机器人前传：500多年前 原始机器人都长什么样？

本篇文章4102字，读完约10分钟

根据:郭庆/刘伟，作者来源于北京理工大学人机交互与认知工程实验室(公开号:人机与认知实验室)，雷锋。com已被授权。

雷锋。搜索“雷锋”。关注人工智能、无人驾驶、无人驾驶飞行器等领域，并邀请业内人士和学术研究机构为读者做深入的科普。今年夏天，雷锋。在空盛会召开之前，com还将在深圳举办“全球人工智能与机器人创新大会”，并发布“人工智能与机器人创新企业25强”名单。如果你也是人工智能和机器人领域的相关公司，并且想被列入名单，你可以联系:2020@leiphone。

早在500多年前，伟大的天才列奥纳多·达·芬奇(leonardo da达芬奇，以下简称达芬奇)就写了很多关于自动机的描述，他的个人笔记中也充满了各种机械发明的想法，如弹簧驱动汽车和机械狮子。据记载，达芬奇在1515年把一只机器人狮子送给了法国国王。当狮子走向王座时，狮子的胸膛会张开，发出“鸢尾花”。

当然，列奥纳多·达·芬奇手稿中最特殊和最具挑战性的发明属于日耳曼装甲骑士，就像《维特鲁威人》一样，这种骑士也是列奥纳多·达·芬奇在人体比例解剖学研究方面的成就的一部分。通过分析保存下来的达芬奇草图，研究人员了解到这位骑士是由一个安装在外面的机械曲柄驱动的，他可以坐起来，站起来，转动他的头，张开和闭上他的嘴，并通过缆绳和滑轮举起他的手臂。尽管目前还没有这种自动机制的完整草图，但有证据表明，在米兰伯爵的政治赞助下，莱昂纳多·芬奇可能建造了这位骑士的原型。

达芬奇创造这个机器人是为了解释人体在结构上也是一台机器(一种基于化学的机器)，人类的复杂运动可以通过使用工程机械部件如杠杆和滑轮来模仿。

当时，“可编程性”是通过滑轮、绳索和控制杆实现的，这让我突然想到，去年8月，ibm研究院发布了一款颠覆传统计算模式的认知计算芯片“synapse”。该芯片突破了传统的冯·诺依曼数据处理计算范式，模拟了大脑的驱动、分配和并行处理过程。显然，我们仍在继续证实这一假设。

美国国家航空航天局(nasa)非常重视列奥纳多·达·芬奇的手稿，因为列奥纳多·达·芬奇的解剖图被认为是目前最简单、最详细的，可以与任何科技产品相媲美。美国宇航局的机器人不会总是探测陨石和调查地貌。nasa非常重视达芬奇的骑士，希望有一天机器人能在国际空站工作，最终协助移民到火星。下图显示了达芬奇解剖图和现代三维成像之间的精确度比较:

基于达芬奇骑士设计的基础和灵感，美国宇航局机器人专家马克·罗斯海姆花了五年时间重现达芬奇的骑士“人类机器人”，他也是“人类机器人”这个名字的创造者，这个名字由两部分组成:“人类学”对人类起源和发展的研究和“机器人”自动机械

马克对列奥纳多·达·芬奇的骑士非常感兴趣，认为机器人专家无法解决正确复制肌肉和关节运动的问题。在阅读卡洛·佩德雷蒂的书时，他从意大利学者的记录中发现了达芬奇丢失的笔记，其中包括机器人骑士。于是马克开始去佛罗伦萨，那里有400多年的历史，并保存着达芬奇的一些笔记。在这个地方逗留期间，他也走过了达芬奇走过的那些街道。

