推荐原因:本篇文章介绍机器人发展的趋势即智能机器人,能独立思考,像生物一样进行进化,十分有趣,让人情不自禁想到了黑客帝国,终结者等一系列科幻片,使人对未来充满了想像:未来究竟会是什么样子?机器人真有可能统治人类吗?

　　创造生命可以说是人类自古以来的梦想。古代的神话几乎无例外地都把生命看作是由神从无生命的物质中创造出来的。如果说神话最早反映了生命可以从无生命物质创造出来的人类理想的话，那么，从近代开始，人们则试图实际地用机械的方式创造生命。1735年，一位名叫雅克·沃肯森的人曾经制造了一个人造鸭子，这鸭子不仅看上去像鸭子，而且还能像鸭子一样在水面上拍打翅膀、叫、吃食、饮水、消化，甚至能排泄出一粒粒人造食物。它是一件做工极其复杂的杰作，仅一只翅膀就由400个机械零件组装而成。虽然如此，但是在生命的本质还没有得到充分了解以及人们的制造技术还很落后的情况下，人们能创造的，充其量只是类似迪斯尼公园里的一些古怪的生命模拟物而已。然而，从20世纪中叶开始，生命科学和计算机科学的发展，为我们提供了全新的理论和工具。人工生命不再是几个有强烈好奇心的人的业余爱好，而是一些严肃的科学家基于计算机和生命的原理正试图实现的目标了。

　　一、人工生命思想的萌芽和主要思想
　　现代人工生命思想的萌芽可以追溯到20世纪中叶计算机专家阿兰?图灵和约翰?冯诺伊曼的工作。图灵证明生物的胚胎发育可以用计算的方法加以研究。冯诺伊曼则试图用计算的方法描述生物自我繁殖的逻辑形式。
　　到了70年代和80年代，随着电脑速度的大幅度提高以及个人电脑的普及，在康韦、沃弗拉姆等人有关“生命游戏”研究的基础上，克里斯·兰顿发现，处于“混沌的边缘”的细胞自动机既有足够的稳定性存储信息，又有足够的流动性来传递信息。当他把这种规律与生命和智能联系起来时，他认识到，生命或者智能很可能就起源于“混沌的边缘”。于是兰顿的脑海中浮现出一个崭新的思想：如果我们在计算机中建立起产生“混沌边缘”的一定规则，那么，从这些规则中就有可能浮现出生命来。由于这种生命不同于地球上以碳为基础的生命，因此兰顿把它称为“人工生命”。
　　兰顿关于“混沌的边缘”和人工生命的想法得到了美国洛斯阿拉莫斯非线性研究中心的专家多伊恩?法默的赞赏，在他的支持下，兰顿筹备了1987年9月的第一次国际人工生命会议。这次会议的成功召开标志着人工生命这个崭新的研究领域正式诞生。
根据兰顿的说法，“人工生命是研究展示自然生命系统特征的人工系统”，它主要通过综合的方法，即自下而上的方法研究生命。人工生命并不特别关心我们已知道的地球上的特殊的以水和碳为基础的生命，这种生命是“如吾所识的生命”（life-as-we-it），是传统的生物学的研究主题。人工生命研究的则是“如其所能的生命”(Life-as-it-could-be)。
　　生命最本质的东西是它存在的形式，因此如果我们能够从具体的生命当中抽象出控制生命的逻辑，并且能够在另外一种物质中获得相同的逻辑，我们就可以创造出基于不同材料的另外一种生命。今天的生物学仅仅是关于“如吾所识的生命”的生物学，我们只有在“如其所能的生命”的广泛内容中去考察“如吾所识的生命”，才会真正理解生物的本质。因此，生物学必须成为任何可能出现的生命形式的生物学。人工生命的最终目标就是创造出真正具有活性的生命——人工生命。

