机器人管家就要来了。它正在全球各大学的实验室和政府研究中心中进行研制，很快就会出现在我们身边。一些科学家正在为它设计灵巧的手指；另一些科学家则在集中精力为它研制灵敏而且有质感的人造皮肤；一个日德联合研究小组正在康奈尔大学和马萨诸塞州尼达姆的奥林大学进行工作，他们在努力解决一个重大难题—设计出一种能让机器人用两条腿高效行走的机构。接下来的问题是如何构建机器人的大脑，赋予机器人以人工智能，让它们能控制自己的肢体和手指，并与陌生人或者家庭成员进行交流，更重要的是，我们必须能让它烤出一份美味的馅饼。
当然，很多顶尖机器人专家并不是看好了未来家庭服务机器人的市场前景，他们的研究动机非常单纯。例如康奈尔大学的工程师安迪·瑞纳，他正在制造能够用双脚行走的机器人，以便他更好地了解人类的运动，并寻找一种帮助那些腿脚不便的老年人的方法。至于其他人，例如卡耐基大学的计算机科学家詹姆斯·库夫纳和奥林大学的工程师吉尔·普拉特，则确信现在正在进行的各种单独的研究工作终将聚合成为一个整体—一部人形机器。普拉特认为这将把我们从诸如除草这样枯燥的家务劳动中解放出来：你会看到一个真正的多用途家用机器人。
开发多用途的人形机器人我们需要在5个关键领域取得突破：交互性、运动、导航、操作性和智能。幸运的是，所有这些领域的研究在过去几年中均取得了重大的突破与进步。
关键1：交互
杰克为他的机器人取了一个毫无创意的名字—吉夫斯(美国作家P.G沃德豪斯小说中人物，一般用来指理想的男仆)，它注视着我的眼睛说：“您好。”强烈的妒忌感令我忘记了答礼。我早就听说过这些新型人形机器人，但是它们的价格并不是我能负担得起的。“这是格雷格，”杰克插嘴说，“他是我的一个朋友。”“很高兴认识您，格雷格，”机器人吉夫斯用一种低沉柔和的声音说，“我能帮您拿包么？它看起来很重。”我考虑了一下说，“好吧。在你忙活的时候，给我来一杯啤酒如何？”吉夫斯将它的头歪向一侧，它的机械眉毛皱了起来。杰克重复了我的要求，“格雷格想要你给他拿一杯啤酒。”
专家认为，与机器人打交道不是非常困难的事情。马萨诸塞州伯灵顿的iRobot公司的首席执行官柯林·安吉尔说，60%的Roomba(iRobot公司生产的一种机器人吸尘器)拥有者都非常喜爱他们的吸尘器，并且为这些吸尘器起了名字(其中吉夫斯和罗西是最常见的)。为了研制更高级的机器，正在研究人机交互这一新生领域的科学家认为，表面上的简单交互能力就能极大地提升人们的满意程度—能够扬起的眉毛或者能转动的头部都能使人形机器人看上去更接近人类。而且我们经常会对那些不直视我们的人产生不信任感，机器人则会直面我们的目光。
这并非是说机器人会无聊地瞪着你。一个机器人管家在注视一张面孔时会对其进行扫描，并与已经存储在它的数据库中的面孔的肤色和典型特征进行对比。假如机器人以前曾经遇见过对方，它就会知道这是谁；如果没有遇见过对方，它可能会询问陌生人的姓名并将信息存储起来，以便在下次见面时用一种更为亲切的方式问候对方。
德国卡尔斯鲁厄大学的计算机科学和语言学家哈特维·霍尔茨阿普费尔已经研制出了一种名为Armar-3的、具备基本交互能力的人形机器人。他说，下一个大的挑战是研制出能够理解我们的指令的机器人。指令转换过程的基础是语音识别系统，这种系统能够翻译指令中的词语，并将其与存储在机器人存储器中的语音库进行对比。如果短语过于晦涩，在机器人的存储器中找不到合适的匹配，那么机器人可能会要求你的解释，或者它也可能仅仅做出一个疑惑的表情。最后，在说话者将命令转化成明确的指令后，机器人会对相匹配的含义进行鉴别，并激活一连串的代换法则以执行相应的动作。
可是，在一些科学家看来，这种级别的交互性还不够深入。在美国麻省理工学院的多媒体实验室中，研究认知科学的科学家戴伯·罗伊和他的团队正在训练他们的机器人，这个名为Trisk的机器人可以通过体验了解那些基础的概念，并将词语与其含义联系起来。例如，研究者让Trisk通过提举物体来体验何为重力，而不是简单地将“重力”的概念通过预先设定好的程序输入机器人的脑中。罗伊的研究可以使机器人明白我们所说的话—不是通过它们处理器中内置的编程定义，而是由机器人自己通过体验来学习。
