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古代機器人之謎

對于機器人,相信很多人都還停留在日本科學(xué)機器人的幻想中,但是你們如果聽(tīng)說(shuō),在古代就有了機器人一說(shuō),你們怎么看?

木牛流馬大家都非常熟悉了,這是中國的,在西方,很早也就有了機器人的記載。



讀過(guò)《三國演義》的人都知道,1700多年前諸葛亮曾經(jīng)發(fā)明一種步行機器人——木牛流馬。它外形如牛,步態(tài)如馬,能載運糧草。有些學(xué)者認為那是小說(shuō)作者為了突出諸葛亮智能過(guò)人而杜撰出這么一段故事情節,但大多數學(xué)者都深信諸葛亮確實(shí)發(fā)明過(guò)木牛流馬,只是后來(lái)失傳了。

諸葛亮到底有沒(méi)有發(fā)明過(guò)木牛流馬?要知道機器人的歷史并不很長(cháng)。還不到百年的時(shí)間,三國時(shí)代的諸葛亮能發(fā)明機器人嗎?

1986年,當三匹木牛流馬突然出現在四川漢中當年諸葛亮運糧的古道上時(shí),人們突然覺(jué)得時(shí)光倒流了,不由得發(fā)出一聲聲驚嘆。

原來(lái),這些木牛流馬是新疆工學(xué)院古機械研究室高級工程師王湔經(jīng)過(guò)40多年的潛心研究復制出來(lái)的。這些木牛流馬后面有二個(gè)手柄,可用以掌握平衡和轉向,內部則為連桿結構。輕輕推動(dòng)或拉動(dòng),它的四條腿便會(huì )交叉完成支撐,彎曲、離地、連動(dòng)等動(dòng)作,就像馬的步伐一樣有節奏地行走起來(lái),并且步伐和諧、輕快,轉彎進(jìn)退皆自如,讓人不由不驚嘆古人的智慧和創(chuàng )造力。

1991年,王湔又成功地復制了失傳近2400多年的魯班木馬車(chē):昂首的木馬拉著(zhù)二輪木車(chē),木車(chē)在木馬的牽引下穩健前行,如遇下坡,木馬車(chē)還能靠自身重力自動(dòng)行走。王湔說(shuō),比諸葛亮所處的時(shí)代早700年的魯班木馬車(chē)構造比木牛流馬簡(jiǎn)單。

據說(shuō)魯班還發(fā)明制造了能在天上飛的機關(guān)鳥(niǎo)——木鳶。那一年,他成婚不久,就被涼州(今武威)的一位高僧請去修造佛塔,2年后才完工。他人雖在涼州,但對家中父母放心不下,更想念新婚的妻子。怎樣既不耽誤造塔又能回家呢?他在天空飛旋的禽鳥(niǎo)啟發(fā)下,造出了一只精巧的木鳶,安上機關(guān),騎上一試。果然飛行靈便。于是,每天收工吃過(guò)晚飯,他就乘上木鳶,在機關(guān)上擊打三下,不多時(shí)便飛回敦煌家中。妻子看到他回來(lái),自然十分高興,但怕驚動(dòng)父母,他也沒(méi)有言語(yǔ),第二天大清早,他又乘上木鳶飛回涼州。這樣,時(shí)間不長(cháng),妻子便懷孕了。魯班的父母早睡晚起,根本不知兒子回家之事。見(jiàn)兒媳有孕,還以為她行為不軌。婆婆一查問(wèn),媳婦便將丈夫乘木鳶每晚回家之事說(shuō)明白,誰(shuí)知,二老聽(tīng)了不信,晚上要親自看個(gè)真假。掌燈時(shí)分,魯班果然騎著(zhù)木鳶回到家中,二老疑慮頓散。老父親高興地說(shuō):“兒呀,明天就別去涼州工地了,在家歇上一天,讓我騎上木鳶,去開(kāi)開(kāi)眼界?!钡诙烨逶?,老父親騎上木鳶,兒子把怎樣使用機關(guān)做了交代:“若飛近處,將機關(guān)木楔少擊幾下;若飛遠處,就多擊幾下。早去早回,別誤了我明日做工?!崩细赣H將交代記在心中,騎著(zhù)木鳶上了天,心想飛到遠處玩一趟吧。就把木楔擊了十多下,只聽(tīng)耳邊風(fēng)響,嚇得他緊閉雙眼,抱緊木鳶任憑飛翔。等到木鳶落地,睜眼一看,已經(jīng)一下子飛到了吳地(今江蘇、浙江一帶)。吳地的人見(jiàn)天上落下一個(gè)怪物,上騎白胡子老頭,還以為是妖怪,圍了上去,不由分說(shuō),亂棒把老頭打死,亂刀把木鳶砍壞。魯班在家等了好多天,不見(jiàn)父親返回。他怕出事,又趕做了一只木鳶,飛到各處尋找。找到吳地以后一打聽(tīng),才知父親已經(jīng)身亡。他氣憤不過(guò),回到肅州(今酒泉)雕了一個(gè)木頭仙人,手指東南方。木仙人神通廣大,手指吳地,當年吳地便大旱無(wú)雨,顆粒無(wú)收。



