比尔• 盖兹:机器人学将成为下一个热门领域

       想象一下亲身参与某个新产业的诞生。这是个以创新技术为基础的产业,其中有几家知名企业销售高度专业的商用设备,但也有越来越多新兴公司在制造新颖的玩具、专供玩家收藏的玩意儿,以及其它有趣的利基产品。这也是个极为分化的产业,少有共通的标准或平台;计划很复杂,进展相当迟缓,实际应用也相对稀少。尽管有种种激励人心的消息与承诺,事实上却没有人可以确定这个产业何时(或甚至能否)达到临界质量(critical mass)。不过如果达到的话,世界很可能就此改变。

当然,这段话也能用来描述1970年代中期的计算机产业,那时艾伦(Paul Allen)和我刚刚创办了微软。回到当时,各大公司行号、政府部门与其它机构,全都采用昂贵的大型主机支持运算,一流大学与业界实验室的研究员正在创造 信息时代的基本构件;英特尔刚刚推出8080微处理器,雅达利(Atari)正在贩卖红极一时的电动游戏「乒乓」(Pong);在自家成立的计算机俱乐部 里,热心人士努力想发掘出这项新科技究竟能带来什么好处。

但我心里所想的是更远的未来:机器人产业的兴起。这项产业的发展和30年前的计算机业有许多相似之处。想想看,当今自动装配在线所使用的工业机器人,就如 同昨日的大型主机。这项产业的利基产品包括手术专用的机器手臂、部署在伊朗与阿富汗地区用来扫除路边地雷的检查用机器人,以及清理地板的家用机器人。电子 公司生产了会模仿人、狗或恐龙的机器玩具,玩家也急欲拥有最新的乐高机器人系统。

      值此同时,一些全球顶尖的人才正试着解决机器人学里最困难的问题,好比视觉辨识、导航与机器学习,而且渐有成果。2004年,美国国防部高等研究计划署 (DARPA)在加州莫哈未沙漠长达230公里的颠簸道路上,举办了一场自动导航机器人「大挑战」赛 车,结果第一名只跑了12公里,车辆就故障了。但是到了2005年,却有五辆赛车跑完全程,而且冠军车的平均速度达到每小时30公里。(机器人与计算机产 业之间还有另一项有趣的相同点:当今因特网的前身Arpanet,当初也是由DARPA赞助而催生的。

       不仅如此,机器人产业所面临的挑战,也很类似我们30年前在计算机产业里处理的问题。机器人公司没有标准的作业软件,所以可在各种装置上运作的大众化应用 程序也不存在。机器人处理器与其它硬件的标准化还相当有限,某部机器所用的程序代码鲜少能应用在另一部机器上。无论何时,任何人若想建造新的机器人,通常 都得从头开始。

       尽管困难重重,但每当我和机器人领域的人交谈时--包括学院内的研究者、创业家、业余玩家与高中学生,那种兴奋与期盼之情,一再让我回想起艾伦和我当初看 着新技术整合,并且梦想总有一天每个家庭的每张书桌上都会有一部计算机的情景。现在,我又看到一股整合的趋势开始了,可以想见,机器人装置未来终将成为我 们日常生活中普遍存在的一个角色。我相信,许多技术将为新一代的自动装置开启大门,包括分布式运算、声音与视觉辨识,以及无线宽带联机等,将让计算机得以 代替我们完成实体世界里的各项工作。我们即将迈入新时代,在这个新时代里,个人计算机即将起身走下书桌,让我们能够看到、听到、摸到、并且操控另一个地方的对象。

       从科幻小说里走出来(未來家用機器人也許會與科幻小說裡的機器人十分類似!“ROBOT”(机 器人)这个名词,在1921年因为捷克剧作家恰佩克(Karel apek)而变得普遍,其实数千年来,人们一直渴望制作出类似机器人的装置。在希腊与罗马神话里,金工之神以黄金打造了机器奴仆;公元一世纪时,亚历山大 城的海龙(Heron of Alexandria,据信为发明首部蒸汽机的伟大工程师)曾设计出有趣的机器人,据说其中一个还能讲话;达文西在1495年描绘了可站立并移动手脚的机 器骑士,成了公认第一个人型机器人的设计。

       在过去一个世纪,透过艾西莫夫的《我,机器人》等书、「星际大战」系列等电影,以及「星舰奇航」等电视影集,人型机器已经变成通俗文化里常见的角色。虚构 的情节里经常出现机器人,代表人们可以接受「终有一天,这些机器将走入人群,并且成为人类的帮手或甚至同伴」这样的想法。然而,机器人虽然在某些产业占有 重要的一席之地──例如在汽车制造业里,大约每10个工人就会有一个机器人,但真实的机器人距离科幻小说里的同伴,还有很大的一段距离。