关键2：运动
将我的提包放入壁橱之后，吉夫斯走向地下室，杰克在那里放置了一个贮酒专用的冰箱。“快跑，去取点啤酒来，”我在吉夫斯身后叫道，我现在已经开始享受这个全机械化佣人的服务了。吉夫斯立刻逐字执行了我的命令—真是个笨机器人！—它马上开始加快步伐，从角落处转进厨房，然后飞快地走下地下室台阶，抓起一个瓶子，又飞快地跑上楼。
目前最为人们所熟悉的人形机器人当属本田公司研制的小型机器人Asimo，它很像《星球大战》里面的战斗机器人，能跑动，能爬楼梯，甚至还能跳舞。而且它的设计使其可以避免摔倒，所以安全性也很好。但是由于在它肢体的所有关节上都有电动机来控制每一个活动，Asimo需要相当多的能量。它的电池只能支持30分钟—甚至撑不过一次晚宴。
最近机器人专家开始从另一个角度对双足运动方式进行研究。去年，几个研究小组几乎同时发布了能够随意自由行走的人形机器人设计。比起那些全部活动都要由电机驱动、并且每行进一步都要小心翼翼地进行校准的机器人，它们的腿部活动更像是钟摆。其结果就是这类步行机器人行走起来更有效率。不幸的是，它们很不稳定。安迪·瑞纳就批评了他所领导的研究小组开发的机器人：“它只能做一件事情，就是沿着直线行走。它甚至无法在跌倒后自己站起来。”
为了使一个人形机器人能在房间里跑来跑去而不会跌倒，并且只要进行一次充电就能完成交给它的家务事，研究者们需要在稳定性和效率中间找到一个最佳平衡点。一些机器人专家指出，作为未来的解决方案之一，随着人造肌肉的开发—这种材料能够对电荷或者脉冲指令作出反应，进行收缩或者扩张—这种改良的新型驱动装置能够带来更直接的性能提升。如果能有一种更小巧、能耗更低的系统来驱动Asimo的腿，它就不需要频繁地跑回充电站了。
关键3：导航
当吉夫斯拿着啤酒迅速通过厨房时，家里那只还没有适应新管家的约克夏狗将自己正正地挡在门口不肯动。为了避免冲突，机器人选择了另外一条道路。它转过身，跨过儿童房门进入起居室，但是它又遭遇了另外一个麻烦：房间里遍地都是杰克两岁大的孩子乱扔的积木和填充动物玩具。吉夫斯的程序设置中会优先拾取这类物品—同时还可能包括额外的吸尘、擦洗地板，掸灰尘和清洗盘碟—但是现在提供啤酒具有了更高的优先权。因此它小心翼翼地穿过房间，仔细避开每一件玩具，然后将啤酒送到我手上。
机器人专家对于一个机器人管家是否需要腿的问题仍在进行激烈的辩论。虽然现在甚至连轮椅都能攀爬楼梯了，但是两足行走依旧有着明显的优势。在通过一个零乱的房间之前，一个利用轮子行走的机器人不得不先为自己清理出一条道路，而一个两足机器人则只需要小心一点就能够通过，甚至还能从障碍物上跨过去。
无论是步行还是滚动，机器人管家都需要先为自己找到一条道路。首先，它需要合适的硬件来感知障碍物。一些科学家提倡安装仿真传感器—激光脉冲探测仪、红外线装置、三维探测器—这些传感器能够连续地提供详细的修正信息，以及包括房间中每一样物品的形状、尺寸和位置的360度环境模型。有一些纯化论者认为，人形机器人拥有的能力不应该高于人类。这种观点在日本比在美国更为普遍，它以类哲学的方式对机器人制造工作提出了挑战。这一阵营的人声称，机器人管家用两条腿行走是因为人类就是如此做的，而并非是由于腿比轮子更好。对他们而言，利用激光脉冲估测物体的距离，而不是仅仅像人类那样依赖双目观测的话，将会破坏为在机械中复制人类能力而作出的努力，是一种欺骗行为。
詹姆斯·库夫纳负责设计虚拟或实体机器人的路线规划系统，他的工作就好像教机器人如何在国际象棋棋盘上进行决策。当穿过房间时，机器人使用目标识别软件来帮助自己决定什么东西可以挪走而什么东西需要绕过—例如将办公椅和巨大的沙发进行比较。每一步的考虑都是为了实现一个长期目标：到达房间的另一侧。机器人会选择一条综合考虑了速度、安全、效率等因素的最佳路径，随后开始移动。在行进过程中它会不断更新环境模型，校验是否会有因素发生变化，并确定它选择的是最佳路线。
关键4：操控
