遇见机器人朋友
第1章：遇见机器人朋友
奇妙的一天
小明今年八岁，正在读小学二年级。这天放学后，他和妈妈一起去超市买东西。走进超市大门时，一台奇怪的机器引起了小明的注意——它大约有半人高，圆圆的身体上有一只“大眼睛”，正在超市的过道里自己走来走去，就像一只悠闲的小乌龟在散步。
“妈妈，快看！那是什么？”小明好奇地指着那台机器问道。
“那是扫地机器人，”妈妈笑着说，“你看，它正在帮超市清洁地面呢！”
小明仔细观察着这台小机器。它慢慢地从一排货架旁边走过，遇到障碍物就轻轻地转个弯继续前进。不一会儿，它就把一小块地面打扫得干干净净了。
“它怎么能自己走动呢？”小明更加好奇了，“它是怎么知道哪里脏了？又是怎么知道要躲开那些货架的呢？”
回到家后，小明的问题一个接一个。他发现家里也有一台类似的机器——爸爸前几天刚买回来的扫地机器人，正安静地待在角落里充电呢。晚上睡觉前，小明躺在床上翻来覆去睡不着，脑子里全是那个会自己走路的机器。
“机器人到底是怎么工作的呢？”他小声问自己，“它们有眼睛吗？有大脑吗？它们是怎么思考的呀？”
就在小明迷迷糊糊快要睡着的时候，他的脑海里出现了一个神奇的画面——一个闪闪发光的小机器人出现在他的梦境里，它有着圆圆的身体，会眨巴着蓝色的大眼睛，还能和他说话呢！
“欢迎来到机器人的世界！”梦境里的小机器人说，“我是小探，让我们一起开始探险吧！”
小明兴奋地跳了起来：“太好了！我一直想知道机器人是怎么工作的！”
“别着急，”小探眨眨眼睛说，“让我来带你认识机器人的世界。不过首先，我们要先弄清楚一个问题——到底什么是机器人呢？”
什么是机器人
小探带着小明来到了一个巨大的图书馆，这里收藏着世界上所有关于机器人的书籍和资料。
“知道吗？'机器人'这个词其实非常年轻，”小探翻开一本古老的词典说，“它最早出现于1920年，是一位名叫卡雷尔·恰佩克的捷克作家创造的。那时候，他写了一部名叫《罗素姆万能机器人》的戏剧，在戏里，'Robot'（机器人）这个词第一次出现了。”
“那时候的'robot'是什么意思呢？”小明问道。
“它来自捷克语，意思是'苦力'或者'奴隶'，”小探解释道，“在当时作家的想象里，机器人就是人类制造出来帮助自己工作的机器。”
小明若有所思地点点头：“所以机器人就是帮助人类工作的机器？”
“这样说也对，但不完全准确，”小探摇摇头说，“今天，科学家们对机器人有了更精确的定义。机器人是一种能够感知周围环境、进行思考和判断、并且能够执行各种动作的机器。”
小探拿出一张图片给小明看：“就像人类一样，机器人也有自己的'感官'和'大脑'，还有它们的'手'和'脚'。只不过，它们的感官可能是摄像头和传感器，它们的大脑可能是计算机芯片，而它们的手和脚可能是机械臂或者轮子。”
小明恍然大悟：“原来机器人就像一个特别聪明的小助手！它能看到东西、能思考、还能做事！”
“没错！”小探高兴地说，“而且和普通的机器不一样，机器人通常具有一定的自主性，也就是说，它不总是需要人类一直控制着，可以自己做出一些决定。”
机器人与普通机器的区别
为了更好地理解什么是机器人，小明和小探决定做一个有趣的比较。
“你家里有什么普通的机器吗？”小探问道。
“有好多呢！”小明掰着手指数起来，“电风扇、洗衣机、电冰箱、空调、微波炉、电视……”
“这些都是很好的例子，”小探点点头，“让我们来比较一下普通机器和机器人的区别吧。”
普通机器：听话的执行者
小探首先拿出一台洗衣机的图片：“比如说洗衣机。它是怎么工作的呢？你把衣服放进去，选择洗衣程序，按下启动按钮，然后它就按照预设的程序开始洗衣、漂洗、甩干。整个过程都是固定的，你选择了什么程序，它就执行什么程序。”