之后，马克开始了他的项目。

首先，马克将达芬奇绘制的男性骨骼与钢铁和金属结合起来，构建了达芬奇设计的所有运动关节。列奥纳多·达·芬奇的画就像是他当前作品的脊梁，这让他对列奥纳多·达·芬奇的骑士们有了更深的理解。然后，为了更好地模仿人体正确的运动方式，马克将绳索缠绕在主齿轮的轮轴上，绳索的弹性变化使机器人的四肢随着绳索摆动，实现肌肉、肌腱和韧带的功能。只要机器能正确地模仿人的动作，关节通常是最容易出现问题的地方，而手腕设计是最难解决的瓶颈。然而，在达芬奇研究成果的帮助下，马克找到了一种实现所有手腕动作的方法，这为机器人拥有灵巧的手奠定了基础。最后，马克用一个复杂的电脑动画程序来制作达？芬奇的骑士，并提交给美国宇航局。Nasa希望基于奈特·达·芬奇设计灵感的“人形机器人”能够在未来维护空空间站的系统，尤其是当人类不在现场的时候。“人类机器人”也将用于与火星相关的任务。我们很容易理解机器人的职责:想象一下美国宇航局发给他的数字指令和计划，然后他会像一个人类工程师应该做的那样完美地工作而不需要休息。

1540年，意大利发明家吉内罗托里诺发明了一种会弹奏曼陀林的女性机器人，为当时的人们提供了简单的娱乐。今天，这个漂亮的机器人仍然在维也纳艺术史博物馆展出。我找不到这个机器人的详细记录。下图显示了一个女性机器人在玩曼陀林。

大约十年后，“机械和尚”的诞生引起了轩然大波。这幅杰作是由胡安洛·图里亚诺(发明家和钟表匠)于1560年左右完成的。这位450岁的僧侣仍然陈列在华盛顿的史密森尼博物馆，它的所有功能都完好无损。

这个“机械和尚”大约有15英寸高。它的动力装置包括一圈圈弹簧、铁凸轮和控制杆，以及藏在斗篷下的三个小轮子。他可以在广场内行走，有节奏地点头，不时地举起右手捶胸，举起左手放下另一只手放上木十字架和念珠，同时，他不时地把十字架拿到唇边亲吻。这个人形机械装置看起来栩栩如生，就像一个真正的僧侣虔诚地祈祷。

这个机器人的背后还有一个短篇故事:西班牙国王菲利普二世对他最小的儿子的誓言。当时，菲利普最小的儿子头部严重受伤，国王悲痛欲绝。国王找到了许多医生，但无法治愈王子的疾病，所以他向天堂祈祷，如果他的儿子的疾病可以治愈，他将回到天堂的奇迹。似乎上帝真的听到了慈爱的父亲的真诚请求，王子终于奇迹般地康复了。菲利普实现了他的诺言，并向大师胡安洛·图里亚诺提供了一份丰厚的奖励，他以圣迭戈为原型制作了这个机械装置。

当然，并不是所有的原创机器人都因其在机械自动化方面的奇迹而闻名。1769年，由匈牙利作家兼发明家沃尔夫冈·冯克普伦(wolfgang vonkempelen)制造的土耳其机器人(机械土耳其人)曾因被认为是能与国际象棋大师对弈的机器人而闻名。然而，几年后，这个骗局终于被揭穿了:机器人下棋的原因是因为盒子里藏着一位象棋大师。

土耳其机器人由一个枫木盒子和一个从盒子后面伸出来的人形木偶组成。木偶穿着宽大的外套，戴着穆斯林头巾。它能自动快速下棋，并通过复杂的齿轮和杠杆系统移动棋子。这个机器人第一次在维也纳宫表演时很快击败了它的对手科本兹伯爵，这让在场的所有皇室成员都非常兴奋。从那以后，肯佩伦带着这个著名的机器人在欧洲各地表演，打败了一系列著名的挑战者，包括拿破仑和本杰明·富兰克林。

