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机器人时代 |
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机器人出世 机器人是模拟人的四肢动作和部分感觉与思维能力的机械装置，它是用电器元件或电子仪器控制，通过液压传动元件操纵杠杆机构，实现预期目的。 第一代机器人是一种只能进行固定的和变换工作程序的简单机械动作的装置，产生在1966年。当时一架载有氢弹的美国飞机在地中海失事，一颗氢弹落入地中海。为了防止射线对人体的危害，制造了一台有电视眼和机械手的简单机械人，把氢弹打捞了上来。同年，美国某医院安装放射线源时，有半支香烟头大小的放射性钴60掉了出来，用这种简单的机械人拾起，并放入铅盒内。从此机器人引起了人们广泛的注意和研究，仅在 1976年美国就有75台机器人用于生产上。这一年，前苏联的月球卫星就是用机器人挖取岩石和土壤试样的。 第二代机器人有触觉和视觉功能，能在“理解”周围环境的情况下进行工作，它是在60年代末小型电子计算机已推广使用和价格降低的条件下出现的。电子计算机控制、存贮和处理周围环境反馈的信息，进行判断，然后按既定的要求进行操作。这种设想早在1958年就在美国提出来了，1961年底研制出电子数字计算机控制的机械手模型，在 60年代末才推广使用。1970年，丹麦人索伦森制成一个操纵挖掘机用的电子液压控制的机器人。美国也研制出模仿人的肩、肘、腕和手指动作的机器人，可以用几种速度连续行走。以后有某种感觉的机器人，如有触觉和重量感的机器人，也相继在美国、日本和英国问世。 第三代机器人是具有人的简单智力和学习功能的机器人，它能满足两种基本要求，一种是具有较大的自由度和灵活性，在复杂条件下能完成多种处理物品的形状和相对位置的任务。另一种是具有识别环境及其变化，并做出正确判断和进行工作的能力，具有进行联系“思考”和学习的智能。 早在70年代初，日本就制成了可看清图纸、并可在传送带上进行装配的机器人。接着又制成装有电脑、具有视力的电视摄像机、有触觉的传感器和相当于手腕的机械手的“智能机器人”。 1973年7月，日本早稻田大学一研制组制成有腿的机器人，包括有人造耳，可根据人的口头指令做出反应；有识别物品的人造眼和有触觉的手，以及可作出答复的人造口。这标志着机器人的发展进入了一个新阶段。1974年，美国航空航天局和加州理工学院又制成具有电视摄像机和激光器的人造眼和编入几千个指令的电脑，用于对月球表面进行科学考察。到1978年，“智能机器人”已具有某些视觉、触觉、温度感觉功能，能讲简单的语言和识别图纸和图像，并做出反应和进行操作。不同类型的机器人已大量应用于生产线上，在陆上、水下和月球上面等人难以或不可能进行工作的地方，机器人都可以发挥作用。 目前，机器人的研制正向进一步模拟人的部分智能和感觉的方向发展。 机器人的种类 机器人自诞生以来，短短的几十年内，已有了许许多多的成员。在这个机器人大家庭里，你知道究竟有多少种机器人吗？按目前的情况来看，一般可分为三大类机器人。 第一种叫工业机器人。这是一种专门代替人来完成某些繁重、简单、危险工作的机器人，它们往往在高温、有毒等恶劣环境中工作。如包装机器人，用一串手爪把堆放的口袋的活扣打开，将它安放到料管口上，物料装好后再关闭口袋的活扣，然后还能将装了东西的口代堆放在一处。这种机器人不怕脏、不怕累，每小时可装250袋左右。 还有一些搬运机器人，在高温、有臭味、有粉尘的环境中搬取钢铁、塑料、玻璃等制品。工业机器人中还包括焊接机器人、喷漆机器人等等。 第二种是遥控机器人。这是人在远处利用电磁、光波等信号作远距离操纵，使机器人在某些特定的、危险的环境中进行工作。80年代初，我国在西南地区某原子反应堆中就采用QDS—100单臂机器人协助工作。这种机器人臂长2米多，手臂前端有两个手指，可用来抓取东西。它的主要特点是不害怕放射线污染。 还有一些进行海洋勘探和开发的水下机器人，探测宇宙的太空机器人，在矿井下采煤的采掘机器人等也属于这一类。 第三种是智能机器人。这种机器人比较高级，它能接受人的指令，用感觉装置识别环境，由电脑进行思维和独立制订计划，用手脚来完成任务。如日本研究制造了自动售票机器人，只要人们把付款卡插入售票口，并对机器人说明要去哪儿，机器人就能自动把票送出来。只是有一定的局限，目前这种机器人还只能听懂26个站名。 现在还有不少服务机器人，如可以让孩子娱乐的玩具机器人，为病人送药、送食物、进行简单护理的护理机器人以及为盲人服务的机器人，招待顾客的服务员机器人，充当保姆的机器人，陪运动员进行训练的机器人……真是五花八门，种类繁多。 专家们预言，今后还会出现“脑力劳动”的机器人，或称为“专家机器人”。随着自动化技术、微电子技术、可视图像处理技术、信息技术及智能机器人的发展，以工厂自动化（FA）、办公室自动化（OA）和家务自动化（HA）为主线的3A革命将给机器人技术带来巨大变化。 机器人的另一处应用领域是在军事方面。美国、德国等先进国家先后研制了几十种不同型号的军用机器人。1991年海湾战争中，参加沙漠风暴行动的美国安全爆炸物机器人，英国的“手推车”supet地雷处理机器人均立下了汗马功劳。美国陆军部计划到2000年研制出用于前线修车、排雷、运送弹药和粮食以及为步兵导向的机器人。最宏伟的计划是有的国家要建立一支机器人舰队，到那时，实现无人指挥的全自动舰艇将问世，舰上的机器人甚至可根据实际情况制订作战计划。 现代机器人的功能 机器人发展到现在，已经是第四代了。这种现代化的机器人在许多方面的功能都超过人类。 机器人比人更清洁。这可能会引起你的疑问：机器人不是满身油污吗？也许有些工业机器人确实可能满身油污，但我们这里所说的清洁是指机器人带的尘埃很少很少。一个人穿普通衣服，在走路时一般身上带有750万个尘埃，只不过人类的肉眼看不见罢了。在通常情况下，这些尘埃没有什么关系，但在某些高科技的研究室、化验室或生产场所，尘埃一多就会出废品。如我们制造电脑的重要器件时需要在10级洁净室中完成。按国际标准，在每立方英尺 （相当于0.0283立方米）空间内直径大于0.5微米的尘埃不能超过10个，才能算作10级洁净室。而在每立方英尺空间空若同样大小的尘埃在100个以内则叫100级洁净室。即使进入100级洁净室，工作人员也必须换上特制的无尘衣服、无尘手套、无尘面罩等等，还应该在进入洁净室前5个小时内不能吸烟和使用化妆品。至于10级洁净室，由于条件实在太苛刻，基本上只能由机器人进去操作。 机器人干活比人精细。用机器人加工零部件，误差可控制在1毫米之内，废品率几乎为零。