       造成距离的原因之一在于,计算机与机器人比预期中更难感应周遭环境,也无法快速而准确的做出反应。事实证明,想把人类习以为常的能力赋予机器人,比如在房 内定位出自己与其它对象的相对方向,对声音做出反应以及诠释语音,抓握不同尺寸、质感与易碎度的对象,都是难上加难的事。即使只是分辨打开的门与窗户之间 的不同这般简单的事,对机器人来说仍然极为不易。

       不过研究者已经开始寻找答案了。其中一项有帮助的趋势是,庞大的计算机运算能力越来越便宜了。100万赫兹的运算能力在1970年的价格超过7000美 元,但现在只要几毛钱就买得到;100万位储存空间的价格也同样大幅滑落。为了让机器人成真,科学家必须解决许多困难的基础问题,而便宜的运算能力提供了 不少帮助。举例来说,今天的声音辨识程序已经具有相当不错的字汇辨识能力,但更大的挑战是,让机器能够理解这些字汇在前后文中的意义。随着运算能力继续增 强,机器人设计师可望取得必要的运算能力,进而处理更复杂的问题。

       机器人的发展还有另一项瓶颈,那就是昂贵的硬件,好比机器人用来测定距离的感应器,以及马达和伺服电动机,机器人得靠它们才有力量,并且才能够精细地处理对 象。但硬件的价格也在快速滑落,几年前,机器人用来精确测量距离的雷射测距仪,价格还高达一万美元左右,现在大概只要2000美元。而新型的超宽带雷达感 应器不仅更精准,价格甚至更便宜。

现在,工程师可在合理的成本之下,为机器人加装全球定位系统芯片、摄影机、数组传声器(比传统传声器更能从背景噪声中分辨出特定声音),以及一大堆附加的 感应器,机器人的功能当然变得更强;再加上强大的运算能力与庞大的储存空间,今天的机器人已经有办法在房内吸尘,或协助清除路边的地雷。几年前,还没有任 何商用机器能执行这些工作。机器人也需要BASIC。

2004年2月,我造访了一些美国的顶尖大学,包括卡内基美伦大学、麻省理工学院、哈佛、康乃尔和伊利诺大学,探讨计算机在解决社会一些最紧迫的问题上, 可扮演什么重要的角色。我的目标是协助学生了解信息科学有多么精采且重要,也希望鼓励其中一些人以科技为志业。在每一所大学演讲完之后,我总是有机会前往 学校的信息科学系,亲自参观一些最有趣的研究计划。几乎没有例外,每次我都会看到至少一个有关机器人的计划。

       当时,学术界和商用机器人公司也曾询问我在微软的同事,我们公司是否也有进行机器人方面的研究,或许可在研发上助他们一臂之力。我们并没有,所以我们决定 好好研究一下。于是我请特罗尔(Tandy Trower)展开大规模的访查工作,和机器人社群的成员好好谈一谈。特罗尔是我的幕僚之一,也是在公司服务25年的资深员工,他发现大家对机器人的潜力 都很感兴趣,而且整个产业都希望能有一些工具可减轻研发的难度。特罗尔结束访查任务之后,在交给我的报告上写着:「许多人认为机器人产业正面临技术上的转 折点,如果能够移转到个人计算机架构上,将是更为合理的方法。就像卡内基美伦大学的DARPA大挑战参赛小组领队惠塔克说过的,硬件的功能几乎已经齐全 了,现在的问题是怎么设计出正确的软件。

       回到个人计算机刚出现的年代,我们知道自己需要一种要素,来把所有的先驱工作带到临界质量,才能整合出真正的产业,制造出商业上真正有用的产品。结果显 示,我们需要的是微软BASIC。我们在1970年代创造的这种程序语言,提供了一个共通的基础,于是,为特定硬件开发的程序,也能在另一套硬件上执行 了。BASIC让计算机程序设计变得容易许多,吸引越来越多人进入这个产业。虽然许多人在个人计算机的发展上都有卓越的贡献,但微软的BASIC却带动软 硬件的革新,无疑是个人计算机革命的重要推手。

       阅读过特罗尔的报告之后,有件事似乎清楚了起来。机器人产业若想如30年前的个人计算机产业一般,达成跳跃式的进步,就必须找到这项缺失的要素。因此我请 特罗尔召集一小队人马,与机器人学的研究者展开合作,研究目的是创造一套程序设计工具,提供基本方针,让每个对机器人感兴趣的人,只要有基本的计算机程序 概念,都能轻易撰写出可在各类硬件上执行的机器人应用程序。看看能否提供共通的低阶基础,以便整合机器人设计中的软硬件,就像微软BASIC当初在计算机 程序设计上的功能一样。

【意犹未尽吗?欲阅读完整全文,请参阅科学人2007年2月号〈家家都有机器人〉】