3年之后,吳地百姓從西來(lái)的商人口中得知,久旱無(wú)雨原是魯班為父報仇使的法術(shù),便帶著(zhù)厚禮來(lái)到肅州向魯班賠罪,并講了誤殺他父親的經(jīng)過(guò)。魯班知道了實(shí)情后,對自己進(jìn)行報復的做法深感內疚,立即將木仙人手臂砍斷,吳地當即大降甘露,解除了旱災。之后,魯班左思右想,認為造木鳶,使父亡;造木仙人,使天大旱,百姓苦,是干了二件蠢事,便將這二樣東西扔進(jìn)火里燒了,木鳶和木仙人便就此失傳了。



中國古代還有一個(gè)可與“木工祖師”魯班齊名的人,那就是被人稱(chēng)為“木圣”的馬鈞。馬鈞是三國時(shí)魏國人,他復原了眾多過(guò)去只聞其名、未見(jiàn)其物的機關(guān)發(fā)明。比如相傳出自黃帝的指南車(chē)、東漢畢嵐的翻車(chē)等。其中最精妙的當屬水轉百戲。史載,一個(gè)藩國向魏明帝進(jìn)貢了一種雜耍模型,名為百戲。明帝叫人把它安置在洛陽(yáng)宮里,可安裝完成后,眾多木偶人卻呆若木雞,動(dòng)不起來(lái)。明帝問(wèn)馬鈞:“你能使這些木偶活動(dòng)嗎?”馬鈞回答:“能!”明帝遂命馬鈞加以改造。馬鈞叫人購買(mǎi)了上等的木料,叫工人依照他設計好的圖樣,雕成許多整齊排列的木齒輪,同時(shí)建起一座大蓄水池,以水力驅動(dòng)控制木偶的機關(guān)。當魏明帝前來(lái)觀(guān)看時(shí),只見(jiàn)木偶們有的擊鼓,有的吹簫,有的跳舞,有的耍劍,有的騎馬,有的翻滾,有的拋球,有的疊羅漢,有的在繩索上倒立,有的做出各種驚險動(dòng)作。另外還有百官行署,真是變化多端,惟妙惟肖,極為生動(dòng)有趣。