加工速度快，如机器人每班可完成25～30个精密工件，质量合格率为100％，而工人每班只能完成同样的工件6个，而且还有10％的次品。 机器人的耐力比人好。它可以一连几天不休息，而人却不行，过度劳累就会病倒。机器人不怕环境恶劣、高温、低温、高压、缺氧、有毒、放时性污染、深水潜水……许多特殊工种都是它们大显身手的领域。 另外还有许多特别的机器人，如体积微小、只有普通水果糖那么大的机器人，结构、功能却很齐全，可以让它按照医生指令，钻进人体进行诊断。又如“巨无霸”类型的特大机器人可算作“举重世界冠军”，80年代美国兰伯顿联合企业制造出的特大机器人，臂长5.2米，能一下抓起2吨重的物体，力大无穷。 至于近年来新开发的智能型机器人，它的记忆力 （储存的信息容量）可等于常人的几百万至几千万倍，计算、思维速度更是快得令人叹为观止。在这个意义上说，智能型机器人比人更“聪明”。 当然，现代化的各种机器人可以在各自的某些方面超过人类，但它不可能在一切方面同时超过人类。 未来的机器人 世界上第一台机器人样机“尤尼曼特”诞生至今，经历过30多年的发展，已由第一代示教再现型机器人，第二代感觉型机器人……进入到目前的第五代智能型机器人阶段。 根据世界未来学预测，今后10车内会出现“脑力劳动”的机器人，或称 “专家系统”。这种机器人通过电脑工作，可以取代一个或几个专家在高科技领域中从事科研工作。也就是说，随着科学技术的发展，将会有更先进、更聪明的第六代、第七代……机器人问世。尽管到目前为止，机器人在某些方面已比人强，如计算速度、记忆量、力量，适应恶劣环境等，但从总体上全面衡量，机器人仍比人类差得远呢。但是，未来的机器人会不会超过人类，成为真正的“超人”呢？美国不少科幻小说、电影中大肆渲染了未来的机器人胜过人类、甚至企图控制人类的情节，助长了一些人对这个问题的担忧。在科学界内，就此问题也众说纷纭，暂时无法统一。 那么，到底谁对谁错，还是让我们把机器人和人类来作个比较吧。 先看看他们的身体结构。人具有上千万年悠久的进化历史，在自然界优生劣汰的竞争选择中，人类生存下来，发展起来，因此人体结构相当精巧，各种生理系统十分完美、灵敏、高效、可靠。人体有11个系统，如骨骼、肌肉、消化、神经、内分泌……等，而且有新陈代谢作用。而机器人虽有控制、驱动、机械、感觉等系统，但远没有人体结构那么精巧和完备，更没有新陈代谢功能。因此在这方面机器人很难与人类相比。 再从智力方面看，人从婴儿生下来后，经过相当长的时间才长成人，其中经历了许许多多事情，学会了许许多多的本领，有科技知识，有社会知识，有待人接物、处世人情等等。而机器人“生”下来就是工作，尽管可以给他灌输许多信息，但在全面性和复杂性上仍无法与人相比。 人的大脑具有对周围任何环境包括特殊情况的高度适应能力，它的反应极其灵敏。尤其是遇到新的情况，它能迅速分析，作出判断。而机器人的电脑却无法以灵活来应付千变万化。它只能根据人们事先给它的程序来作出相应的反应，一旦超出这个程序的范围，它就束手无策了。因此，在创造性思维和不断通过实践学习、提高等方面，机器人与人类有实着实质性的差距。 此外，在情感方面，机器人迄今为止并在可预见的将来都是一片空白。 最后也是最重要的一点，我们必须记住，未来的哪怕是最先进的机器人，也是人类用自身的智能制造出来的，人是机器人发展的主宰者，所以我们可以肯定地说，机器人是永远不会在一切方面都超过人类的。 欢迎“英雄”机器人 你一定会读过或看过这样的故事情节：一位家庭主妇，6点30分起床，把头发一扎马上为全家作早饭，然后洗脸化妆。7点15分叫孩子和丈夫起床，待他们吃完饭后，边收拾碗筷，边送他们出家门。再匆忙地把头天洗的衣服晒出去，打扫房间，换衣服，带晚上买东西用的兜子，边看手表边跑向汽车站，以免上班迟到…… 日本有一个调查材料说，有工作的家庭主妇，除上班工作8个小时外，在家还要干4个多小时的家务。没有工作的家庭主妇，每天要做8.4小时家务劳动。 多么费时间，多么累人，多么枯燥的家务劳动。现代社会，人们空闲时间很少，但又希望能有更多的时间学习、娱乐和休息。这是多么矛盾，怎么办？找人类的铁伙伴帮忙，发展家务机器人。 刚发展家务机器人时期，机器人之父英格伯格，在办公室里曾进行过一次实验，命令他的机器人“艾萨克”打开了一个柜橱，取出一个大杯子倒上咖啡，并打铃招呼咖啡已倒好了。日本的机器人之父加藤一郎教授，他家里也有一台机器人。教授对机器人说：“瓦博特，倒一杯茶！”机器人答应一声，并给教授倒了一杯茶。 家务机器人在80年代发展很快，水平有很大提高，世界上有好多种家务机器人问世，并走进家庭为人类服务。 1982年美国的希思公司推出英雄一号机器人，曾轰动了全美。 1983年年底，美国《人民》杂志记者朱莉·格林沃尔特，特意到密执安州本顿港希恩公司作了一次不寻常的采访。希恩公司让“英雄Ⅰ号”机器人来接待记者，以便扩大影响。这是人类第一次向机器人家族成员作采访。 “哈罗，请允许我自我介绍一下，我叫‘英雄’，”机器人主动向记者打招呼，并且学会了讲奉承话：“你长得真迷人啊！你的愿望就是给我的命令。” 记者问：“‘英雄’，谢谢你。你的确才华横溢，可是，你到底是什么呢？” “我是由电子装置控制的机器人，也可以说是一架安装在能转动的轮子上的电脑。”“英雄”Ⅰ号回答说。它又对自己的构成和功能做了一下解释： “我身上有好几种传感器，可以探测光、声、动作和前进道路上的障碍物。我会用轮子按事先拟定的路线行走，还会用手拾捡小的物件。” 记者又问道：“有没有你做不了的事情呢？” “英雄”Ⅰ号说：“真实讲，我现在还不会擦窗子，嘻嘻。” 记者又提出一个问题：“你怎么会说话呢？” “英雄”Ⅰ号回答道：“在我体内输入了64种基本语音的 ‘音素’，这些 ‘音素’还带有情感变化的色彩。于是，只要你有一本人和机器人对话的特殊辞典，就可以叫我说话。” “英雄”Ⅰ号接着又进一步表白自己：“真的，我几乎什么都会讲。但是，要是你想叫我说些污言浊语，我就会骂你 ‘胡说八道’。我还能够说多种外国语言。我会唱歌哩。” 记者追问一句：“唱歌，是用你自己的声音唱歌吗？” “英雄”Ⅰ号说：“听起来，我的声音像机器声一样。可别忘了，找本来就是一部机器。”它又自我夸耀起来：“我有一整套记忆仓库，你提前把生日告诉我，等到你生日那天，我就会为你唱 ‘祝你生日快乐’。我还爱唱 ‘黛西’这首歌，这是2001年的电脑主题歌。” 记者又提出一个新的问题：“你还有哪些看家本领呢？” “英雄”Ⅰ号说：“我能检测出8英尺以外的动作和光亮。我还会用手捡东西。不是自己吹牛，我能为小孩了做许许多多的事情呢。” 记者接着说：“这一切都给我留下了深刻的印象。