尽管“土气”机器人在自动化方面很棘手，但值得注意的是，象棋大师们使用磁铁系统来跟踪对手的动作并移动他们自己的棋子，这实际上是在模拟人工智能。2005年，亚马逊推出了一项名为“机械土耳其人”的服务，其理念是让人力众包完成计算机无法完成的精细而精确的智能工作。这种众包使计算机成为人们的智能，颠倒了人和计算机的角色，使人们成为任务完成者，而计算机成为任务分配者。

在这个“土生土长”的机器人诞生的时代，作者终于包装并引进了一批原始机器人。说到他们的创造者，每个人可能都很熟悉他们。瑞士手表jaquet droz是世界上最古老的手表品牌之一，18世纪钟表业诞生了两位时钟天才，其中一位是机器人的创造者皮埃尔·jaquet-droz。与其他钟表大师不同，杰克斯·多斯除了热衷于钟表之外，还致力于制造极其复杂的机械装置。他把一生从学习数学和机械中获得的知识传给了他的儿子henri-louisjaquet-droz和他的学徒jean-fredericleschot。三个人一起创造了历史上三个最著名的机器人:“画家”是画家，“音乐家”是音乐家，“作家”是作家。

1768年，他首次制作了一个名为“作家”的玩偶机器人，大约有两英尺高。“Writer”主要采用凸轮技术，凸轮从动件使机器人手臂根据不同的凸轮做各种运动。凸轮不仅每次都能控制男孩的书写，还能精确控制羽毛笔在墨水瓶中的蘸笔和书写力。作者配备了6000多个手工制作的零件。理论上，由cam控制的飞轮包含所有标点符号和字母(预先编程的40个字母)，它们可以按任何顺序排列和组合，这样所有的单词都可以流畅地写在纸上。在这里，作者分享了一段介绍“作家”内部结构的视频:

amp。amp。amp。amp。nbsp。amp。amp。amp。amp。nbsp。amp。amp。amp。lt。br/ amp。amp。amp。gt。

“作家”出生后，雅克·多斯和他的儿子小亨利，一个叫基恩·弗雷德里克的同事，根据同样的原理制造了另外两个机器人。其中一幅叫做“画家”，可以画出四幅不同的肖像:丘比特驾着蝴蝶驱动的战车，国王路易十五，一只写着“我的小狗”的狗，还有一对皇家夫妇(一般认为是路易十六和他的王后玛丽·安托瓦内特)。“油漆工”也使用凸轮系统来编码二维的手部动作，这样手部就可以控制铅笔。同时，男孩可以在椅子上移动，他可以定期清理他的钢笔上的灰尘。

最后，这个女孩被称为“音乐家”，她可以在风琴上演奏五首不同的歌曲。她不是由一个音乐盒录制和演奏的，但这个女孩实际上更像是一个用手指按压按键的特制乐器。每个机器人的眼睛都会随着运动而移动，同时，“音乐家”的胸部也会随着演奏过程中的呼吸而波动，就像真正的表演者的姿势一样(比如平衡躯干)。

18世纪晚期，杰奎因和他的妻子的这些发明让欧洲的贵族们大吃一惊，最后被收藏在瑞士博物馆。到目前为止，这些发明仍然可以被书写、绘画和演奏，今天的人们同样充满了赞美。

作者主要介绍了人形机器人的祖先，尽管历史上还有许多其他的自动机器，如公元前1400年巴比伦人发明的漏壶，公元前270年左右古希腊发明家塞提布斯发明的水钟，以及1737年法国发明家雅克·沃肯森制造的发条鸭。然而，在我看来，通过机械装置把人类模仿成一个先进的生命体是最神奇的事情，特别是在没有电的时代，这些全自动、程序化的机器，有着和人类一样大小的复制品，可以像“生物”一样移动——原始的机器人。最后，我将与你分享一本书:

雷锋。注:本文来源于北京理工大学人机与认知实验室，由雷锋同志授权。请联系授权机构进行转载，并保留以上完整信息，不要修改或删除文章。