隋煬帝時(shí),有位叫黃袞的人,他制造的木偶機器人足可與“木圣”馬鈞的木偶機器人比個(gè)高下。黃袞根據《水飾圖經(jīng)》,用木制成“水飾”,供隋煬帝玩樂(lè )?!八棥庇心究虉蛩醋塾诤?、大禹治水、秦始皇人海見(jiàn)海神、漢高祖隱芒碭山、漢武帝泛樓船于汾河、屈原投曰羅江、巨靈開(kāi)山、長(cháng)鯨吞舟等。隋代杜寶《大業(yè)拾遺記》說(shuō),隋煬帝嘗為“水飾”,“有七十二勢,皆刻木為之?;虺酥?,或乘山,或乘平洲,或乘盤(pán)石,或乘宮殿。木人長(cháng)二尺許。衣以綺羅,裝以金碧,及作雜禽獸魚(yú)鳥(niǎo),皆能運動(dòng)如生,隨曲水而行”。


唐朝有位技藝高超的匠人叫楊務(wù)廉,特別能搞巧妙的發(fā)明設計。他曾經(jīng)在沁州市雕刻一個(gè)木僧人,手里端著(zhù)一只木碗,自動(dòng)向人乞討布施。等到木碗中的錢(qián)盛滿(mǎn)了后,機關(guān)的鍵鈕突然自己發(fā)動(dòng),這個(gè)木僧人就會(huì )自己說(shuō)聲:“布施!”全沁州市的人都爭搶著(zhù)觀(guān)賞這位木僧機器人,都想昕昕木僧人發(fā)聲說(shuō)話(huà)。于是爭著(zhù)往木碗里放錢(qián)。一天下來(lái),這位木僧機器人可以行乞到好幾千文錢(qián)。不料,這項發(fā)明很快就落后了。洛州的一個(gè)小縣令殷文亮,他刻制的木偶機器人不僅能說(shuō)話(huà),還能唱歌吹笙、勸人飲酒。最妙的是。如果酒杯里的酒沒(méi)有喝干,木刻機器人就不再給你斟酒;如果沒(méi)有喝盡興,就連唱帶吹催促你繼續飲酒。這個(gè)機器人有什么機關(guān)奧妙,誰(shuí)也猜測不出來(lái)。


其實(shí),早在4000多年前,中國的夏、商、西周時(shí)期就已有了機器人,而且是智能型的機器人?!读凶印珕?wèn)》中就記載著(zhù)這樣一個(gè)故事:

周穆王巡狩西部,途中遇到了藝人偃師。偃師讓倡優(yōu)為周穆王表演歌舞,倡優(yōu)唱歌符合音律,跳舞符合節拍,技藝非常熟練高超。當周穆王正看得津津有味時(shí),那倡優(yōu)動(dòng)了感情,竟用眼神來(lái)勾引王妃。周穆王發(fā)現后大怒。下令要殺偃師,偃師非常害怕,趕緊拔劍把倡優(yōu)斬了。原來(lái)那倡優(yōu)并不是真人,而是用皮革、木料、膠漆等東西制成的機器人。周穆王一看怒氣頓消,偃師這才免遭一場(chǎng)殺身之禍。2000多年后,李商隱在詩(shī)中還談到這件事:“不須盡看芻龍戲,終遣君王怒偃師?!?/p>

在生產(chǎn)力和科技水平非常低下的遠古時(shí)代,那位偃師是用什么手段制造了這樣一個(gè)完美的智能機器人?難道偃師當時(shí)已懂得制造計算機?再說(shuō)這個(gè)機器人的動(dòng)力系統是什么?是由人暗中操縱的,還是采用了什么先進(jìn)技術(shù)?因史書(shū)上沒(méi)有記載,所以這個(gè)機器人就成了千古疑案。





240年前的 機器人:


早在240年前,一名瑞士鐘表匠和他的兒子就發(fā)明出了一些靠發(fā)條驅動(dòng)的世界最古老機器人,它們能寫(xiě)字、畫(huà)畫(huà)、彈琴。目前,這些罕見(jiàn)的機器人正在瑞士一家博物館中展出。

  只要更換“寫(xiě)字機器人”的40個(gè)可替換凸輪,它就可以寫(xiě)出不同的詞句。這意味著(zhù)這種機器人可以被“編程”,所以“寫(xiě)字機器人”也被一些科學(xué)家視為現代計算機的“始祖”。

