作者：陆文虎 等人 转贴自：《教育科学》2005.12 转载于:
http://www.yrobot.net
近年来,在研究文化创造性产业时,我们发现国外机器人的研究、开发及制造已蔚为壮观,形成了一个与文化产业、科学技术有紧密关系的未来产业。参与者除了科技工作者、大学研究梯队、企业产品的专门设计人员之外,更有一大批青少年积极加入这一新兴的科学技术潮流中,有关的竞赛活动势如破竹,方兴未艾。相比之下,我国在这一领域的发展显得沉寂。联想到我国在电讯业、IT 业、影视艺术、文化娱乐等方面的迅猛发展,以及对学生进行素质教育理念与实践的深入进行,我们深感应在机器人研究与制造方面抓住契机,迎头赶上,尽快在青少年中开展机器人制作教育。
一
机器人制作教育现状如何? 又给我国该领域的发展带来哪些挑战呢?
机器人(又称机械手,机械人,英文名称: Robot ) ,在人类科技发展史上已有悠久历史。早在三国时代,诸葛亮发明的木牛流马即是机器人的雏形。随着近代工业革命的开展,机器产业成为近代工业的主要支柱。由于科学幻想所系的“永动机”、太空探险以及梦想解决人的机能所无法达致境界的求新意念,推动科学家想研究创造出种种能够代替人的机械。上世纪六、七十年代的自动化机器、无人操纵的飞行器等等,即是此产业发展链条上的一个大胆的尝试与突破。近二十年中,因为电脑技术、电子产品及生物遗传工程等技术的大踏步发展,机器人的研发热潮已从专业人士的实验室中走了出来,成为一种综合性科研开发活动,参与者也打破了各行各业的画地为牢、各自为政的困局,开始了纵横连合、争奇斗妍、蔚为壮观的研究与制作尝试。
在这一热潮中,最为突出的是国外青少年及在校大学生的积极参与。国外青少年热衷于机器人活动可能基于这样的历史背景和文化环境:一是高新科技(尤其是IT 的超速发展);二是漫画、电影、电视、体育竞赛、电子游戏及互联网的影响。后者与当代的文化语境有很大关系。譬如:好莱坞电影《星球大战》中出现了不少机器人,日本动漫画家笔下不断出现卡通人物阿童木、多啦A梦、铁甲战士、假面机器人等,使许多本来对机械组装、手工制作不感兴趣但又热衷于动漫(卡通) 、打电子游戏机的青少年,也开始对之持有兴趣并引发出了以小组或团队制作机器人的专业比赛,包括对打、足球、篮球、摔跤、运物、赛跑等,以及与当代体育灵巧运动有关的项目。
举办各类竞赛已成为机器人研发热潮的一个新动力,因为只有激烈的对抗比赛才能激发参赛者的创新意念及制作能力,人们争相以最强、最富创意的产品出场以获取胜利。机器人的国际比赛,目前以“机器人世界杯锦标赛”最具国际性,每年在世界各地举行一次〔1〕。这是比照足球世界杯比赛的形式而策划的,集高新科技、娱乐性及竞技性为一体的大型比赛,吸引了大量青少年选手及观众。2004年的比赛于葡萄牙首都里斯本举行,37 国346 队约1600 名选手(基本上是年轻人)参赛。今年7月中,锦标赛移师日本大阪,共有30 个国家330 个代表队约2000名选手参赛,盛况空前。会后又举行了旨在共享有关资讯、倡导全面公开理论技术资料的学术研讨会。 开展不同级别、科目、门类的比赛,以日本最为蓬勃。日本的ROBO —ONE 至今已举行7 届,今年韩国制作者Jeon Young —Su 携其作品TAEKWON —V 跨国参加在东京的比赛,获得项目冠军〔2〕。平时,日本的大学生也曾组队去美国进行友谊比赛等活动,与美国学生切磋技艺,交换资料及情况。最值得注目的是日本的“青少年机器人大赛”,比赛分为2个级别,一为小学生至初中二年级;二为初三学生至高中生。这个比赛有区、市、县的对抗及选拔赛,最佳代表队参加全国比赛。从比赛的场面来看十分热闹,各地电视台的现场转播为整个赛事推波助澜。此外,还有“机器人创造国际竞技大赛”,“全日本机器人相扑大赛”“, 全国高中机器人大赛”等等。并分有年龄级别、专项比赛,对参赛者年龄及机器人的体高、体积、配置、电源等都订有明确的规定。与此同时,韩国的青少年中也正在掀起一股机器人热潮。韩国政府与企业正在投入大量资金开发机器人产业,并使之逐步商品化。9月21 日韩国政府宣布,准备开发高级尖端作战机器人。