但是，你到底会做哪些实用的事情呢？” “英雄”Ⅰ号侃侃而谈：“程序编制者教我学会了倒茶，写自己的名字，我能监听电视机的声音大小，若是太大了，我会提醒你： ‘声音小一点’。给我装上烟雾探测器，我可以发出失火警报。我能按照程序看家巡逻，围着房子巡视，一旦发现有异常动静，便会高声叫喊：‘警报！’‘警报！’‘有人闯入！’我还会帮助儿童学习，做算术、地理、拼写作业。” 记者说：“在一个商业区里，我看到了孩子们很喜欢你，或许可以说，你马上就成为一个英雄人物了。” “英雄”Ⅰ号“高兴”地说：“嘻—嘻—，是的，孩子们很喜欢我。” 记者又问：“成年人是否也像孩子们一样地喜爱你呢？” “英雄”Ⅰ号答道：“是的，有些人要我洗碗、倒垃圾。”它话题一转，说道，“据说，人所以喜欢进行创造并且有创造性，是因为人的身上有点儿上帝的智慧。同样，在我们机器人身上也有点儿人类的智慧。” 记者提了很多问题，“英雄”Ⅰ号回答了很多很多。记者又说：“英雄，我还有一个问题……”“英雄”Ⅰ号抢着说：“哎唷，电压偏低，电压偏低。”机器人认为自己的“表演”差不多了，它竟借托词不再说下去了。 这种机器人很受欢迎，问世后不到10时间内，已销售了14000台，它的广泛使用对机器人服务业起了推动作用。希恩公司销售开发经理道·伯恩汉姆说： “今后我们会看到，我们公司生产的机器人将进入安全、健康护理、加油站、快餐店等行业和部门。” 从这位经理的一席话，可以看出家庭机器人所起的作用已被社会所承认，也鼓舞了机器人的设计制造者，有信心发展更有用处、更高级的机器人。 不吃不喝的仆人 随着社会的发展，生活水平提高，许多家庭需要雇个佣人来帮忙做家务，而佣人却又难找，怎么办？还是用家务机器人吧！ 1983年，美国圣诞节礼品真太多了。买礼物的人把柜台挤满了。有一种新出品的机器人特别引人注目。它身高一米左右，外形有点像人，脚下有两个轮子，每秒钟能走半米左右，能转弯，也能后退，当走到楼梯边缘时，会自动停下来。它的名字叫“托仆”。 当孩子叫它一声“托仆”时，机器人马上答道：“哎，主人，我马上就来。”答应声过后，它马上就会走到孩子的面前来。 小家伙一看很高兴，对它提出问题：“你会说话？” “会的，主人，我会说很多的话。”“托仆”回答道，它又继续做自我介绍：“我还会做很多的事情，会下棋，能帮助你复习功课。但是，我还不会洗碗擦玻璃。” 许多孩子不忍离去，父母只好花1200美元买了一台带回家去。 一位小学生回家后立即试试让“托仆”帮他复习地理课： “托仆”提问：“世界上最长的河？” 回答：“亚马逊河。” “托仆”提问“世界最大的岛屿？” …… 回答不出来，“嘟、嘟、嘟、嘟、嘟”，5秒钟后，“托仆”说出答案： “请记住，日本东京。”小学生跟着重复一遍“日本东京。”如果不跟着重复一遍，机器人就会不断地重复下去，直到小学生跟着回答为止。 当孩子上学后，“托仆”并不闲着，而是打扫卫生，接电话，告诉对方，家里人外出了，等会再来电话吧。 原联邦德国的“哥伦巴”银行总经理，妻子去世后，孤身一人住在波恩，他想雇一个管家。一天他看见一条广告： “你想找一位管理家务的管家吗？ ‘格莱图’一定能使您满意的！” 第二天詹姆斯来到了夸尼科商场，他看见了穿着塑料衣服的“格莱图”。原来这是一种机器人，詹姆斯摸了摸它的手，机器人就主动与他谈了起来。 “您好，主人，请把您每天的作息时间用我身上的键盘输入到我的电脑中，我将按您的要求为您服务。” “哦！亲爱的，我还没有决定把您买回家呢！” “没关系的，咱们聊一聊，您就会喜欢我的。” “你真的会煮咖啡、烧洗澡水吗？” “真的，请您仔细阅读使用说明书，我的本领都在上面写着呢。” 詹姆斯用雇一个管家4年的工资钱买了一台“格莱图”，并把每天应当干的事“告诉”了它。 以后，它每天早上5点打开恒温器，用吸尘器打扫客厅，再煮咖啡、浇洗澡水。7点钟，它会慢慢“走”到主人的床前，用嘴（其实是个喇叭）大声喊道：“先生，请您起床，我已经烧好了洗澡水，请您马上去洗澡。”然后，它便“端”过来牛奶、蛋糕等早点。主人还没有吃完早餐，它已在院内为他发动好了汽车，当主人上班前向它道谢时，它会说：“您太客气了，我愿意执行您的命令，祝您一路顺风，晚上见。”若是主人下班回来晚了，它会按照程序，按时把客厅内的灯全都打开，并且不时还弄出声音，让盗贼以为主人在家呢。 日本松下公司在1989年开始出售美食家机器人。这种机器人身价是150万日元。它能向您介绍 300多种美味佳肴的烹调方法。当您靠机器人提高了烹调技术时，您就会想请朋友到家来美餐一顿，显显你的手艺。这种机器人还可以告诉您冰箱里有什么东西，用这些东西可以做什么菜。它还能计算每餐的热量卡路里是多少，为家庭主妇当参谋，准备每餐的食物。 1989年，在日本市场上，有一种家用演员机器人，它在家庭晚会上充当演员，演出丰富多彩并充满情趣的生活剧，而且形态各异，生动逼真。 美国制造出一种“机器人陪女”。在过去，国外有钱的贵妇人或未婚的小姐，常用高价聘请年轻女子作伴，以消除无聊和寂寞。今天，已开始用机器人为人作伴。用机器人作伴好像是一种愚蠢的想法。其实呢，机器人作伴，可能是有用而且有趣的。 美国制造的“机器人陪子”身高25厘米，体重不到5千克，但它能向主人亲切问候“早安”、“晚安”，还会讲有趣的故事，陪主人下棋、打牌、看电视和聊天。 美国的国际商用机器公司制造的家用机器人，不但能胜任任何一般家庭佣人的工作，如清扫吸尘、擦洗地板、清扫房前积雪，倒酒送茶等工作，而且能边干家务，边为主人讲笑话，以帮助主人消遣。 1991年，南朝鲜开发出家庭服务机器人。它能够绕着房子运动，检查是否有不速之客闯入，或者检查是否会发生火灾。发现有异常现象，它会自动通知警察局或者消防中心。在巡逻中，它不会撞到障碍物上，也不会掉到阶梯下面去。 日本松下电器公司负责人谷井前不久说：“不久，公司将出售家庭用的和商用的自动清洁机器人。” 这种机器人能记住要清扫的一些地方的地图和环境，自动进入房间的门内去除尘。因为它是用蓄电池作动力，所以，它后面不拖“尾巴”。它能自动躲过障碍物，也能够自动地分清地板和地毯是什么样的，可以选择适当的真空吸嘴。这种机器人在作完清扫工作后，能够自动地回到房间一个角落去，自己去充电，以便下次再去清扫房间。 家用机器人的各种各样的本领和运用真是说不完的。但是可以这样说： “像家务那种简单劳动，能不干谁都不愿意干。从很久以前起人们就想，如果让在科幻电影中出现的那种机器人给我们做家务那该多好。让人们这种愿望成为现实，这也是我们技术人员的多年梦想。微电脑的飞速进步使实现这个梦想已指日可待了。” “按一下电钮就可以代替人做家务的机器人，今后将不断问世，估计1995年以后将迎来普及时期。” “用家务机器人代替家庭主妇进行枯燥的家务劳动，使她们过更轻松一些，舒服起来，已变得越来越现实了。” 