古代人的“機器人夢(mèng)”:《荷馬史詩(shī)》記載中的機器人:

仿制的達?芬奇機器獅子
  但人們并不知道,達?芬奇是否真的曾經(jīng)將他手稿中設計的眾多發(fā)明制作成實(shí)物。如果根據這個(gè)圖紙制作,是否真的能造出一個(gè)能夠活動(dòng)的機器人呢?
  今天的科學(xué)家將要解答這個(gè)疑問(wèn)。
  意大利的弗洛倫薩是達?芬奇完成他的大部分作品的地方。在這里,也有一家達?芬奇博物館,機器人史學(xué)家就是在這里,依靠五百年前繪制的那份草圖復制出了“達?芬奇機器人”。
  這個(gè)機器人運用了簡(jiǎn)單的機械原理,機器人身上的齒輪連著(zhù)纏繞繩子的轉軸,主齒輪旋轉的時(shí)候,繩索就會(huì )松開(kāi)或者拉緊,相連的四肢就會(huì )活動(dòng)起來(lái)。每操作一個(gè)部件,就能產(chǎn)生一個(gè)肢體動(dòng)作。所有的部分連在一起就組成了一個(gè)了不起的、能夠活動(dòng)的機器軀體。


  達?芬奇之所以能夠設計出這個(gè)機器人,是由于他了解許多關(guān)于生物力學(xué)的先進(jìn)知識。達?芬奇在師從韋羅基奧時(shí)開(kāi)始認識人體解剖學(xué)。他曾經(jīng)解剖了 30 具不同性別年齡的人體。他對人類(lèi)的肌肉、韌帶和關(guān)節等都進(jìn)行了詳盡的研究。許多人都認為達?芬奇對人體構造的了解,對他在繪畫(huà)方面有相當大助益。而能夠設計出關(guān)節活動(dòng)自如的金屬機器人,應該也得益于此。
  不論當初達?芬奇是否將這個(gè)設計制作出來(lái),今天的學(xué)者們根據他的圖紙,成功復制出“達?芬奇機器人” ,讓人們相信,早在五百年前的文藝復興時(shí)代,達?芬奇設計的機器人已經(jīng)能夠活動(dòng)。




  □但是,達?芬奇機器人并不是他最神奇的發(fā)明,傳說(shuō),達?芬奇曾經(jīng)獻給法國國王一件驚人的禮物。在旁觀(guān)者的驚嘆之中,一只獅子不用任何牽引就來(lái)到大殿當中。


  據說(shuō)這個(gè)獅子可以打開(kāi)胸膛來(lái)顯出滿(mǎn)屏的百合花,于是當法國國王突然收到這個(gè)獅子打開(kāi)胸膛獻上的百合花時(shí),所有人都驚呆了??梢哉J為,這是世界上第一個(gè)可編程的機器人。
  今天,我們是否能用現代科技重現達?芬奇的獅子呢?
  達?芬奇死后他的手稿流落四處,約占三分之二已經(jīng)丟失,其他的也被打亂了順序,而關(guān)于機械獅子的藍圖更是遺失不在,所以復原機械師子的挑戰是巨大的。
  意大利佛羅倫斯德機器人實(shí)驗室的“達?芬奇機器人”專(zhuān)家羅蘭希望運用最新的軟件模型,能夠完成這個(gè)挑戰。
  羅蘭介紹:最大的問(wèn)題是要制造能做各種活動(dòng)的獅子,而且所有活動(dòng)都是通過(guò)彈簧完成的,不能用發(fā)動(dòng)機等其他任何電子設備。
  歷史學(xué)家也嘗試利用所有達?芬奇留給我們的蛛絲馬跡進(jìn)行演繹推理。