国防部、信息部和交通部已经批准这项耗资3240万美元的联合工程,计划在2011 年前研制成功这种机器人〔3 在美、日、德、法、韩等国,机器人产业的开发正在受到重视,一般采取所谓“官产学”形式。“官”即政府制定政策及倾斜支持,调整产业结构。据情报显示,日本政府正在调整全国的产业制造结构,名古屋中部地区的未来产业为新型汽车工业,以大阪为中心的关西地方将以机器人产业为主,东京地区以资讯情报化为中心,等等;“产”即产业界的自我分类的研究与开发,并将之变成产品,取得经济效益;“学”即学校设置专门的课程(学科) ,教材既有大学教授编写的,也有产业研究所编写的。专门出售关于机器人制作的教科书、教材及装配零件、专门杂志等也已成行成市,许多公司改变既有行业,转而生产为此服务的产品。虽然,断言这一切将导致一场工业革命还为时过早,但可以预计的是,未来20 年,机器人产业将成为未来新产业的一个领先潮流,介入到综合国力竞争、现代化高科技战争以及青少年教育之中。
二
展望未来机器人制作领域的前景,为我们在青少年中进行机器人制作教育带来很多有益的启示。世纪之交,生物遗传工程因“克隆人”的出现而引致伦理、法律及道德问题的争议“, 克隆人”能否问世仍然是一个未知数,但机器人的研发正在取而代之,并以越来越接近人性化为追寻目标。
机器人的制作绝非只是液压机械与电子产品的混成物,要将机器人造得越来越人性化,就要兼及生命医学、传感、光学及创造性的文化产业等方面。比如机器人的关节就需要研究中医的经络学、生物学上的神经刺激反应以及文化产品的某种造型特征(其中很重要的是民族特征的外表 等等。英国的科学家甚至预言,到2020 年,随着机器人愈来愈精密和使用有机零件制造,它们将会受到“机器人权”的保护, 机器人的研究从一开始就是拟人化的。机械手、机械臂的开发与制作,其用意都是以机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来,机器人的开发不仅越来越优化,而且涵盖了许多领域,应用的范畴十分广阔。大而言之,用之于太空开发,月球车,深海探测器,海洋石油开采,航天飞机机械臂等,小至微型手术机械,生命监测仪等。军事上的用途更是日新月异,从拆弹器、清除地雷器到无人驾驶飞机、战车,有人甚至预测未来战争可能如星球大战一样,是机器人的战争。至于工业、农业、遗传生物产业、医学,文化产业、电讯业、能源开发,都将因机器人的大量登场而出现产业革命。毋庸置疑,未来的机器人将会朝着三个方面发展:
第一,与人类社会的生产生活更为密切地结合起来,以为人服务作为要素。
20 年后,家中扫除、清洁的工作或老人的护理保健工作可能全部由机器人取代。美国旧金山的医院已开始使用机器人开展为病人送药、配药的服务。美国的阿伊机器人公司的总裁接受媒体采访时表示,该公司生产的家用大扫除机器人产品,2002 年只有一百二十万美元销售额,到2004 年已猛增10倍以上。还有,家居的全自动化,无需驾驶的自动汽车,等等,实在无法一一计数或作出预计。
第二,仿生性,生物性的大趋向。
目前,有很多部门以趣味性、生物性来制造机器狗、猫、鱼等动物。如日本三菱重工附属公司Ryomei Engi2neering 研制成功的金色机械鱼“金鯱”长1公尺,重25公斤,能自动畅游于水中,可协助监察桥梁的保安和搜集鱼汛,监视河水污染等。索尼公司研制的Aibo 机器狗会对主人声音有情绪反应,已能够模仿喜怒哀乐和恐惧等情绪,将来可出现代替真正导盲犬的机器狗。另外,电影《侏罗纪公园》的恐龙机器人等也是例子,这类仿生性机器人还被广泛用于军事上的侦察救险、情报传送,甚至杀敌于无形的手段上去。美国夏威夷大学设有水下机器人研究中心,已具规模。今年八月初俄罗斯迷你潜艇在海底被渔网所缠,困于190 米下的深海,就是得助于英国的“天蝎”号救援艇而脱险的“, 天蝎”号就是海底机器人。
第三,最重要的发展是人性化。