　　二、Tierra：人扮演上帝
　　1990年是人工生命发展的又一个不平凡的一年，美国热带雨林专家托马斯?雷(Thomas Ray)编写的Tierra(西班牙语意为地球)模型轰动了整个人工生命界。Tierra的不平凡之处不仅在于它第一次是由一个生物学家设计的，而且还在于雷第一个宣称，他的“地球”(Tierra)上的“生物”事实上就是“活的”。他不无自信地说，“创造生命其实很容易”。他把他的模型命名为“地球”，其意就是表明，人们已经在扮演上帝，开始了第二次创世纪！
　　雷在编写他的模型时，与大多数人工生命的模拟研究不同，他的目标不是直接模拟自然的生命，而是制造出完全不同于在我们周围看得见的生命形式。他打算让这些生命形式在它们的计算机硅环境中演化，产生自己独有的种系。
　　一般地说，生命都具有新陈代谢、复制和进化的能力。在自然界中，生物是由有限的食物供给和有限的生存空间约束的；有机体在获取食物和复制上的效率越低，它的适应就越差，它传递到下一代的机会就越少。在Tierra中，“生物”由一系列能够自我复制的机器代码或程序组成，它在计算机中的复制分别受到计算机的存储空间和CPU时间约束。能有效地占有内存空间和利用CPU时间的生物体，将具有更高的适应度，传递到下一代的机会就越大。
　　Tierra的祖先有机体包含80个汇编程序指令，包括一个扩展的代码，其中有产生子代有机体的方法。因为每一个由汇编程序指令编码的行动具有一定的执行错误的概率，因此进化是可能的。为了避免快速复制的有机体迅速填满所有可用的内存空间，Tierra包含一个“收割器”功能，以模拟自然“死亡”。一旦群体达到某一临界水平，“收割器”就开始消灭有机体。事实上，有机体一出生，它就进入收割器队列。当收割器功能判定到了要求有牺牲者的时候，它总是清除队列前面的有机体。产生错误的有机体被提到队列的前面，而能有效完成行动的有机体则被拉回来，因此延长了它们的生命。
　　雷在运行它的Tierra时吃惊地发现，他的电子世界的的确确生出许多“生物”，显示出一个令人目眩的结构与活动序列。开始时只有一个祖先生物，但经过526万条指令的计算之后，与寒武纪相仿的生命大爆发在区区数小时内发生了。这时，在Tierra虚拟世界中游动的是366种不同大小的生物(雷把它们解释为不同的“物种”)。在运行25.6亿条指令后，1 180种不同大小的生物产生了。在新产生的生物中，不但出现了一些寄生生物，而且也出现了超寄生生物(靠其它寄生者生活的寄生者)，甚至超—超—寄生生物。与真实世界中的生命演化类似，Tierra生物中最终还产生了对寄生生物具有免疫能力的生物。Tierra中也演化出了一些长期进化的特征。间断平衡这种现象(即在很长时间内进化发生得非常缓慢，但是却又常常发生急剧的进化，结果在相对短暂的时候内产生许多新的物种)在Tierra模型中也被观察到。另外，在Tierra世界中甚至还可能演化出社会组织。
　　总之，自然演化过程中的几乎所有特征，以及与地球生命相近的各类功能、行为、组织，全都出现在Tierra中。并且，生物系统所具有的高度的复杂性也出现在演化生物高度发达的行为中。在Tierra中，开始时互相不交流的生物后来也发现了互相利用以及避免被利用的方法。
　　需要说明的是，雷的实验是限制在单个的计算机中的，由于这台计算机的CPU和内存已规定了Tierra的边界，因此可能产生的演化生物的种类势必受到了一定程度的限制。雷已经提出在国际互联网上建立Tierra，这样就可以将网上计算机中闲置的空间，作为Tierra资源的一部分加以利用。雷期望在这种新的条件下，他创建的祖先生物会演化出更多的物种并产生出更多的存活和繁殖策略。