  羅蘭介紹:我們堅持不用現代技術(shù),或當時(shí)不存在的技術(shù)來(lái)投機取巧。
  通過(guò)只有達?芬奇本人掌握的技術(shù)信息,學(xué)者們終于復制出了這個(gè)成品。通過(guò)藏在體內的動(dòng)力,這個(gè)復制品像五百年前一樣走在地上。研究人員如何讓機器人準確表演的呢?研究人員發(fā)現所有一切都由中心鼓室控制。通過(guò)給簧片上弦達到各種效果,里面包括控制不同部位的上百個(gè)零件。而動(dòng)作的時(shí)間設置,達?芬奇是利用今天我們稱(chēng)為齒輪齒數比的技巧做到的。齒輪的大小決定速度的快慢,齒輪小一般速度快一倍,通過(guò)確定大小齒輪的比例可以確認相對的速度,從而確定動(dòng)作的時(shí)間,這正是五百年前達?芬奇所做的。
  看到古代人在電池、電力和電腦出現之前就制造了如此精妙的機械實(shí)在讓人驚嘆。
  從亞歷山大的機器人原型到達?芬奇的巫術(shù)般的技藝,我們真正了解了機器人的歷史。
  今天,我們相信我們創(chuàng )造了推動(dòng)我們生活的機器,但事實(shí)真的如此嗎?在古代,水力驅動(dòng)的機器和首個(gè)機器人已經(jīng)是生活的一部分了。有待發(fā)現的,也許是有一天我們必須承認我們發(fā)明的東西,其實(shí)早就存在了。







仿制的達?芬奇機器人
  □許多現代人都認為,只有進(jìn)入二十世紀之后,制造自動(dòng)化機器的夢(mèng)想才能一步一步走向現實(shí),但新的證據證明,古人已經(jīng)制造過(guò)許多能夠自動(dòng)運作的機械裝置。
  亞歷山大,埃及最重要的城市之一。公元前三世紀時(shí)的亞歷山大城,就是世界上最有智慧之光的地方,人們開(kāi)始重視機械和技術(shù)。古代文獻記載,當時(shí)的朝圣者參拜神廟時(shí)通過(guò)的是自動(dòng)門(mén);觀(guān)眾紛紛涌入自動(dòng)的木偶劇院;文獻中甚至描述了能自行飛躍神廟的戰車(chē)。城市已經(jīng)變成一個(gè)生活中充斥各種精密機械的科技園。
  在這個(gè)領(lǐng)域,最為著(zhù)名的領(lǐng)航者,就是希羅,他可以稱(chēng)得上是機器人鼻祖。他以測試和展示自己的理論以及設備來(lái)制造驚奇和娛樂(lè )而著(zhù)稱(chēng)。
  希羅在其機械學(xué)里面記載了當時(shí)的杠桿滑輪斜面,還有好多工程技術(shù)方面的記載都是當今的工程技術(shù)的開(kāi)創(chuàng )者。
  希羅在他的《氣體論》中,表示空氣也是一種物質(zhì),水不能進(jìn)入充滿(mǎn)了空氣的容器。他還認識到空氣是可以壓縮的。在利用空氣動(dòng)力方面,希羅制造了一個(gè)很著(zhù)名的裝置――一個(gè)帶有兩段彎管的空心球體,當球中的水被燒沸之后,蒸汽通過(guò)彎管向外噴,產(chǎn)生一個(gè)反沖力使球體轉動(dòng)。希羅所發(fā)明的這個(gè)汽轉球,是有文獻記載以來(lái)的第一部蒸汽機。它比工業(yè)革命早兩千年制造。