今年三月至九月于日本爱知举行的万国博览会,被称为机器人的大集合之展览会,在展场中,接待工作、清扫工作、警备工作等,多以机器人替代。博览会期间还举办多项活动,其中最引人注目的是人工智能及人性化的机器人表演。大阪大学工学院石黑浩教授制作的“Actroid Repliee”,以“电视台新闻播音员”的外貌出现,其手、头和上身皆可自如活动,外形逼真,惟妙惟肖。还有造型奇特有趣的高尔夫球机器人“坎迪一5”,内置整个高尔夫球场的3D 地形和球会会员的资料,并设置有全球卫星定位系统,能作360 度自如旋转。此外,还有具备“视觉”、“味蕾”的机器人,它的红外线测定可以对食物及饮品的成份、含量马上作出判定。最引人注目的是机器人管乐队的演奏,以机器人演奏真正的乐器,而且队形不断变换,演奏技术臻于上乘。东京大学于今年八月公布已开发出人的仿真性皮肤,可如人一样感受冷热、痛楚、温度反应,甚至一些人的皮肤未具有的功能都可以设定,这对机器人的人性化发展又是一大进步。凡此种种,不一而足。
如此迅猛的机器人研发态势和如此广阔的发展前景,给我们带来很多启示。最重要的启示就是一定要尽快在我国青少年中普遍开展机器人制作教育。
邓小平同志曾说,抓计算机要从娃娃抓起。机器人制作教育同样如此。青少年对于未知世界有强烈的求知欲与丰富的想象力,容易为新生事物所吸引。中国青少年在上世纪五、六十年代醉心于自己组装矿石收音机、自制航模等即是例证。但新一代的青少年因所接收的社会资讯及知识具有快餐化倾向及爆炸性困扰,对于枯燥的科学研究渐有乏人间津的倾向。机器人的出现因带有卡通人物、电影、体育竞赛等文化产业的强烈印记,可以吸引他们的兴趣,触发其创造灵感,兼之通过激烈的对抗比赛而激发出创造发明的智慧与技能。大略言之,开展机器人制作教育对我国青少年将有下述几个良好的改变:
其一,丰富文化生活,培养动手能力。由于生活水平的提高,现在的青少年自己动手制作玩具及科学模具的能力日益降低,创造发明的意念也渐呈弱化趋势。所有令他们爱不释手的玩具均是玩具商生产出来的,亦即是需用钱买来的。长此以往,将使未来中国少年儿童的求生能力、自我创造能力不断减低、变弱,这对于一个民族的科学发展是十分不利的。自我组装、制造机器人不但会提升青少年的科学兴趣,同时也会从小培养他们养成凡事自己动手的良好生活习惯。
其二,锻炼意志品质,培养团队精神。机器人制作涉及相关领域多种门类的专门知识,青少年必须广泛涉猎,持之以恒,才能有所成就。机器人的制作过程,正是锻炼意志、培养坚韧品质的过程。机器人制作一般都以二人、三人或一个团队的形式进行,群策群力,共同作业,就像体育比赛中的接力赛一样,缺一不可,整体的实力远超出个人的能力的发挥。
其三,激发创新精神,培养科学兴趣。人们一直在思考和探索如何开发青少年智力的问题。参与机器人制作是一项非常有效的引导,使他们自小就对科学产生兴趣。机器人的使用面极广泛,青少年在参与这一活动时不但会对科学产生兴趣,获得科普知识,同时也将激发他们的创新能力。
第四,改革教育模式,发现储备人才。现在的中小学教育,大多以追求升学考试为唯一目标,长远来说,这将对我国人材梯队建设形成巨大的隐形伤害。推广机器人制作活动有利于学生的身心、智力健康发展。通过各类各级的机器人比赛、对抗赛等活动,可以发现一大批天才的小科学家,引领更多的青少年专注于理工科类的发明创造,使我国科技界形成雄厚的人才优势。作为一个将引领未来科技发展潮流、形成巨大新兴产业的科技活动,机器人研发意义重大。在青少年中开展相关教育活动,宜早不宜迟,宜宽不宜窄。它必将培养青少年的科学创造及发明的兴趣,培养和储备一批高科技人才,为中国科技赶超世界先进水平及发展技术型经济、开拓新的知识产权市场奠定基础。“他山之石,可以为错”,只有意识到我们与国外的差距,乘国力日益强盛 之势,尽快地进行倡导、投入与研究开发,今天的中国青少年才能在未来的世界先进行列中谋得一席,才能在未来的人才竞争、科技竞争、综合国力竞争中立于不败之地。
三
借鉴国外机器人制作教育及各种竞赛活动蓬勃开展的做法,我们倡言,应在我国青少年中及早并大力推行机器人制作方面的教育和竞赛活动。
