們不禁會註意到,手機、iPads 和可穿戴顯視器與【星際迷航】中遙遠的未來世界之間有相似之處。展望未來,也許我們會看到實用的人形機器人、飛行汽車,甚至一個幾乎不需要人類互動就能為我們提供治療的自動醫生系統,所有這些都是熱門的科幻故事。

雖然這些想法似乎有些遙不可及,但試想一下在 1980 年,您告訴某人,每月支付大約 50 美元,就可以隨時在手上獲取全球資訊。也許我們已經生活在未來。