但是，人们的欲望永无止境，家庭主妇还希望身在厨房就能把大门打开，把洗澡间准备好，这就要家庭实现完全自动化。 不怕核辐射的“人” 在有放射性物质的条件下进行操纵、检查、维修设备，或在发生事故之后进行善后处理，目前多用遥控式机器人，也有少数的自主式机器人。 早在40年代末期，美国阿贡立国实验室研制成功的世界上第一台有力感觉的“主从机械手”，起名为MI型。它是人操纵一个“主动臂”，在现场的 “从动臂”就和主动臂进行完全相同的动作。这样，人就可以在安全地方使 “从动臂”在现场完成各种工作。这种机械手的“主动臂”和“从动臂”是靠机械元件来实现联系的。所以，人和现场距离还很近。 60年代初期，不少国家研制成功一种真正的远距控制的电动式的机械手，“主动臂”和“从动臂”是通过电缆或无线电信号联系起来的。后来又采用了电脑进行控制，使核工业中所用的机器人发展有了一个重大突破。 1979年，美国三里岛发生核污染事故，美国政府与贝奇特尔公司签订了合同，清理核污染。当时预计整个清理工作需要9年时间，耗资需10亿美元，仅就2号反应堆就要21600人次轮流作业。这一工程真是浩大啊。 但是，这一公可用了3台核工业机器人，这是由美国卡内基·梅隆大学研制的机器人。用机器人很快就清理了10万加仑放射性垃圾，只花费了80万美元。节省了大量开支，提前了很多时间，这样的功效使这种机器人名声大振。 80年代，威斯汀豪斯电气公司研制出“罗莎”型核工业机器人。它能快速地爬入核电站内部和反应堆的联接管道内，用不了一个小时就能够查明损坏情况，并把损坏的管道焊接好，每次维修至少能节省50万美元。这种维修机器人，把人从危险的作业中解放了出来。 在过去的10年间，这个公司已有数十台核电站维修机器人投入使用。 日本花了8年时间花费了200亿日元研究极限作业机器人。研制出的机器人有一种是用在核设施中进行作业的。这种机器人长1.2米，宽0.7米，高1.73米，重750公斤。它用4条腿走路。它会自己识别周围环境，所以不但可以在平地上行走，而且能上下台阶，跨越障碍物，甚至能钻进狭窄的空间中去，进行维修。机器人手指尖上有灵敏的传感器，把感觉到的情况传迭给操纵人员，使操纵人员能很平稳、准确、用力恰到好处地操纵它。 法国、德国、意大利等国家，核工业机器人也得到了很好的应用。 不过，相对一般工业机器人来说，核工业机器人的应用还不算广泛，而且有时也有意外事故发生。 核工业机器人发展很快，性能会更加提高，预计到本世纪末，有可能完全代替人在具有放射性的环境中完成直接作业。以前的核工业中应用的机器人绝大多数是遥控机器人，目前也发展有自主型机器人。遥控机器人是这样工作的：操纵人员在安全地方，从控制台上发出信号，用有线或无线的传输方法把信号传到现场上机械手处，它按照人的命令工作，并把工作情况及周围环境都用摄像机拍摄下来，送到工作台的监视器上；另外还有许多传感器，测出机械手工作时的情况 （如受阻力大小）也反馈给操纵人员，以使其能更好地控制机械手工作。现在也发展有用计算机进行监控。 太空机器人 人造卫星可以说价值连城，如果有些部件出了毛病，整个卫星就丢掉，实在可惜。人们又想到了机器人，用它去把失灵卫星抓回修理。 1984年美国“挑战者”号航天飞机飞入太空，并带了一个长15米，价值1亿多美元的“加拿大”机械手。为什么带这样的一个价格昂贵的机械手呢？原来计划用这个机械手把已经失灵的“太阳峰年”卫星抓回来，以便修理好。 “太阳峰年”卫星是专门用于探测太阳活动情况的卫星。太阳的黑子活动对地球气候，灾害有很大影响。1980年发射的这颗卫星已出现了故障，失灵了。1992年又是太阳活动的峰年，再发射一颗这样的卫星要2亿美元。所以把希望寄托在“加拿大”机械手身上了。 第一次由航天飞机指令长克里平操纵机械手去“捉”卫星。因为卫星的自转速度太快，机械手老是抓不住它。 宇航员向地面报告，请求地面把卫星的自转速度降下来。美国马里兰州航天中心地科技人员用无线电指令“命令”它把自转速度减下来。 4月10日，克里平驾驶“挑战者”号航天飞机追赶这颗卫星，用火箭使航天飞机加速，绕地球转了三圈之后，终于追上了卫星。宇航员哈特在密封舱内全神贯注地操纵机械手，在离卫星 15米时，他动作很敏捷地伸出机械手，抓住了这颗卫星。哈特这时异常激动，向地面指挥中心报告：“我们抓住了。”当时的美国总统里根也很兴奋，特向他们表示祝贺： “你们用机械手抓回了那颗卫星，这是为人类作出了一次巨大的努力，具有历史意义！” 4月11日，宇航员范霍夫坦和纳尔逊花了3个多小时，对这颗抓回的卫星进行了检查，并且把它修好了。4月12日，又由哈特用机械手把卫星放回了飞行轨道。机械手帮助人把这颗已经3年不能对准太阳，在空间空转的卫星回收回来，修理好了。 这次成功，宣告卫星损坏了就扔掉的时代一去不复返了。 人类向太空发射的飞行物越来越多，而且很多废弃物在地球周围飘浮，估计在地球低轨道上有7000块大型人为的垃圾，还有350万个比人手指甲还小的垃圾片。因为它们飞行速度很高，每小时2700公里，这对人类的宇宙飞行是极大的危险。科学家们又想到了机器人，要请它们来帮助清除这些垃圾。 美国科学家设计出一种专门清除太空垃圾的机器人。它可将大块垃圾切开，并装入贮存箱内带回地球，在进入大气层时，垃圾在与空气激烈的摩擦中会因温度过高而烧毁。 当然啦，清除太空垃圾也不是非得机器人不可。美国休斯顿约逊飞行中心发明了一种可清除太空垃圾的风车。风车把垃圾撞得速度减慢下来，使其渐渐地坠入地球的大气层中，在与空气产生激烈摩擦中而烧毁。 在空间进行工作，这只有少数人才能胜任；修旧利废，回收处理废品，这是多数人不愿意承担的事情，而让机器人去干这些事情，真是既有高超的能力，又有任劳任怨不挑不拣的精神，确是难得的“一把好手”。 机器人探月宫 开发宇宙，是人类新的使命。在航天活动中，人类已创造了许许多多的奇迹。但是，宇宙空间和地球表面不同，人在宇宙空间活动受到限制，有很大的困难。 这是因为，离地球数十公里的高空以外，几乎就是真空了，没有氧气，当然也没有水，没有食物了。在太空飞行的宇宙航行员要穿宇航服，由地面带去的罐头食品，时间一长则吃腻了，要用运输航天飞机特地送去新鲜食物。为保证宇航员在太空正常活动，每天每人要花费50～100万美元，实在耗费太大了。 在太空飞行或工作，生活单调，活动范围小，环境艰苦，孤独寂寞，还要承受失重和强烈的宇宙放射线的照射，条件十分恶劣。 航天飞行中，偶然也还有事故发生，从 1967年到现在，已有数起意外事故，有十多名宇航员丧生。 如果用机器人去到宇宙空间，代替人完成各种工作，就比人优越多了。