“所以洗衣机不需要思考？”小明问道。
“完全正确！”小探说，“洗衣机按照人类预先设定好的程序运行，它不会根据实际情况做出调整。比如，如果衣服特别脏，它也不会自动延长洗涤时间；如果衣服特别轻，它也不会减少转动速度。它只是一遍又一遍地执行同样的程序。”
小明想了想：“就像一个特别听话的学生，老师说什么就做什么，一点都不会变通。”
“你这个比喻很棒！”小探笑着说，“普通的机器就是这样，它们是人类设计好的程序忠实的执行者，不会自己思考，也不会自己学习。”
机器人：智能的思考者
接下来，小探又拿出一台扫地机器人的图片：“现在看看扫地机器人。它是怎么工作的呢？”
扫地机器人遇到障碍物会自己绕开，这正是机器人与普通机器的关键区别。普通电风扇只会按固定程序运转，而扫地机器人则能感知周围环境并做出相应调整。
“如果让它在黑暗的房间里工作，它也能找到路吗？”小明问道。
小探点点头：“扫地机器人配备有传感器来检测障碍物和光线变化，还有处理器来思考如何规划清扫路径，甚至能从错误中学习，不断优化工作方式。这正是机器人与普通机器的本质区别——机器人拥有感知能力来获取环境信息，拥有思考能力来处理这些信息并做出决策，还拥有行动能力来执行这些决策。”
生活中的机器人朋友
小探带着小明走出图书馆，来到了一个巨大的展览厅。这里陈列着各种各样的机器人，就像一个机器人的博物馆。
“机器人其实早就走进了我们的生活，”小探说，“让我们一起来认识它们吧！”
家庭小助手：家用机器人
展览厅的第一个区域展示的都是家用机器人。
扫地机器人
最先映入眼帘的是一台圆圆的扫地机器人，它正趴在一块地毯上工作呢。
“这不就是我在超市看到的那种吗！”小明兴奋地叫了起来。
“没错！”小探说，“扫地机器人是目前最常见的家用机器人之一。它们的本领可不小呢！”
小探介绍道，扫地机器人有很多厉害的“超能力”：
第一，它们有“眼睛”。 大多数扫地机器人顶部都有一个或多个摄像头，还有一些配备了激光传感器。这些“眼睛”帮助它们感知周围的环境，知道哪里有墙，哪里有家具，哪里是空旷的地板。
第二，它们会“思考”。 扫地机器人里面有一块小小的芯片，这就是它的“大脑”。这块芯片会处理传感器传来的信息，计算出最优的清扫路线，决定下一步该往哪里走。
第三，它们会“打扫”。 扫地机器人的底部有旋转的刷子，可以把灰尘和碎屑扫到中间的吸入口。有些高级的扫地机器人还能拖地呢！
“你知道吗？”小探神秘地说，“有些扫地机器人还可以和手机连接！你出门的时候可以通过手机让它开始工作，等你回家的时候，地板就已经干干净净啦！”
擦窗机器人
在扫地机器人旁边，有一个方方的、扁扁的机器，正牢牢地贴在一块玻璃上移动。
“这又是什么机器人？”小明好奇地问。
“这是擦窗机器人，”小探解释道，“它专门用来擦玻璃窗户的。你看，它用了什么办法让自己不掉下来？”
小明仔细看了看，发现机器人的底部有一个大风扇，正在往里吸气。
“它把自己'吸'在玻璃上了！”小明恍然大悟。
“聪明！”小探竖起大拇指，“擦窗机器人利用真空泵产生吸力，把自己牢牢地吸附在玻璃表面，然后一边移动一边擦拭。这样，即使是你够不到的高层窗户，它也能帮你擦干净呢！”
陪伴机器人
展览厅的一角，有一个萌萌的小机器人正在和小朋友们玩耍。它有着圆滚滚的身体，大大的眼睛还会眨巴眨巴的，看起来就像一个可爱的小动物。
“好可爱呀！”小明忍不住说。
“这是陪伴机器人，”小探介绍道，“它们可以陪伴人类，特别是老人和小孩。有些陪伴机器人会唱歌跳舞，有些会讲故事，有些还能提醒老人按时吃药、喝水。”
