日后,当人类的考察队着陆时,宇航员可以让那些依然活着的移动机器人们休息一下,并赞赏地拍拍它们的头。
绝大多数的移动机器人会在着陆后的数月内死去。日复一日的严寒酷热会使电脑芯片开裂失效。但就像蚂蚁群落,单个的移动机器人是无足轻重的。和「漫步者」相比,他们被发射到太空的费用要便宜上千倍;这样一来,即便发射数百个小机器人,其成本也只是一个大机器人的零头。
布鲁克斯当初想入非非的主意如今已经演化为国家宇航局的正式项目。「喷气推进实验室」[13]的工程师们正在创造一种微型漫游者。这个项目刚开始的时候是想制造一个「真正的」行星漫游者的微缩模型。但当人们逐渐认识到小尺寸及分布式的优点后,微型漫游者本身就变成了真正的成果。国家宇航局的这个微型机器人原型看上去很光鲜:六轮行走,无线电遥控,象台儿童沙滩车。某种意义上说它确实是辆沙滩车,不过它还是太阳能驱动和自引导的。计划于1997年启动的火星环境勘测[14]任务里,可能会有一大批这样的微型漫游者担纲主角。
微型机器人可以用现成的部件快速搭建。发射它们很便宜,而且一旦成群释放,它们就会脱离控制,无需持续的(其实可能是误导的)管理。这种粗犷但却实用的逻辑,完全颠覆了大多数工业设计者在设计复杂机械时采用的缓慢、精细、力图完全掌控的解决之道。这种离经叛道的工程原理简化成了一个口号:快速、廉价、失控。工程师们预见,遵循此道的机器人将适用于以下领域:(1)探索星球;(2)采集、开矿、收割;(3)远程建设。
马克·波林(Mark Pauline):美国表演艺术家,1978年创立「生存研究实验室」。
汪达尔人(Vandals):古代日耳曼人部落的一支,曾洗劫了罗马,使罗马古文物遭到严重破坏,「汪达尔主义」也成了肆意破坏和亵渎圣物的代名词。
受控无政府状态(controlled anarchy):指通过设定一套规则,让绝大多数人们认同并遵守这套规则,恰当地约束自己的行为,而不需要一个中央管理机构的治理模式。现在普遍认为维基百科即采用这种模式。
远程视在(tele-presence):是虚拟现实的一种。当进行远程协同研究或教学时,能在浏览器上以电视质量现场显示一台科学仪器或设备,并能对它进行遥控操作,好象这台仪器就在你跟前一样。
可求之物(Obtainium):这是KK造的一个词。这里译为「可求之物」,是从Unobtainium来的:Unobtainium是一种近于调侃的说法,中文意思接近于「可遇不可求之物」。
步进电机:是一种将电脉冲转化为角位移的执行器。通俗地讲,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速目的。
马文·明斯基(Marvin Minsky, 1927~):美国麻省理工学院教授,人工智能专家,1969年获图灵奖,是第一位获此殊荣的人工智能学者。
道格拉斯·英格巴特(Douglas C. Engelbart, 1925.01.30~):美国发明家,瑞典人和挪威人后裔。他最广为人知的发明是鼠标。另外他的小组是人机交互的先锋,开发了超文本系統、网络计算机,以及图形用户界面。他致力于倡导运用计算机和网络来协同解决世界上日益增长的紧急而又复杂的问题。——摘自「中文维基百科」
罗比机器人(Robbie the Robot):最早出现于1956年的科幻电影《惑星历险》(Forbidden Planet)中,随后成为科幻作品中的机器人原型代表。
野地机器人学(Field Robotics):是研究利用移动机器人在野外工作站或自然地理环境下执行独特任务,同时保障自己安全的学科。
罗德尼·布鲁克斯(Rodney A.Brooks):美国著名机器人专家,人工智能研究先驱。麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室主任,同时也是著名的类人机器人小组的创建者。
《快速、廉价、失控:一场太阳系的机器人入侵》:Fast, Cheap and Out of Control: A Robot Invasion of the Solar System, Journal of The British Interplanetary Society, Vol. 42, pp 478-485, 1989.