历史上已有很多事例。 1969年7月，美国实施“阿波罗计划”，把人送上月球，并平安地返回地球。这件人类历史上的创举，使人们惊叹不已。事实上，在人类到达月球之前，美国已经先派机器人作了开路先锋。1967年4月，美国一艘飞船带有一个机器人飞向月球，它叫“勘测者3号”。它先绕地球飞了三圈，一边飞，一边拍摄照片。这个机器人是遥控机器人，所以，当地面控制站发出命令它登月时，它自己撑开了降落伞，启动降落火箭，准确地降落在月球上。 月球是一个荒凉寂静的世界，月球表面有厚厚的尘埃。机器人用机械手铲起尘埃，放到自己身上所带的容器内。它用利爪在月球表面挖出一条沟。并拍下了许多彩色照片，然后它又自动启动火箭，飞离月球，回到了地球。 科学家们对机器人“勘测者3号”带回来的尘埃及照片进行化验和分析，发现月球上既没有水，也没有任何的生命。 前苏联也曾用机器人代替宇航员，对月球作了很多探测工作。1970年11月10日，前苏联发射了“月球17号”飞船，上面带有一台叫“月球无人探测器1号”的机器人。这个机器人在月球表面一个“雨海”的地方着陆。这台机器人外形像一个带盖的大盆，体重756千克，身长3.2米，宽1.6米，用摄像机当“眼睛”。人在远离月球38万公里的地球上的指挥中心里发号施令，通过无线电波指挥这台机器人动作。它用轮子在月球表面上跑来跑去。在11个月里，它拍摄了200多张全景照片，2万多张局部照片，并分析了土壤成份，记录了月球表面温度从 140℃降到-140℃的变化。它为研究月球立下功劳。 后来，还有好几个机器人登上月球表面进行考察。 日本制造月球车，专门用于勘探月球高纬度地带。这一月球车是用铝合金及碳纤维特强材料制成的，很轻。这一机器人也是遥控的，由地面控制。不过它还有自动驾驶操纵程序，当它与地面联系中断时，可以由其程序识别周围地形，用图像处理技术分析地形，确定自己的位置，进行自动行走。它的机械臂可以搜索月球表面，这一月球车已和世人见面，预计2000年，它将到月球上去工作。 过去，机器人在宇宙空间曾显示过不凡的身手。将来机器人在开发宇宙空间中，会更有用武之地。 法国科学院太空研究委员会主席罗伯特·卡斯坦认为：“就大部分太空研究，太空实验和科学观察来说，机器人自动化卫星更为有效，而且花钱也少。将人送入宇宙，从近期看是摆阔气和炫耀，应把载人航天所花的钱省下来，用于空间机器人的研究。” 开发宇宙要经过漫长的道路，不过，在未来近20多年时间，即到21世纪初期，有可能建立永久的近地轨道站和月球基地。 被称为现代科学幻想小说“创造人”的伊萨克·阿西莫夫，在法国杂志记者卡期吉里与他座谈时说： “在月球上修建住人的基地也是可以实现的，这不仅能使人们去深入研究太阳系的起源，而且还可利用它来获取人在宇宙中 ‘生活’所需的各种极重要的矿物原料。” 美国计划在月球上建立“空中之城”，需要1000亿美元。首先开辟出临时基地，之后再建立永久基地。这个“月球城”是直径为1～2公里的轮形城市，城内有工业区，农业区和生活区。 机器人在开发月球中可以完成许许多多的事情：摄像机器人把拍摄到的图像送到空中居住区内，或通过卫星送回地球；基建机器人完成铲挖任务，或进行熔炼等作业；作业机器人用手爪完成装设管子或电线工作，抓取各种物件；维修机器人能自己修好发生故障的机器；生产机器人进行各种生产，特别是药物生产和半导体器件的生产，因为在太空中生产的药品和半导体器件的“纯度”比地球上生产的要高上好多倍。 机器人是开发月球探索宇宙的重要的一员。人类想登上火星，飞出太阳系，更少不了机器人。 工业机器人 1959年，由英格伯格和德沃尔设计的，由美国尤尼梅逊公司生产的世界上第一台工业机器人，叫做“尤尼梅特”，意思是“万能自动”。1962年，机械与铸造公司又制造出另一种工业机器人，叫“沃尔萨特兰”，意思是“万能搬运”。这两种工业机器人把机器人引上了实用的道路。在以后十多年时间，各国所引进的、仿制的机器人，都是以它们做为“模特儿”的。 这两种工业机器人都是“示教再现型”机器人。这是第一代机器人典型的代表。它们的工作原理是这样的：人手把着机械手，把应当完成的任务做一遍，或者人用“示教控制盒”发出指令，让机器人的机械手臂运动，一步步完成它应当完成的各个动作。这个过程叫“示教”，是人“教”工业机器人的过程。机器人有一些叫传感器的装置，把机器人各部分运动范围、运动速度等测量出来，依次送给机器人的记忆装置，它可以把机器人各部分运动顺序、位置、速度等记录并存贮起来。这一过程也叫编程过程。当需要机器人工作时，记忆装置把上述信号依次放出来控制机器人各部分动作，这是再现过程。它的动作完全再现了人“教”给它的动作，并且可以自动地、不断地、反复地干这样的工作。 当然啦，为了机械手臂能运动要有一种驱动装置，它相当于人的肌肉一样，是产生“力气”的装置。由此看出，工业机器人主要有几大部分：机械手臂、控制（包括记忆存贮信号）装置、机座、能源装置。按机器人机械臂结构分为：像龙门吊那样的直角坐标式的，像炮塔那样的球坐标式的，像吊车那样的园柱坐标式的，还有像人手臂的关节式的机器人。 美国60年代初制造出来了两种机器人，这本来是一件划时代的大事。但是，很可惜当时并未引起国内的重视，也并没有得到国际上的青睐。这是因为当时的机器人造价很贵，安装费用也高，再加上质量不好，每星期要出一次故障（无故障时间只有10O～150小时），定位精度只能达到几毫米，所以收益很差，人们都不敢买它，只有一些喜欢新奇的企业家才定购机器人去试试。当时制造工业机器人的厂家只好在各种场合进行宣传，作广告，到处进行表演。政府没有采取积极扶植的政策，所以发展很慢。 1967年，日本的丰田织机公司、川崎重工业公司引进美国工业机器人。日本虽然当时对工业机器人技术还不能掌握，当时引进机器人引起很多企业界、技术界甚至科学界以及一般人的好奇心，参观人非常之多。日本人很注意机器人技术和本国的社会经济发展相结合，把引进的机器人很好地研究，除了仿制外，还不断进行改造，结合自己国家的实际情况进行推广和创新，所以很快就研究开发出自己国家的机器人。由于日本当时经济发展，机器人可以解决劳力不足，能防止职业病，提高劳动福利，再加上能提高生产率等，所以机器人技术发很快，1989年日本机器人技术已能和美国相提并论，更主要的是工业机器人得到广泛的应用，达到普及阶段。日本自称1980年为机器人元年，自己是机器人王国。 世界其他国家，如前苏联、德国、法国、瑞典、挪威、中国等国家也相继引进和发展工业机器人，使机器人大家庭人丁兴旺，它们的“子孙”在世界各地扎根成长起来了。到80年代初期，第二代工业机器人，即有感觉器官能在外界变化时可以完成复杂任务的机器人，已达到了实用阶段，而有智能机器人已开始大量进行研究。