古人的机器人梦 - 机器人技术 - 电子工程师俱乐部

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机器人，是科幻故事中常见的主角，是人们对于未来科技的期望。

然而，制造像人一样活动自如的机器人，不是现代人才有的梦想，人类的祖先，很早就已经想到要创造能够根据人们的需求而行动的机器。

但是，几百年甚至上千年前的古人是否能够实现制造机器人的梦想呢？

中外的古籍中都有关于古人制作活灵活现的偶人的记载，但人们常以为它们都是传言。现在新的证据显示，充满神奇色彩的远古机器人很可能真的存在。

当人们探寻古代科技发展的痕迹，会发现一个非比寻常的自动化机器的世界。

古希腊人生活在神话和传奇的时代，那是流行天神和怪兽的世界。当时的文献还有关于另外一类事物的记录，那是些完全机械化的事物。古代著名诗人荷马——《特洛伊传说》的作者，告诉了我们希腊天神赫菲斯托斯的故事。

古书记载，赫菲斯托斯住在古希腊的山上，他和他的随从熔化链条制作兵器和各种天神们自己使用的金属制品。据说他制作了数之不尽聪明绝顶的机械设备。但是，更为神奇的是，荷马还告诉我们这位希腊神话中的火神还制造了机器人。《 荷马史诗》中描述的机器人有三条腿，可以独立运作和行动。

另一个希腊神话中，也有机器人出现。传说，众神之神宙斯把巨人机器人送给克立特岛的国王，让它保卫国家不受外敌入侵，这个机器铜人叫做泰罗，它每天绕岛三周，用大石头投掷入侵者。

无论泰罗存在与否，这个古人的奇思妙想都证实了一件事情，那就是，即使古希腊人尚未具备制造人类替代品的技术和能力，他们也已经在概念上跨前了一步。他们努力尝试创造像人类一样活动的机器，他们明白运用正确的技术，仿真机器人有一天会成为现实。

而在东方的中国，关于机器人的传说就更为神奇。其中最为著名的，是出自《列子·汤问》中偃师造人的故事。

偃师被认为是中国古代最出色的机械工程师之一，他曾经给大名鼎鼎的周穆王进献过一个偶人。开始的时候，周穆王认为这是一个跟随偃师的真人，当偃师给周穆王解释这只是一个机器人的时候，周穆王大为吃惊，周穆王看到这个机器人可以前进后退，可以仰俯，甚至可以唱歌跳舞，这让当场的人都大为吃惊。高兴之下，周穆王就让他的宠妃也出来一起观看。

没想到，这个机器人最后还向周穆王的妃子递一个飞眼，把周穆王气坏了，说这家伙可能不是假人是真人。偃师赶紧把这个机器人肚子打开，里面就是一些棉花和木材，以及一些建筑材料和机械设备。

不论是古希腊，还是古代中国，关于仿真机器人的传说，都证明了古人早已有了制造机器人的梦想。

但是，他们是否有能力制造出真正能够活动的机器人呢？缺乏现代电子技术的古代科学家，会如何利用机械原理实现自动化的梦想呢？

许多现代人都认为，只有进入二十世纪之后，制造自动化机器的梦想才能一步一步走向现实，但新的证据证明，古人已经制造过许多能够自动运作的机械装置。

亚历山大，埃及最重要的城市之一。公元前三世纪时的亚历山大城，就是世界上最有智慧之光的地方，人们开始重视机械和技术。古代文献记载，当时的朝圣者参拜神庙时通过的是自动门；观众纷纷涌入自动的木偶剧院；文献中甚至描述了能自行飞跃神庙的战车。城市已经变成一个生活中充斥各种精密机械的科技园。

在这个领域，最为著名的领航者，就是希罗，他可以称得上是机器人鼻祖。他以测试和展示自己的理论以及设备来制造惊奇和娱乐而著称。

希罗在其机械学里面记载了当时的杠杆滑轮斜面，还有好多工程技术方面的记载都是当今的工程技术的开创者。

希罗在他的《气体论》中，表示空气也是一种物质，水不能进入充满了空气的容器。他还认识到空气是可以压缩的。在利用空气动力方面，希罗制造了一个很著名的装置——一个带有两段弯管的空心球体，当球中的水被烧沸之后，蒸汽通过弯管向外喷，产生一个反冲力使球体转动。希罗所发明的这个汽转球，是有文献记载以来的第一部蒸汽机。它比工业革命早两千年制造。

如今这种技术科学上被称为气体力学。气体力学是研究气体平衡和运动规律的科学。希罗的许多设计都利用了气体力学的原理。

希罗被后人认为是那个时代最伟大的实验家和工程师，不仅仅因为他在气体力学方面的建树，这位两千多年前的古人，在力学、数学方面也有许多重要的发现，他甚至发明了世界上最早的自动售卖机。

希罗设计的一些小装置，直到今天人们仍然在使用，其中有种装置被称作凸轮。轮子转动的时候，它会上下移动，听起来简单，但这个神奇而简单的设备把圆周运动转换成垂直运动，让轮子可以产生推拉效果。反过来说推拉动作也可以变成圆周运动，这就是引擎里面运动转变成圆周运动的原理。这种原理今天仍应用于所有引擎上。

在希罗众多发明里面，他还设计过一个由机器人充当演员的戏院。这对他来说也是一个巨大的挑战。

在爱尔兰的都柏林，机器人设计师复制了这个戏院：背景垂下，演员和场景都在恰当的时间，在舞台上移动。

希罗是如何确定每件事都在固定的时间点发生呢？

所有动作都由一件事驱动，实在令人难以置信：当放开沙漏的开关时重物下降，重物连接一个拉转阀门的凸轮。这些连接线跟夹子相连，当夹子被释放时，部分场景就随着重力落下，其他的架子释放第二层重物，导致其余连接的布景在舞台上移动。