喷气推进实验室:Jet Propulsion Laboratory
火星环境勘测:Mars Environment Survey
3.2 快速、廉价、失控
「快速、廉价、失控」的口号最早出现在会展中工程师的胸牌上,后来罗德尼·布鲁克斯将之用于自己那篇引起轰动的论文的标题中。新的逻辑带来对机器全然不同的新视角。移动机器人群体中并没有控制中心。他们分散在时空里,正如一个民族穿越了历史和大陆。大量地制造这些机器人吧,别把它们看得过于珍贵。
罗德尼·布鲁克斯在澳大利亚长大成人。和别的男孩一样,他喜欢读科幻小说,喜欢做玩具机器人。他养成了反过来看事物的习惯,总是爱逆习常的观念行事。他不断进出全美各大顶尖机器人研发实验室,追寻关于机器人的奇思异想,最后接受了麻省理工学院移动机器人研究项目负责人的终身职位。
在那里,布鲁克斯开展了一个雄心勃勃的研究生课题项目,研发更接近昆虫而非恐龙的机器人。第一个诞生的是「阿伦」。他的头脑保存在旁边的台式电脑里,因为当时的机器人研发者都这么做,以获得值得保存的大脑。阿伦的身体具有视觉、听觉和触觉,它所感知到的信号通过几股线缆传送到那个盛放大脑的「盒子」里。在这些线缆上会产生太多的电子背景干扰,使布鲁克斯和他的团队倍受困扰,挫折不断。为解决这一问题,布鲁克斯换了一个又一个学生。他们查遍了各种已知的传播介质,甚至尝试了业余无线电、警用对讲机、手机等多种替代方案,但无论哪种方案,都无法建立不受静电干扰又能传输丰富多样信号的连接。最后布鲁克斯和学生们都发誓,不管必须把大脑设计得多么小,下一个项目非把大脑中枢整合到机器人体内不可——这样就再也用不着那些惹麻烦的线缆了。
因此,在制作后两个机器人「汤姆」和「杰瑞」时,他们被迫只使用非常简单的逻辑步骤以及短且简单的连接。出乎意料的是,在完成简单任务时,这种简陋的自带神经电路居然比大脑表现得更好。这个不大不小的收获促使布鲁克斯重新审视弃儿「阿伦」。他后来回忆道,「事实证明,阿伦的头脑真没起什么作用。」
这次精简让布鲁克斯尝到了甜头,并促使他继续探索,看看机器人能傻到什么程度但仍能做些有用的工作。最终,他得到了一种基于反射的智能。具有这种智能的机器人不比蚂蚁更聪明,但它们和蚂蚁一样能给人以启迪。
布鲁克斯的设想在一个叫「成吉思」的机巧装置上成形。成吉思有橄榄球大小,象只蟑螂似的。布鲁克斯把他的精简理念发挥到了极致。小成吉思有6条腿却没有一丁点儿可以称为「脑」的东西。所有12个电机和21个传感器分布在没有中央处理器的可解耦网络上。然而这12个充当肌肉的电机和21个传感器之间的交互作用居然产生了令人惊叹的复杂性和类似生命体的行为。
成吉思的每条小细腿都在自顾自地工作,和其余的腿毫无关系。每条腿都通过自己的一组神经元——一个微型处理器——来控制其动作。每条腿只需管好自己!对成吉思来说,走路是一个团队合作项目,至少有六个小头脑在工作。它体内其余更微小的脑力则负责腿与腿之间的通讯。昆虫学家说这正是蚂蚁和蟑螂的解决之道——这些爬行昆虫的足肢上的神经元负责为该足肢进行思考。
在机器蟑螂成吉思身上,行走通过12个马达的集体行为而完成。每条腿上两个马达的起落,取决于周围几条腿在做什么动作。如果他们抬起落下的次序正确的话——那么,起步!一、二、一,一、二、一!——就「走起来」了。
这个精巧的装置上没有任何一部分是掌管走路的。无需借助高级的中央控制器,控制会从底层逐渐汇聚起来。布鲁克斯称之为「自底向上的控制」。自底向上的行走,自底向上的机敏。如果折断蟑螂的一肢,它会马上调整步态用余下的五肢爬行,一步不乱。这样的转换不是断肢后重新学习来的;这是即时的自我重组。如果你弄废了成吉思的一条腿,还能走的其余五条腿会重新编组走路,就如同蟑螂一样,轻易地找到新的步态。
布鲁克斯在他的一篇论文里首先阐述了怎样使创造物「无知无觉」地走路的方法:
没有所谓的中央控制器来指导身体把脚放在哪里,或者跨过障碍时要把腿抬多高。