90年代，第二代机器人已达到普及阶段了，这时工业机器人已有45万台。 工业机器人身披钢盔铁甲，一般都是“从事”重体力劳动，国际劳工组织称它是“钢领工人”。 中国机器人 下面的这个故事，说的是我国机器人是怎么研究制造成功的。 故事的主人公叫余达太。1979年春，他刚过30岁，北京钢铁学院就将他派到日本，在九州工业大学读研究生。这个时候，日本的机器人技术已经很发达了。我们的国家，由于种种原因，曾经有过一段发展机械手的热潮，并且全国范围内花费了不少钱，但是，没有几家工厂真正得到实际应用。我国机器人发展进入了低潮。 余达太就是在这种情况下，去日本攻读机器人有关理论的。他的导师是山下忠教授，有名的机器人专家。 余达太是一位具有雄心的年轻人。他看到了自己国家在机器人技术上的差距，也触动了炎黄子孙的自尊心。三年苦读，13门功课全部获得“优等”，获得工学硕士学位，并进入日本安川电机公司机器人研究室实习。这家公司是世界上一家著名的机器人制造公司。 你看到工业机器人，外形和一般机器差不太多，但是设计、制造机器人要用到机械、电子、控制、电子计算机、信息处理等许多科学知识。机器人是属于高新技术，很多东西是相互保密的。余达太是一位有心人，为了回国后发展机器人，他用自己从生活费中节省下的钱，还有半年工资，购买了近千本资料和书籍，预订了三种日本出版的机器人方面的杂志，一订就是5年！他还没有重新踏上祖国的大地，就把一颗火热的心放到机器人身上了。 余达太回到祖国以后，着手研制中国的机器人。然而，要制造出一台新的、真正“能起作用”的机器人，并不是那么简单。不但要找到用户，而且要花上几十万元，需要有许多专家、技术人员合作，并且要花费成年累月的时间！想干这样大的“工程”，先要进行充分地调研。 他从南到北，从东到西，跑了很多省市，进了很多工厂、生产研究机关，进行了调查研究。这时，在我国的大地上又掀起了研究机器人的高潮。 1983年1月11日下午，北京钢铁学院召开了研究制造工业机器人的技术论证会，审查余达太提出的申请报告。他们提出的制造方案是采用关节式结构，这是80年代国际上比较流行的结构形式。因为关节式机器人优点多，它在各个方向都可灵活地高速动作，并且手腕到达空间某一个点可以有多种方法，工作空间也大。但是，也有大困难：关节机器人有肩、肘、手腕，以及整个手臂转动，每个转动都要一个电机加上减速机构。为了机械手手指能拿动一定重物，并有一定运动的速度和加速度，而且运动中不发生颤抖，定位准确，就要求大臂、小臂、腕子有一定质量，这样驱动各关节的电动机就要大些。肘关节及腕关节电动机不宜直接放在各个关节处，而是放在机身附近，这样才能保证小臂及腕子不太重，可以省些“力气”。但是，它又要解决电动机与关节之间用拉杆和链条传动问题，传动效率也低，所以也有很大难题要解决。当时还很少用直接驱动的力矩马达，所以设计传动机构要求精确分析计算，找到最好的方案。 这次方案审查会，有很多领导、专家和教授参加。会上有的是鼓励，有的是质疑，还有一位专家幽默地说： “余达太，你要搞关节式机器人，我看，你得小心机器人别得关节炎。” 是啊，制造一台具有世界水平的机器人谈何容易，俗话说的好：“看是容易，做是难。” 难，制造新型的工业机器人有许多困难，就像拦在机器人发展道路上的一座“大山”。但是，中国有许多科技愚公，敢于搬这座“大山”。当院领导让余达太自由组阁时，他的同学，老师来了，还有副教授，讲师，女将，刚刚毕业的学生来了，组成了一个十多人的“搬山队”。 真如搬山一样，在短时间内要学习掌握必要的机器人方面的理论知识，特别是，要弄懂没有任何说明的“软件资料”，这真好比读天书。当年，日本人把这些资料交给余达太时，曾意味深长地说：“这是天书一本，你拿回去，也看不懂。”——他们一边学日语，一边读天书，就是要把它弄懂，弄出个名堂来。 是不是可以绕过“软件资料”这个拦路虎呢？不能，因为这个机器人有五个自由度，也就是有五个独立运动，也就是说，它有五个关节，每个关节有一个电动机。为了机器人手爪在空间走二条曲线，人“教”它时，常常是反映手爪 （也叫操作器）在空间应走过的几个点告诉它。其他各点（有很多很多点才能连成一条光滑的曲线）要由机器人电脑来计算。更难的是，要把手爪空间的点，变成各关节应当怎么运动的数据，还要由电脑算出各关节抬举多大角度，速度该多大？这是很难的“空间机构运动学”问题。还有呢，机器人各关节是由电动机驱动的，每个电动机加上多大信号进行控制，才会使各关节运动得恰到好处呢？这要进行所谓的“动力学”计算，要考虑各杆呀、件呀的质量、长度、运动速度、加速度、摩擦力等许多因素，算起来相当复杂。另外，还要考虑起动、停止、动作顺序、安全等等许多问题。这些事情都是由控制装置（主要是由电脑）来完成的。不过，人们的想法，计算方法，很多问题，电脑都不懂，它只懂自己的“语言”。人和电脑之间交换这些信息，还要用到一种高级语言的知识，这也就是软件。这些问题，都是设计机器人绝对少不了的“软件资料”。软件资料对不同的机器人是有很大差别的。 搬“大山”就要付出艰辛的劳动！为了尽快尽好地设计出机器人，在1983年炎热的夏天，他们在“三大火炉”之一的南京的一家招待所里整整苦战了一个月，拿出了最初设计图纸。 搬“大山”，就要天天挖山不止，不怕天长地久，只有一个念头：成功！余达太和他的同事，就是这样的人，机器人用的电子计算机，由原来的八位变为16位；为了使机器人“大脑”赶上世界先进水平，他们三次修改方案。他们的信念是：“要赶超世界机器人技术水平，只能起点高，走自己的路才行。”他们就在这条路上，一步一步地又走了两年！ 研究试制工业机器人最困难的问题是钱！中国科学院计算中心技术服务公司慷慨解囊，拿出30万元，并说：“我们投资，你们干吧，失败了，算我们白交学费，豁出去不盖宿舍楼了！”钢铁学院院长手内仅有10万美元的外汇，竟一下子给他们3万解决进口设备问题。就凭这些“上帝”，他们怎么会造不出机器人来呢？ 他们后来成功了，他们有一个很好的经验：“我们的成功秘是1＋1＞2。”——有“内耗”的地方，一个人加一个人不等于二个人，在他们团结集体里，一加一不等于二，而是大于二。他们没有“内耗”，有的是共同动手，动脑，动手！有的是相互帮助，相互谅解！ 他们成功了，由他们研制的BJM（北京人）—1型弧焊工业机器人很顺利地通过了技术鉴定，并且成功地在南京汽车制造厂承担汽车生产线上的焊接工作，不但提高了产品质量，而且改善了工人劳动条件，获得了经济效益和社会效益。 他们成功了，以他们为基础，很快发展成为一个机器人研究所，余达太被任命为所长。他成为一名在机器人技术界有名气的人物。 