  如今這種技術(shù)科學(xué)上被稱(chēng)為氣體力學(xué)。氣體力學(xué)是研究氣體平衡和運動(dòng)規律的科學(xué)。希羅的許多設計都利用了氣體力學(xué)的原理。
  希羅被后人認為是那個(gè)時(shí)代最偉大的實(shí)驗家和工程師,不僅僅因為他在氣體力學(xué)方面的建樹(shù),這位兩千多年前的古人,在力學(xué)、數學(xué)方面也有許多重要的發(fā)現,他甚至發(fā)明了世界上最早的自動(dòng)售賣(mài)機。
  希羅設計的一些小裝置,直到今天人們仍然在使用,其中有種裝置被稱(chēng)作凸輪。輪子轉動(dòng)的時(shí)候,它會(huì )上下移動(dòng),聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單,但這個(gè)神奇而簡(jiǎn)單的設備把圓周運動(dòng)轉換成垂直運動(dòng),讓輪子可以產(chǎn)生推拉效果。反過(guò)來(lái)說(shuō)推拉動(dòng)作也可以變成圓周運動(dòng),這就是引擎里面運動(dòng)轉變成圓周運動(dòng)的原理。這種原理今天仍應用于所有引擎上。
  在希羅眾多發(fā)明里面,他還設計過(guò)一個(gè)由機器人充當演員的戲院。這對他來(lái)說(shuō)也是一個(gè)巨大的挑戰。
  在愛(ài)爾蘭的都柏林,機器人設計師復制了這個(gè)戲院:背景垂下,演員和場(chǎng)景都在恰當的時(shí)間,在舞臺上移動(dòng)。
  希羅是如何確定每件事都在固定的時(shí)間點(diǎn)發(fā)生呢?
  所有動(dòng)作都由一件事驅動(dòng),實(shí)在令人難以置信:當放開(kāi)沙漏的開(kāi)關(guān)時(shí)重物下降,重物連接一個(gè)拉轉閥門(mén)的凸輪。這些連接線(xiàn)跟夾子相連,當夾子被釋放時(shí),部分場(chǎng)景就隨著(zhù)重力落下,其他的架子釋放第二層重物,導致其余連接的布景在舞臺上移動(dòng)。
  希羅的劇院是一個(gè)高度復雜的自動(dòng)化機器,更讓人意想不到的是它還可以設置程序。






  □要看真正自驅動(dòng)可編程機器人,我們還要看另一位歷史上著(zhù)名發(fā)明家達?芬奇的作品。
  列奧納多?達?芬奇,是那個(gè)時(shí)代最重要的天才,他不僅僅是一位偉大的藝術(shù)家,也癡迷于機械和其他自然科學(xué),他的很多超越時(shí)代的觀(guān)念改變了世界。
  達?芬奇故鄉的達?芬奇博物館收藏了一些達?芬奇重要發(fā)明的模型:絕妙的平衡起重機;直升機雛形;長(cháng)得像爪子一樣的用于未來(lái)飛行機器的翅膀;在投入戰爭應用之前四百年,就被達?芬奇設計出來(lái)的,裝有重型防護和威力無(wú)窮的大炮的超級坦克。
  除了收藏這些珍貴的模型,博物館內更有價(jià)值的藏品是達?芬奇自己繪制的設計手稿。
  身為左撇子的他,一生中都以鏡像寫(xiě)字。對左手寫(xiě)作者來(lái)說(shuō),將羽毛筆由右向左拉過(guò)來(lái)寫(xiě)比由左向右推過(guò)去寫(xiě)容易,而且不會(huì )將剛寫(xiě)好的字弄糊。但這樣的書(shū)寫(xiě)習慣卻給后人解讀他的手稿帶來(lái)了諸多困難。直到十七世紀,才有人開(kāi)始解讀這些結合了大量筆記和繪圖的手稿。
  這些手稿中,包括上百件達?芬奇發(fā)明創(chuàng )造的草圖和藍圖,其中隱藏了一項神奇的設計,它會(huì )挑戰發(fā)明機器人的歷史記載。這項發(fā)明的內容極盡詳細地描繪了一個(gè)看起來(lái)像騎士的機器人的內部結構。這個(gè)設計可能是達?芬奇在1495年完成的,但直到二十世紀五十年代才被發(fā)現。人們把它稱(chēng)為“達?芬奇機器人”。

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