在起居室里，吉夫斯询问我是否还有其他要求。“何时准备晚餐呢？”杰克问。他和他即将到家的妻子米娅点了一道他们最喜欢的菜：橄榄油炒蒜蓉牛肉。“7点整。”吉夫斯回答道。在迅速把凌乱的房间打扫干净之后，吉夫斯从冰箱中取出食物的原材料开始准备晚餐。橄榄油在炉子上方的吊柜里—吉夫斯的手指和手掌上覆盖着灵敏的人造皮肤，就好像是第二双眼睛一般—它的手指轻轻地碰触到橄榄油瓶子，然后轻柔地握住瓶颈将它取了下来。
自动操作是一种可以在不毁坏或者丢弃未知物品的前提下掌握和研究它们的能力，这是一个正在成长的研究领域，它通过为机器人配备用于融入和学习其所处环境所必需的工具，促进机器人的智能化行动。这也是一项非常重要的基础研究。我们希望机器人能够操作真空吸尘器或洗碗机，会开门，还能用刀切碎大蒜和芹菜，而这一切工作都需要一双灵巧的双手。
美国航空航天局的Robonaut是一种被设计用于执行太空站保养和维修任务的机器人，它有着纤细的、与人类手掌大小接近的机械手，能够使用多种工具。去年，东京大学的机器人专家研发出一种能够捕捉飞行速度高达300千米/小时的弹球的机械手。这是一项重大的进步，但是如机器人专家所称，操作的另一个关键是触觉。“我们的皮肤是一种非常好的传感器。”马萨诸塞大学阿默斯特校区机器人专家奥立佛·布洛克说，他也是能够开门的机械手的开发者。
麻省理工学院的机器人专家埃杜阿多·特瑞斯-贾拉对一种名叫Obrero的独臂机器人进行了改进，Obrero在指尖和手掌处都采用了人造皮肤，不仅能够感知事物的存在和所需使用的力量大小，还能感知到那些压力被应用在哪些方向上。假如一瓶橄榄油开始从一个机器人厨师的手中滑落，那么人造皮肤将会告诉机器人这瓶橄榄油正在掉落，使其能够在瓶子落到地上之前重新抓住它。
关键5：智能
准备好了供3人用餐的餐桌子后，吉夫斯宣布晚餐准备好了。杰克、米娅和我开始愉快地讨论新近颁布的关于私人飞车的法规。当我落座时，吉夫斯俯身将热气腾腾的饭菜摆放在我面前，这暂时停止了我们的讨论，因此我向吉夫斯询问它对这个问题是如何看待的。
一个家用机器人的智力能够达到何种程度现在还是一个未知数。为机器人赋予智能有两种基本方法—“自下而上”或“自上而下”。机器人的创造者想使机器人的大脑能够学习并自行发展，当它发展到较成熟的阶段时就能获得智能。由此推测，我们的机器人管家也许最后真的能够对交通规则发表它自己的看法。
这种在美国的机器人实验室中比较普遍。这是一种精妙的方法，依赖于控制机器人完成任务的专门的运算法则。“如果机器人的大脑采用这种设计，那么机器人将更像是一台电脑，将不能明确地表达自己的观点。”卡内基梅隆大学的库夫纳说。机器人的主人可以选择一个只能完成基本家务工作的低级版本，然后像使用电脑那样逐渐为机器人添加像“烤火鸡”这样的家务程序。
关于智能的分歧也许最终会由消费者作出决定。他们是喜欢像吉夫斯那样、如果没人跟它说话它就保持沉默、而且只能用社交辞令与人沟通的机器人管家；还是喜欢一个能够取悦主人的朋友，并在主人年老的时候陪伴他们的机器人管家呢？在通向机器人的未来之路上，这是在某些关键时刻必须作出的选择。“我们越来越接近这一时刻了，”库夫纳说，他认为最多再过50年，我们就能让机器人为我们准备一日三餐了，“技术的发展日新月异，而且速度非常快。”
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机器人的智慧之源
吉尔·普拉特
他研制的仿肌肉弹簧式电动机能够更有效、灵活地驱动机器人的四肢。
就像绝大多数孩子一样，小时候的吉尔·普拉特在父母要求他清理自己房间的时候总是感到非常郁闷。但与多数孩子不同的是，普拉特是著名科幻作家艾萨克·阿西莫夫的铁杆读者，也是以巨大的钢铁机器人为主角的电视连续剧《Gigantor》的狂热爱好者。他坚信一定有一种比自己亲自劳动更好的选择。“我想要一个机器人替我干家务活。”他回忆说。