其他机械的发展 “魔棒”“变”出了复印机 说来有趣，现在广泛采用的复印机是美国科学家查切斯特·卡尔森受“魔杆”玩具的启发而发明的。 1930年，卡尔森大学毕业后忙着在纽约一家电器公司当办事员。每天从早到晚，他都忙着打印书信，抄写书稿，复制图片和报表。枯燥繁琐而又单调的工作，使他逐渐厌烦起来。 当时，美国的一些大公司已经在运用照相技术来翻拍和复制文件，然而这种办法操作复杂，成本又高，很难普及使用。卡尔森就悄悄对公司的照相复制设备进行改进，摸索出一套简便实用的新方法，受到了经理的赞扬。但他对此并不满足，想发明一种更快捷的办法，即把要复制的文件塞进机器里，一按电钮，就能得到一模一样的副本。如果能造出这样的机器，那该多好啊！卡尔森心里盘算着。 这时，他不由得联想起童年时玩过的一种“魔棒”玩具。这是一个像笔杆一样的长棒，用它在白纸上涂画，然后撒上一层五颜六色的金属粉，结果这些金属粉就会使涂画过的图案、字迹在纸上显出来。 想到这里，他立刻找来“魔棒”在办公室里琢磨起来。为什么金属粉会显出图案和字形呢？啊，原来这是静电感应在起作用。用橡胶制成的“魔棒”在纸上摩擦后，就会使纸带上正电荷，而撒上的金属粉带的是负电荷，根据异性电荷相吸的原理，结果就会在纸上显出用“魔棒”涂过的图形和文字来。 在“魔棒”的启发下，卡尔森找来许多静电学方面的书籍学起来。他起早贪黑地学习着，甚至在乘坐地铁时还在思考：怎样才能使图形和文字从一张纸上传到另一张纸上去呢？ 掌握了理论知识后，他便开始进行研制和试验。为此，他用微薄的工资租下一间小房做实验室，又请了一位助手来帮忙。经过反复试验，卡尔森找到了一种涂硫的金属板，摩擦后它能带正电荷。为了使原稿的字迹能清晰地印出，他又搬来照相法，用曝光使静电感应的效果更强。 1938年10月，他和助手拼装成了一台简单原始的复印机，并开始调试。卡尔森用手帕在涂硫的金属板上使劲摩擦，使它产生正电荷，然后用灯光透过玻璃对金属板曝光，同时在金属板上撒上带负电荷的石松子粉 （相当于现在复印机用的碳粉）。不一会儿，金属板上就清楚地显示出在玻璃上写出的字样。接着，他又小心翼翼地把一张蜡纸平压在金属板上，蜡纸上很快就复印出同样的字。啊！静电复印成功了！卡尔森和助手高兴地拥抱着跳起来。 此后，卡尔森带着这台初试成功的复印机四处表演，进行宣传。但富有的商人和老板们却讥讽嘲笑他，认为他的复印机是个“粗糙的大玩具”，无利可图，谁也不肯出钱帮助他完善这项发明。但卡尔森不理会这些，凭着自己坚强的毅力继续进行钻研改进。“功夫不负有心人”，又经过几年的奋斗，卡尔森终于在1947年创制成功了世界上第一台静电复印机，为人类社会文明的发展，做出了应有的贡献。 从制冷机到电冰箱 获得热很容易，但是想在热天得到一些冰，却不是一件简单的事情，罗马帝国的皇帝为了喝冷饮，驱使奴隶到高山上却取冰，冰水和血水洒满坎坷不平的山路。 我国古代则在隆冬季节采冰，存放在地窑里，以备夏天使用，科学家培根为了研究鸡肉为什么在冰雪里不腐烂，自己建了一个埋在地下的冰库，每天去观察，后因着凉而死，看来获得冰不是一件容易的事。 1540年，在意大利的罗马出现了一种化学冷却法，当用水溶解硝酸钾的时候温度会下降，比拉夫郎卡在一本名为《冷却法》的书里称这是他发明的，据说这样冷却的葡萄酒喝了以后，使人的牙根受不了。 18世纪中叶，人们知道空气突然膨胀后会使温度降低，美国的戈里利用这个原理做了一个机器，并用它制出冰来，这个发明使人感到十分惊奇。《环球》报说：“在佛罗里达州有一个怪人，他说他和万能的上帝一样能用机器制冰。” 但是这种机器的效率很低，我们都知道一种简单的冷却方法，就是蒸发，如果在手背上涂一些酒精，我们的手会感到十分凉爽，涂乙醚效果就更明显，医院里用这种方法来进行麻醉，原因是酒精或乙醚蒸发时要大量吸热。 不过用这种办法来获取冰要损失大量珍贵的乙醚，珀金斯在想，能不能不让乙醚散失，循环使用呢？ 1834年，他制作了一个手动制冷机，用的工作物质是乙醚，机器内的乙醚可以反复使用，并获得一项专利。一个夏天的晚上，他的助手用这台制冷机的模型制得少量的冰，欣喜若狂地机械师用毯子把冰包起来，乘上出租汽车穿过伦敦驰向珀金斯的住宅。这是第一次用闭路的压缩和蒸发的办法获得的冰。其原理和现在电冰箱的原理类似。 科学家发现利用压缩的办法可以使一些气体液化。18世纪末，马隆液化了氨。如果把液态氨突然汽化就可以得到很低的温度。这给获得低温开辟了道路。 1876年林德完成了世界上第一台制冷机，利用了液氨。氨可以在制冷机里反复使用，加压使氨气变成液体，蒸发得到低温，再压缩成流体反复使用。 当时澳大利亚的食物堆积如山，而欧洲的食品短缺，法国的蒂尔把林德的制冷机放在弗利克斯菲克号远洋运输船上，装上了澳洲的牛肉，人们不相信这些肉能运到英国而不腐烂。《泰晤士报》把这件事当为笑谈。冷冻船在海上航行了3个月后，当载着少量的鲜肉胜利地抵达伦敦的时候，那些冷嘲热讽就烟消云散了。不久，澳大利亚就开始制造这种冷藏船了。 1902年美国的卡利亚在制冷机的启发下首创了小型家用电冰箱。1913年在美国芝加哥，制造了世界最早的家用电冰箱—－“多梅鲁亚牌”，是木制外壳，里面装有压缩机。 现在的电冰箱用的工作物质是氟里昂，这种物质对大气有污染，所以科学家正在寻找更好的代用品。除了用蒸发的办法制冷以外，还有许多其他的方法。例如使用半导体器件，磁性元件及声学的方法都能达到致冷的效果，这些新型的冰箱正在研究之中，无氟冰箱已经进入家用。 造纸机的发明 中国发明的造纸术，是以手工作业为基础，依靠技师手抄纸（竹）帘，一张一张地捞纸，然后干燥而成纸张。在那漫长的岁月里，纸张尺寸因受抄纸帘的限制，一般都不很大，主要供毛笔书写之用。公元8世纪，造纸术传入欧洲。 18世纪，英国发生了产业革命，蒸汽机的发明，电能的应用，为从手工业工场准备向大机器生产过渡创造了条件。在欧洲，由于德国印刷机的出现，对纸张提出了更新更高的要求。 1793年，法国一家印刷所的年轻学徒罗贝尔正忙着干活儿。他的师父大胡子朝他嚷道：“喂，拿错纸了，傻瓜！”罗贝尔赶紧过去。师父停下手中的活计，鼓着眼生气哩。 原来这家印刷所每天要印制许多小批量的印刷品，经常更换不同规格的纸张。一到印件额满后，有时就出错。罗贝尔受到师父的斥责，闷闷不乐地回家。他晚饭也吃不下，倒头便睡下了。半夜，罗贝尔睁开眼，反正睡不着，胡思乱想起来： 纸，为什么一张张的？ 纸，能不能卷成一卷？ 纸，是怎样造出来的？ …… 一连串的问号，在他眼前闪动 从此，罗贝尔利用工余时间，到附近的造纸工厂去参观、调查、绘图、计算。他开始懂得一点造纸的道理了。 薄薄的一张纸，造起来并不容易。首先，要取得纸浆 （就是植物纤维与水的混合体），这些纸浆必须经过打浆处理。