　　三、Animat：机器人版本的人工生命
　　雷研究的主要是在计算机的硅环境中创造出新的生命形式的可能性，这种人工生命观念被称为“虚拟（virtual）版本的人工生命”。另一种版本的人工生命认为，可以利用计算机和非有机物质在现实的物理世界中创造出具体的、具有真正生命的人工生命。这种版本的人工生命又被叫做“现实的（real）人工生命”，或“机器人版本的人工生命”。机器人版本的人工生命并不仅仅研究机器人，而且还研究机器动物，所以，有的人工生命研究者又把这种版本的人工生命称作英语“动物”词干打头的Animat。当然，由于现代研究离不开计算机模拟，所以对Ani-mat的研究很多情况下是在虚拟环境中进行的。虽然机器人的研究很早就已开始，但在人工生命新的视野下的Animat研究，却仅仅是刚刚开始，它存在许多尚待解决的问题，这些问题也是人工智能研究者所关注的问题。比如，哪一种表示方法可以使Tierra具有学习和自适应能力?怎样才能使Animat产生进化?哪一种表示方法可以接近实际的感知和认识?等等。
　　2000年是人工生命发展的又一个重要年份。这一年，美国布兰代斯大学的赫德?利普林和乔丹?波拉克等人在英国《自然》杂志上发表文章，声称他们研究出了一种可进化的人工生命——可进化机器人（见本期封二示意图，以及“可进化机器人的3个演化结果图”）。他们先在计算机上设计出简单的、不会活动的机器人模型，其身体由硬杆、传动装置、球状关节和电路组成；然后他们为机器人设定“进化”程序，使得计算机能每隔一段时间自动对设计模型进行一些修改，这相当于生物进化的基因变异。“变异”产生的新模型中最灵活的被保留下来继续“进化”，不灵活的则被去除掉，这相当于生物进化的自然选择过程。经过几十代的“进化”，最灵活的机器人模型已经能够做一些简单动作。几百代“进化”之后，计算机选择了最成功的几种模型，并控制自动生产机械按模型制造出机器人。这些机器人由热塑材料制成，身长仅20厘米，结构简单。它们只会以爬或跳的方式移动，达不到科幻小说里智能机器人的水平，连清扫屋子等简单的劳动也干不了，但这已是一项重要的突破。利普森和波拉克等科学家认为，他们的新成果为机器人设计提供了新思路，有望大大降低机器人设计成本，提高机器人对工作环境变化的适应能力。
　　制造机器人的一个重要目标是提高它们的适应能力，或曰智能。目前，在一些机器动物和机器人专家看来，限制机器生物和机器人智能提高的主要问题出自硬件。比如，机器人专家汉斯?莫里维克（Hans Moravec）在《科学美国人》1999年第12期的一篇名为“机器人的兴起”的文章中认为，要使计算机具有与人类相当的大脑，计算机必须有足够高的处理速度。通过比较和计算，他认为，要模拟1 500克重的人脑的活动，普通计算机的功能至少必须提高100万倍以上。按当前计算机的发展速度，填平计算机与人脑之间的鸿沟只需30年到40年的时间。他说：在2010年，我们将创造出第一代“通用机器人”（运行速度为5 000MIPS），它的智力将与蜥蜴相当，能被用来做任何简单的杂务；第二代通用机器人将具有老鼠的智力（运行速度为10万MIPS），能完成第一代通用机器人无法处理的工作，并可以接受训练；第三代机器人的智力与猴子相当（运行速度为500万MIPS），能够通过学习迅速领会周围环境；第四代通用机器人（速度为1亿MIPS）将与人的智力相当，具有进行抽象归纳的能力。因此他预言说，“在不远的将来，这个延续了数十年的梦想——制造出功能强大的通用自主机器人——将变成现实”；“到2040年，我们最终将达到最初机器人的目标，也就是科幻小说中描述的机器人：智力水平和人相当的能自由移动的机器人”；“到2050年，基于计算机的每秒执行100万亿条指令的机器人‘大脑’将开始能与人类智能竞争。”

　　四、走向未来
　　自从1987年兰顿提出人工生命的概念以来，人工生命学术界已举办了7次里程碑式的国际学术会议，这7次ALIFE会议构成了该领域发展轨迹在时间维上的重要坐标点。
　　人工生命被认为是走向21世纪的科学。人工生命学科的积极倡导者法默曾这样说到：“随着人工生命的出现，我们也许会成为第一个能够创造我们自己后代的生物”；“这种生物的知识和智慧将远远超过我们。当未来具有意识的生命回顾这个时代时，我们最瞩目的成就很可能不在于我们本身，而在于我们创造的生命。”虽然许多人可能不像法默这么乐观，但人工生命在21世纪肯定会有重大的突破则是毫无疑问的。
　　人工生命不仅仅是对科学和技术的一个挑战，而且要涉及到社会、道德、哲学和宗教信仰等很多问题。假若21世纪中叶具有智慧的人工生命果然被创造出来，那么，人工生命就会像哥白尼当年的太阳系理论那样，“将迫使我们重新审视我们在宇宙中所处的地位和我们在大自然中扮演的角色。”

来源：<<科技导报>>2003年 第03期