陪伴机器人通常都装有很多传感器和摄像头，这样它们才能“看到”和“听到”周围的人。它们的大脑里还装着人工智能程序，可以和人进行简单的对话，就像一个会说话的小伙伴一样。
智能音箱和语音助手
“对了！”小探突然说道，“还有一种机器人，你家里可能就有哦！”
“什么呀？”
“你想想，早上起床的时候，你会和什么说话，让它告诉你天气、播放音乐、设置闹钟？”
小明眼睛一亮：“小度！妈妈给爷爷买的那个！”
“对对对！”小探开心地说，“智能音箱就是一种机器人！虽然它们看起来只是一个小小的盒子，但它们有'耳朵'——麦克风，可以听到你说的话；有'大脑'——人工智能芯片，可以理解你的意思并回答你的问题；有'嘴巴'——扬声器，可以和你说话。虽然它们没有手没有脚，不能移动，但它们能听、能想、能说，也算是一种机器人呢！”
工厂里的机器人
小探又带小明来到了展览厅的另一个区域。这里的机器人可大不一样，它们都有着长长的机械臂，力气看起来非常大。
“这是工业机器人，”小探介绍道，“它们主要在工厂里工作。”
机械臂
最引人注目的是一台巨大的机械臂，它正灵活地移动着，好像在表演舞蹈一样。
“哇！它动得好快！”小明惊叹道。
“这是一台六轴机械臂，”小探解释道，“'六轴'的意思是它有六个关节，就像人类的肩膀、肘部、手腕一样。正因为有这么多关节，它才能做出非常灵活的动作。”
小探告诉小明，工业机械臂可以做很多事情：
焊接——在汽车制造厂，机械臂可以精确地完成焊接工作，比人工焊接更快、更准确、更安全。
搬运——机械臂可以举起很重的物品，比如整箱的饮料或者大型的家具，而且可以连续工作很长时间不知道疲倦。
装配——在电子工厂，机械臂可以精确地安装非常小的零件，比如手机里的芯片，精度可以达到头发丝的几十分之一！
喷漆——机械臂可以均匀地给汽车喷漆，而且不会像人工喷漆那样吸入有害的气体。
自动导引车（AGV）
在机械臂旁边，有一些扁平的小车在轨道上穿梭，好像一只只勤劳的小蚂蚁。
“这是自动导引车，”小探说，“它们可以自动运输货物。在大型仓库里，它们会沿着地面上预定的路线行驶，把货物从一处运到另一处，完全不需要人驾驶。”
自动导引车也很“聪明”。它们身上装有很多传感器，可以感知周围的环境，避开障碍物。如果前面的路线被堵住了，它们会自动重新规划路线，找到另一条路走。
服务行业的机器人
展览厅的另一边，展示的是服务行业使用的机器人。
餐厅机器人
一个萌萌的机器人正端着一个托盘走来走去。托盘上放着几盘菜，看起来正要送到客人面前。
“这是餐厅送餐机器人！”小明认出来了，“我在电视上看到过！”
“没错！”小探说，“在一些餐厅里，送餐机器人可以帮助服务员把菜品从厨房送到客人桌上。这样服务员就可以有更多时间来做其他事情，比如和客人聊天、推荐菜品等。”
送餐机器人通常会说话，会说“您好，您的菜到了”、“请慢用”等。它们的记忆力也很好，能记住餐厅里每一张桌子的位置。
酒店机器人
在送餐机器人旁边，有一个更高的机器人，看起来像是一个穿着制服的服务员。
“这是酒店机器人，”小探介绍道，“它们可以帮助客人办理入住手续、回答问题、指路，甚至可以把行李送到房间呢！”
有些高级酒店还有机器人管家。它们可以在酒店里自由移动，乘坐电梯上下楼，把客人需要的物品送到房间。客人只需要通过手机或者房间里的语音助手下单，机器人就会自动来敲门服务。
医疗机器人
展览厅里还有一个特别的区域，展示着用于医疗的机器人。
小明的目光被一个有着多条细长手臂的机器人吸引住了。这个机器人看起来像是一只超级精密的“章鱼”。
“这是手术机器人，”小探说，“它可以帮助医生做手术呢！”