目前,世界上先进的工业化国家都十分注重机器人的研究开发,投入大量的人力、财力和物力,优化环境及指标,形成实用化及产业化的趋势。特别是他们更重视培养年轻一代的兴趣,吸引他们投入,以形成人材梯队,锻造出新的产业队伍。除了编写教材,进行普及性教育宣传(如针对小学生举办夏今营、体验性教育、博物馆实验课程等等),他们还结合新的好莱坞电影及文化产品的出现而应时地制造玩具型机器人,以流行包装及合适的语言引领新潮流,营造时尚、新潮的氛围。
相对于国外的先发、领跑优势,我国机器人制作的研发远远落后于美、日、韩等国,尤其是在青少年中远未开展机器人的组装、制作活动。
我国的机器人研发工作基本上属于科学研究的项目。国人对于机器人的认识可能存在着两个误区,一是将机器人的开发视作西方国家纯粹为了解决劳动力不足而去研制的,而中国是世界人口大国,劳动力低廉,不必去开发此类产品;二是视机器人为孩子们的玩具,没有注意到一个新的界面,就是二者的结合导致了一种新的未来产业。
机器人的研发及产业化在近十年中有突飞猛进、一枝独秀的上升态势。与电脑、电讯行业等高科技产业不同的是,无论电脑、电讯行业还是互联网,都是从研究开发到推入市场的商品化之后,才成为年轻人最热心的工具。机器人的研发与制作则分为三个不同的层次:一是大学及科学研究机构的教学与研究的项目;二是企业将已通过检验的机器人研究成果化为产品或商品,进行市场化的投入;三是青少年的积极参与,从自己制作到校际、地区及全国的分门别类的竞赛活动中脱颖而出。上述三个方面,在第一、第二方面,我国的有关机构及某些工科大学已有所投入,某些项目已达到国际先进水平,但整体水平却与国外有较大差距。第三方面则基本上是一个尚未开发的处女地。今年7月底在江苏常州市举办全国机器人大赛,今年8 月27 日,由亚太广播电视联盟主办、中国广电局及中央电视台承办的“ABU 机器人大赛”在北京航空航天大学举行,这都是好的开头。借鉴国外经验,结合我国国情,我们深切感到要在全国范围内,主要是在大中小城市的在校学生中推广与鼓励机器人制作和教育活动,激发兴趣,形成热潮,促进发展,逐步提升。
第一,以政府为主导,制定政策予以扶持。没有充足的资金投入,这项活动将成为无源之水,因此政府及教育行政主管部门要着眼未来,舍得投入、敢于投入,同时制定相关政策,主导机器人研发、教育、竞赛等活动的开展。可以在经济较为发达的地区中先行推广,但也不应排除在西部及一些贫困地区的中小学小规模或个别地进行试验,对他们的参与更应予以鼓励及支持。
第二,各级各类学校在机器人研发与普及教育中发挥主要作用。先从介绍国外的情况入手,引进专门的教材与相关书籍,可在大、中专院校中开设机器人专科,从中国海外留学生中引进一批专业人材在高校(尤其是师范大学) 执教,为培养未来中小学生攻读此学科奠定基础。同时加大高校科研力度,深化机器人制作课题的研究,在中小学组织第二课堂活动,进行普及教育。
第三,争取媒体的配合,吸引大众关注并支持。媒体可以制作专题节目介绍机器人制作技术及趋势,包装并转播国外的同类大赛,让中小学生及其家长开始注意到这一新生事物。各级各类比赛中,地方电视台可现场直播,全国大赛则应由中央电视台教育频道予以转播,以此造就舆论,使这种科技潮流深入人心。
第四,创造商机,带动相关企业发展,保障配件供应。可以考虑把一些校办工厂转为生产机器人的零部件,同时,鼓励各地企业对此类大赛予以赞助。这其中具有相当大的商机。日本、韩国的此类机器人组装部品、零件专门店成行成市,与电脑市场一样吸引了许多年轻人。在青少年中举办机器人竞技大赛,激活动力,广泛参与,这一点尤为重要。在青少年中激发对机器人的兴趣,进行机器人制作教育,各级比赛将是一个极大的动力源。可参照我国体育界重视从青少年中层层选拔、训练选手的模式来开展各级各类比赛。政府、学校、媒体、配件商可以联合举办机器人大赛,最大程度地吸引学生参与其中,逐次参加更高一级的比赛。
属于未来产业的机器人制造,涵盖的产业面十分广阔,是未来综合生产力的表现。它关系到人才培养的顶层设计,关系到科教兴国战略和人才强国战略的贯彻落实,关系到国防科技、工业发展以及国力提升的路向。我们倡言要在我国青少年中普遍地、深入持久地开展这一科学活动,正是着眼于未来。抢抓机遇,时不我待!