其次，把纸浆平摊在一张铜网上，水从网子流走，纤维交织在网上——便成了一张湿纸页 （其尺寸依抄纸网而定）。再次，是湿纸页移到毛毯上，压榨，除去多余的水分。这一步步工序，全靠人力完成，中间还有间隔时间。不仅劳动强度大，时间也不短。尤其是造出一张一张的，不能满足印刷的要求。 能否造一张“无限长”的纸呢？一个幻想在他的脑海中升起。能否用连续化的生产来代替这间些歇式的操作？另一个问号又冒出来了。经过5年的努力奋斗，1798年，罗贝尔终于制作了一个环形的“无端网带”，这就是长网造纸机的“胎儿”。纸浆流入网带上，随着手轮的摇动，洁白的纸页就不断地抄造出来。遂而申报了专利。 1799年，罗贝尔到了英国，鉴于经济窘迫，便把该项专利权卖给了伦敦文具商亨利·福太尼亚。由亨利出资，聘请机械工程师唐金加以改良，按原来的构思重新设计。又经过了5年，1804年，唐金把造纸机按生产流程分为：铜网部、压榨部、干燥部以及卷纸部等。这样第一台实用型的长网造纸机终于完成。由于这种造纸是受亨利的经济支持后才得以实现的，因此有人称它为福太尼亚机。 费曼梦想成真 理查德·费曼是美国的一名物理学家。这位1918年生于纽约的杰出人物于1965年与许温格和朝永振一郎一起分享该年度的诺贝尔物理学奖金。因为他们对量子电动力学的基本粒子物理学做出了杰出的贡献。 1959年，费曼突出奇想：“原子能不能按照我们的意志个个地排列呢？如果能做到这一点，又会产生什么样的结果呢？”当时，这只是一个美好的梦想，谁知到了80年代，费曼竟然梦想成真。 1982年，德国国际商用机器公司苏黎世实验室的宾尼和罗雷尔发明了新一代的电子显微镜——扫描隧道显微镜，它以空前高的分辨率为我们揭示了一个可直观的原子、分子世界。稍后不久，又发明了原子力显微镜，它也可 “看”到原子，并且用途更为广泛。 扫描隧道显微镜不同于以往普通的显微镜，它是通过一根极细的针尖来观察物体的，因此，它的分辨率高得能够直接看到物质表面的原子结构，比电子显微镜还要高10多倍呢！更为惊奇的是，扫描隧道显微镜不仅能“看”到原子，还能通过它与物体表面的相互作用移动原子。这样，当时许多科学家认为，要不了多久，费曼关于移动原子的梦想就会变成现实。 1989年的《时代》周刊上，刊出了一幅奇特的照片：由35个原子排列成的“IBM”3个字母。这便是由美国IBM公司的科学家在扫描隧道显微镜下移动镍晶体表面的氙原子“写”成的，这3个字母被称为当年最不起的公司广告。这一技术是在—263℃的液氦温度下进行的，当然是十分不容易的。 1990年7月，在美国巴尔的摩召开了一次科技会议，正式标志着这一超微技术的诞生，并且命名为“纳米科学”。纳米即毫微米，也就是1微米的万分之一，这样小的程度，连技艺高超的微雕大师也要自叹弗如了。 此后，纳米科学又一步步地向前迈进着。1991年，日本日立制作所中心研究实验室的科学家，在室温下写出了一行原子文字：“PEACE’91”，意思为“和平’91”。德国科学家在2至3个原子的尺度上，在常温常压下进行刻蚀，并获得了成功。美国斯坦福大学的研究人员在百万分之一的头发丝上描绘出了“葛底斯堡”的地址字样，又在 100纳米的尺度上，绘制了一幅斯坦福大学的校徽，真是惟妙惟肖。 科学家们预言，正如 70年代微电子技术产生了信息革命一样，纳米技术将成为下一个信息时代的核心。 微型机器神通广大 人类已经能够把电子器件制成集成电路，在一块指甲大小的片上“集成”成千上万、数十万甚至几百万个电子器件。那么，与之相配的机械装置能不能也“集成”一下呢？自从科学家在纳米科学方面取得了长足进展以后，微型机器已不再是幻想。从1987年开始，美国、德国和日本等国走在了研究的前列。美国的贝尔实验室、加里福尼亚大学柏克莱分校、麻省理工学院等先后研制成功了直径只有125微米、60微米、600微米的晶硅汽轮机和硅静电马达，转速可从每分钟2400转跃升到60万转。前苏联著名的飞机设计师苏哈夫制造成功的超微内燃机，它的汽缸容积仅90毫升，重量仅12.5克，每分钟转速可达12000转，使用的燃料为甲醇、蓖麻油、甲烷的混合物，每毫升燃料可工作45分钟呢！ 更令人惊叹的是，日本东京大学中岛尚正教授等人研制出来的超微发动机，汽缸容积只有0.11毫升，它是利用电热器加热，通过气体体积的变化来推动活塞作上下运动的。这种超微发动机用作超微机器人的动力源，是再合适不过了。 微型机器可以制成一颗小小的“药丸”，医生让病人吞进肚子里，便可以从病人旁边的监测仪上精确地测知病人体内各处的温度是否异常。原来，这台微型机器是由一个微型硅温度计和一套微电子线路构成的，它能不断地向体外和监测仪发送它所测量到的温度信息。 在作血管成形手术时，为了清除血管壁上的硬化瘢块，就必须在病人的动脉中放进一个小气球，并在气球后面拴上一台微型机器——压力传感器，以便及时地告诉医生清除瘢块的进展情况。如果将微型机器注入脑血栓患者的被阻塞动脉内，就可以完成动脉的清通，接好被切断的神经，使脑血栓患者获得康复呢！ 在进行视网膜开刀手术时，眼科医生可将遥控微型机器人放入眼球。在眼球运动的条件下进行难度很大的手术，使医生真正做到得心应手，游刃有余。当然，医生也可以用微型机器为肾脏病人切除拳头大小的肾，而病人体表的刀口只有手指甲那么大。原来，医生先将一只小口袋从小刀口放入病人的腹腔，然后借助微剪刀把肾切成碎片，装进小口袋里，并用微型搅拌机将碎肾片捣烂，这样，不就可以从小刀口中将装肾的小口袋取出来了吗？ 除了医学领域，微型机器也可以用于航天、航海、农业等各行各业。例如，可以把成千上万台微型地震仪分布到地球各处，测量地球的地质构造；可以把微型机器人扔到船下，“吃”掉船底的贝类和苔藓，从而提高航速。可以把大量的微型机器人撒入农田，为农民消灭害虫…… 微型机器真可谓是机器家庭中的“小弟弟”，但是，这位新成员却大有 “青出于蓝而胜于蓝”的气概，它正在大步跨进各行各业。 当然，制造微型机器也并非轻易之举，除了必须具备的高超的技术之外，还必须保持相当洁净的环境，即使是一粒灰尘、一根头发，一旦落到微型机器中，就犹如火车轨道上的大石头，微型机器当然就不能正常运行了。此外，一些轻微的风吹草动，也会使微型机器的零件东分西散。 几个世纪以来，人类依靠自己的勤劳和智慧创造发明了各式各样的机器，如果把它们排列在一起真是琳琅满目、丰富多彩啊！既有闻名于世的蒸汽机，内燃机，也有崭露头角的微型机器，正是它们使人类的生活更加完美，更加便捷。机器的家族伴随着人类从昨天走到了今天，它还将伴随着人类走向明天，开辟新的世界。 |
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