希罗的剧院是一个高度复杂的自动化机器，更让人意想不到的是它还可以设置程序。

要看真正自驱动可编程机器人，我们还要看另一位历史上著名发明家达·芬奇的作品。

列奥纳多·达·芬奇，是那个时代最重要的天才，他不仅仅是一位伟大的艺术家，也痴迷于机械和其他自然科学，他的很多超越时代的观念改变了世界。

达·芬奇故乡的达·芬奇博物馆收藏了一些达·芬奇重要发明的模型：绝妙的平衡起重机；直升机雏形；长得像爪子一样的用于未来飞行机器的翅膀；在投入战争应用之前四百年，就被达·芬奇设计出来的，装有重型防护和威力无穷的大炮的超级坦克。

除了收藏这些珍贵的模型，博物馆内更有价值的藏品是达·芬奇自己绘制的设计手稿。

身为左撇子的他，一生中都以镜像写字。对左手写作者来说，将羽毛笔由右向左拉过来写比由左向右推过去写容易，而且不会将刚写好的字弄糊。但这样的书写习惯却给后人解读他的手稿带来了诸多困难。直到十七世纪，才有人开始解读这些结合了大量笔记和绘图的手稿。

这些手稿中，包括上百件达·芬奇发明创造的草图和蓝图，其中隐藏了一项神奇的设计，它会挑战发明机器人的历史记载。这项发明的内容极尽详细地描绘了一个看起来像骑士的机器人的内部结构。这个设计可能是达·芬奇在1495年完成的，但直到二十世纪五十年代才被发现。人们把它称为“达·芬奇机器人”。


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仿制的达·芬奇机器人

但人们并不知道，达·芬奇是否真的曾经将他手稿中设计的众多发明制作成实物。如果根据这个图纸制作，是否真的能造出一个能够活动的机器人呢？

今天的科学家将要解答这个疑问。

意大利的弗洛伦萨是达·芬奇完成他的大部分作品的地方。在这里，也有一家达·芬奇博物馆，机器人史学家就是在这里，依靠五百年前绘制的那份草图复制出了“达·芬奇机器人”。

这个机器人运用了简单的机械原理，机器人身上的齿轮连着缠绕绳子的转轴，主齿轮旋转的时候，绳索就会松开或者拉紧，相连的四肢就会活动起来。每操作一个部件，就能产生一个肢体动作。所有的部分连在一起就组成了一个了不起的、能够活动的机器躯体。

达·芬奇之所以能够设计出这个机器人，是由于他了解许多关于生物力学的先进知识。达·芬奇在师从韦罗基奥时开始认识人体解剖学。他曾经解剖了 30 具不同性别年龄的人体。他对人类的肌肉、韧带和关节等都进行了详尽的研究。许多人都认为达·芬奇对人体构造的了解，对他在绘画方面有相当大助益。而能够设计出关节活动自如的金属机器人，应该也得益于此。

不论当初达·芬奇是否将这个设计制作出来，今天的学者们根据他的图纸，成功复制出“达·芬奇机器人” ，让人们相信，早在五百年前的文艺复兴时代，达·芬奇设计的机器人已经能够活动。

但是，达·芬奇机器人并不是他最神奇的发明，传说，达·芬奇曾经献给法国国王一件惊人的礼物。在旁观者的惊叹之中，一只狮子不用任何牵引就来到大殿当中。


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仿制的达·芬奇机器狮子

据说这个狮子可以打开胸膛来显出满屏的百合花，于是当法国国王突然收到这个狮子打开胸膛献上的百合花时，所有人都惊呆了。可以认为，这是世界上第一个可编程的机器人。

今天，我们是否能用现代科技重现达·芬奇的狮子呢？

达·芬奇死后他的手稿流落四处，约占三分之二已经丢失，其他的也被打乱了顺序，而关于机械狮子的蓝图更是遗失不在，所以复原机械师子的挑战是巨大的。

意大利佛罗伦斯德机器人实验室的“达·芬奇机器人”专家罗兰希望运用最新的软件模型，能够完成这个挑战。

罗兰介绍：最大的问题是要制造能做各种活动的狮子，而且所有活动都是通过弹簧完成的，不能用发动机等其他任何电子设备。

历史学家也尝试利用所有达·芬奇留给我们的蛛丝马迹进行演绎推理。

罗兰介绍：我们坚持不用现代技术，或当时不存在的技术来投机取巧。

通过只有达·芬奇本人掌握的技术信息，学者们终于复制出了这个成品。通过藏在体内的动力，这个复制品像五百年前一样走在地上。研究人员如何让机器人准确表演的呢？研究人员发现所有一切都由中心鼓室控制。通过给簧片上弦达到各种效果，里面包括控制不同部位的上百个零件。而动作的时间设置，达·芬奇是利用今天我们称为齿轮齿数比的技巧做到的。齿轮的大小决定速度的快慢，齿轮小一般速度快一倍，通过确定大小齿轮的比例可以确认相对的速度，从而确定动作的时间，这正是五百年前达·芬奇所做的。

看到古代人在电池、电力和电脑出现之前就制造了如此精妙的机械实在让人惊叹。

从亚历山大的机器人原型到达·芬奇的巫术般的技艺，我们真正了解了机器人的历史。

今天，我们相信我们创造了推动我们生活的机器，但事实真的如此吗？在古代，水力驱动的机器和首个机器人已经是生活的一部分了。有待发现的，也许是有一天我们必须承认我们发明的东西，其实早就存在了。

(中央电视台10套《 探索·发现》栏目供稿)