手术机器人有非常细小的“手指”，可以在非常狭小的空间里进行精细的操作。比如在前列腺手术、心脏手术等需要非常精确的手术中，手术机器人可以帮助医生完成一些人手难以完成的动作。
“而且，”小探补充道，“使用手术机器人做手术，伤口可以非常小，恢复也会更快呢！”
农业机器人
展览厅的一角，展示的是农业机器人。
除草机器人
一个绿色的小车正在一片菜地上行驶，遇到杂草就会停下来，用激光或者机械臂把杂草除掉。
“这是除草机器人！”小探说，“它可以帮农民伯伯除掉田里的杂草，但又不会伤害到庄稼。”
除草机器人有“眼睛”——摄像头和传感器，可以识别杂草和庄稼的区别；它还有“手”——激光发射器或者机械臂，可以精准地除去杂草。有了除草机器人，农民伯伯就不用打那么多农药了，种出来的蔬菜也会更健康、更环保呢！
采摘机器人
在一个模拟果园的区域，有一个机器人正在采摘苹果。它有一个长长的机械臂，末端是一个柔软的“手指”，可以轻轻地握住苹果，然后一转，苹果就被摘下来了。
“采摘机器人也很厉害呢！”小探说，“它可以工作很长时间，而且不会累。想象一下，如果是人工采摘，农民伯伯要一直举着手臂，一天下来会非常累。但采摘机器人就可以一直工作，而且摘苹果的速度也不慢。”
挤奶机器人
展览厅里还有一台看起来很奇怪的机器，看起来就像是一个巨大的机械手臂安装在一个小房间里面。
“这是挤奶机器人，”小探解释道，“它可以自动给奶牛挤奶！”
当奶牛感觉需要挤奶的时候，它会自己走进挤奶机器人的小房间。机器人会用激光扫描找到奶牛的乳头，然后轻轻地套上挤奶装置。整个挤奶过程都是自动的，而且机器人还会记录每次挤奶的数据，比如牛奶的产量、质量等等。
有了挤奶机器人，奶牛可以按照自己的节奏来挤奶，不需要排队等候。它们的生活会更舒适，产出的牛奶也会更好呢！
特殊机器人
除了上面这些，还有很多特殊的机器人，它们在人类难以到达的地方工作。
太空机器人
小探带小明来到一个特别暗的区域，这里展示着各种太空探索的机器人模型。
“太空中有很多机器人呢！”小探兴奋地说。
火星探测器——“勇气号”、“机遇号”、“好奇号”、“毅力号”，这些都是被送到火星上去探索的机器人。它们身上装满了各种科学仪器，可以分析火星的土壤、岩石、大气，寻找水的痕迹，甚至寻找可能存在的生命。
太空站机器人——在国际空间站里，有一个叫“宇航员助手”的机器人，它是一个球形的机器人，可以在空间站里飘来飘去，帮助宇航员完成一些简单的任务。
月球车——中国发射的“玉兔号”月球车，可以在月球表面行驶，探测月球的环境和资源。
水下机器人
在太空区域的旁边，有一个模拟海洋环境的区域，展示着各种水下机器人。
“海洋深处太危险了，人类很难到达，”小探说，“所以很多工作都要靠水下机器人来完成。”
深海探测器——可以潜入到几千米甚至一万米深的海底，拍摄那里的生物和地形，采集岩石和海水样本。
水下维修机器人——可以检查和修理海底的电缆、管道、油井等设施。
珊瑚礁保护机器人——可以清理危害珊瑚的有害海藻，帮助保护珊瑚礁。
救援机器人
展览厅最感人的一个区域，展示的是救援机器人。
“在地震、火灾等灾难现场，救援机器人可以发挥很大的作用，”小探的声音变得有些低沉，“它们可以进入人类难以进入的地方，寻找幸存者。”
蛇形机器人——身体细长，可以钻进废墟的缝隙里，用摄像头探查是否有幸存者。
搜救犬机器人——模仿狗的样子，有四条腿，可以翻越废墟，而且身上有各种传感器，可以探测生命迹象。
无人机——可以从空中搜索大范围的区域，用热成像摄像头寻找幸存者。
这些救援机器人虽然不能完全替代人类，但是它们可以大大加快救援的速度，帮助救出更多的生命。