30多年过去了，现年45岁的普拉特已经是3个孩子的父亲，也是一名人形机器人驱动装置的研究专家。他取得的第一项重大突破是在1993年，那时他发明了连续致动器。这套装置包括了一个能够提升机器人肢体的能效并减少其硬度、带有弹簧的电动机。该致动器成了M2机器人的机械式肌肉替代品，这种用双腿行走的人形机器人是在上世纪90年代末，当普拉特主管麻省理工学院的假肢实验室时开发的。
M2的研究在2001年同普拉特一起转移到了马萨诸塞州尼达姆的一所新成立的学校—奥林大学。在这里，普拉特开始对M2进行进一步的改进，以在能耗和平衡能力之间找到一个完美的平衡点。目前，世界上最先进的机器人技术都在日本和美国，但是无论是日本还是美国研制的机器人都有各自的不足：美国科学家开发的高能效人形机器人在稳定性方面有所欠缺，而来自亚洲的两足机器人尽管具有完美的平衡能力但却能耗过大，普拉特希望M2机器人能在两者之间找到一个理想的平衡点。
普拉特， 确信多功能人形机器人在目前的技术水平下已经可以实现了—而且它们也有开发的必要。他认为，人形机器人能将人类从家务活中解放出来，使得我们能够用大脑进行更高级别的思考。不过他并不赞成由机器人来照看孩子。“我希望机器人能替我做家务，但是我要自己和孩子们在一起。”普拉特说。
詹姆斯·库夫纳
识别障碍物相对比较简单，而避开它们才更难。
卡内基·梅隆大学的计算机科学家詹姆斯·库夫纳有一个并不是很明确的目标：赋予机器人足够的智力，使之能够通过类似家庭环境的障碍训练场。由于三维成像和激光脉冲技术的进步，让机器人能够感知物品的硬件已经基本得以解决。“现在主要欠缺的是软件。”库夫纳说。
库夫纳现年35岁，当他还是个学生的时候，就意识到如果自己希望站在机器人学科的最前沿，就必须到日本去。因此他自学了日语并且师从于机器人学科的领袖人物、日本东京大学的井上博允教授，并获得了博士后的头衔。尽管井上教授的机器人在机械性能上远比美国的机器人先进，但它们的智能非常有限。因此库夫纳改写了全部代码，提升了机器人的能力，并为自己在井上教授的研究团队中赢得了一个长期职位。
库夫纳每年都要用两个月的时间在日本测试他的导航软件。他首先在虚拟世界中运行他的算法库，然后将代码输入到像本田的Asimo和HRP-2(这款机器人是井上教授研制的，你可以把它看作是《变形金刚》中的主角擎天柱的小兄弟)这样真正的机器人中。机器人运用它们的传感器去构造自身所处环境的模型，而库夫纳的软件使得它们能够进行权重比较并选择路径。
作为一个从不后悔的乐天派，库夫纳相信功能更强的软件总有一天会实现为家庭机器人导航的目标。他有一个小小的愿望：“我希望能有一个机器人为我烤一份美味的馅饼。”
埃杜阿多·特瑞斯-贾拉
带有“皮肤”、能够模拟人类复杂触觉的机械手。
埃杜阿多·特瑞斯-贾拉的作品仅有3根手指和几小块不平滑的绿色皮肤。目前，它被用在一个名叫Obrero(西班牙语“工人”之意)的机器人上，但是特瑞斯-贾拉希望有朝一日更先进的手指和皮肤能够完成折叠衣服、清理洗碗机—甚至拾取火星岩石这样的工作。
特瑞斯-贾拉现年34岁，在1999年加入麻省理工学院类人形机器人研究团队之前，他是一个在家乡厄瓜多尔帮人进行电子投机商务的经理人。被皮肤包裹的机械手的创意产生于他早年接手的一个项目，该项目涉及到一种能够在电力下降时自动接上插头充电的“自动供给式”机器人。摄像头能帮助机器人找到电源插座，但是如何令机器人将插头准确无误的插进插座则是一个巨大的挑战，因为大部分机械手指都不够灵敏。“对于一个人来说，这件事轻而易举，但是对于机器人而言就非常复杂了。”特瑞斯-贾拉说。
在那之后，他开始了能够模拟人类复杂触觉的机械手的研究。他开发了一种带有皱褶的、类似人类皮肤的仿生构造，并创造出了一种带有细小的、对压力十分敏感的传感器的人造皮肤，这种皮肤能够感知力的方向。他将这些成果都应用在了Obrero机器人上，并在Obrero的手指、手腕和手臂中应用了高灵敏且富有弹性的致动器，使Obrero能控制力量的大小，并能用手去摸索桌子上的物品，就好像人类在黑暗的房间中用手指去寻找电灯开关那样。
（RobotSky编辑：Jones）
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