电影和想象中的机器人
展览厅的最后一部分，展示的是电影和科幻小说中出现的机器人。
电影中的经典机器人
“很多小朋友认识机器人，可能是从电影开始的呢！”小探笑着说。
瓦力（Wall-E）——这是迪士尼电影《机器人瓦力》里的主角。它是一台在地球上捡垃圾的机器人，外形看起来笨笨的，但它有着非常善良的心，最后还收获了美好的爱情呢！
大白（Baymax）——《超能陆战队》里的健康护理机器人。它圆滚滚的，看起来就像一个巨大的充气玩具，但实际上它是小宏最忠实的伙伴和守护者。
R2-D2和BB-8——《星球大战》系列里的著名机器人。它们虽然没有像人类一样的嘴巴，不会说话，但它们用自己的方式表达情感，和主人建立了深厚的友谊。
擎天柱——《变形金刚》里的汽车人领袖。它是一台来自外星的机器人，可以变成卡车的样子，是很多小朋友最喜欢的机器人之一。
阿特拉斯（Atlas）——这是波士顿动力公司开发的真人大小的人形机器人。它可以跳跃、后空翻、在不平坦的地面上行走，被称为“最接近人类的机器人”。
想象中的未来机器人
展览厅的出口处，展示着人们对未来机器人的想象。
有的科学家正在研究可以变形重组的机器人，可以根据任务需要改变自己的形状。有的科学家在研究可以自我修复的机器人，如果身体某部分损坏了，它自己就能修复。还有的科学家在研究可以和人融为一体的机器人，人类穿上它们之后，就可以拥有超强的力量和能力。
“机器人技术发展得越来越快，”小探感慨道，“也许很快，你想象中的机器人就会变成现实呢！”
机器人的三大超能力
参观完展览厅，小明对机器人有了很多了解。但他还有一个问题：
“机器人有眼睛、耳朵、大脑、手脚，但它们是怎么把这些组合在一起工作的呢？”
“问得好！”小探兴奋地说，“这就是我们要讲的机器人的三大超能力——感知、思考、行动！”
小探拿出一张特别大的图片，上面画着一个人形机器人，周围标注着各种器官和功能。
感知：机器人的“眼睛、耳朵和皮肤”
“首先是感知，”小探说，“这是机器人认识世界的方式。”
什么是感知
“人类有五种感官，”小明抢着回答，“眼睛看东西，耳朵听声音，鼻子闻气味，舌头尝味道，皮肤感觉冷热疼痛。”
“完全正确！”小探点点头，“机器人也有类似的'感官'，我们把它们叫做传感器。传感器就像机器人的眼睛、耳朵和皮肤，帮助它们感知周围的世界。”
机器人的“眼睛”
机器人有很多种“眼睛”：
摄像头——最常见的机器人视觉传感器。就像手机摄像头一样，它可以拍摄照片和视频，让机器人看到周围的世界。摄像头有单眼的、双眼的（像人类的两只眼睛），还有深度摄像头，可以测量物体距离的远近。
红外传感器——可以发射和接收红外线（一种我们看不见的光）。机器人用它可以感知黑暗中是否有障碍物，还可以用来测量距离。
激光雷达——可以发射激光束，测量光束反射回来的时间，从而精确计算出周围物体的距离和形状。这是自动驾驶汽车和高级扫地机器人常用的传感器。
超声波传感器——可以发射超声波（一种我们听不见的声音），通过测量声波反射回来的时间判断距离。这就像蝙蝠用回声定位一样！
机器人的“耳朵”
麦克风——机器人用它来“听”声音。现代的麦克风可以捕捉到非常细微的声音，而且可以判断声音来自哪个方向。有些机器人有好几个麦克风，可以更准确地定位声源。
声呐——和超声波传感器类似，但使用的是声纳波。它可以在水下工作，测量距离和探测物体。潜水艇就靠它来导航呢！
机器人的“皮肤”
“机器人也有皮肤吗？”小明好奇地问。
“有呀！”小探点点头，“虽然不是真的皮肤，但机器人身上有很多特殊的传感器，就像皮肤一样可以感知触觉。”
触觉传感器——可以让机器人感知是否