想象一下,在一个新行业的诞生时出现。它是一个基于开创性新技术的行业,其中一些成熟的公司销售高度专业化的商业设备,始于营业的初创公司,为业余爱好者和其他有趣的利基产品生产创新的玩具和其他有趣的利基产品。但它也是一个高度碎片化的行业,少数共同标准或平台。项目很复杂,进展缓慢,实际应用相对较少。事实上,对于所有兴奋和承诺,没有人可以在任何确定性时说—or even if—这个行业将实现临界质量。但是,如果它确实如此,它可能会改变世界。

当然,上面的段落可能是20世纪70年代中期的计算机行业的描述,围绕保罗·艾伦和我推出微软的时间。然后,大型,昂贵的大型机计算机为主要公司,政府部门和其他机构运行后台运营。领先的大学和工业实验室的研究人员正在创建能够使信息时代成为可能的基本构建块。英特尔刚刚推出了8080微处理器,Atari正在销售流行的电子游戏乒乓球。在家里的计算机俱乐部,爱好者努力弄清楚这项新技术对的内容。但我真正想到的是更有当代的东西:机器人行业的出现,这与30年前计算机业务相同的方式发展得多。想想目前用于汽车装配线的制造机器人等同于昨天的大型机。该行业的利基产品包括执行手术的机器人,在伊拉克和阿富汗部署的监视机器人处理路边炸弹,以及真空地板的家用机器人。电子公司已经制造了机器人玩具,以模仿人或狗或恐龙,而且爱好者急于掌握乐高机器人系统的最新版本。

与此同时,世界上一些最佳思想正试图解决机器人的最艰难的问题,例如视觉认可,导航和机器学习。他们是成功的。在2004年国防高级研究项目机构(DARPA)大挑战中,一场生产一个能够通过Mojave Desert驾驶一个能够导航的机器人车辆的机器人车辆,顶级竞争对手在崩溃之前只行驶7.4英里。 2005年,五辆车覆盖了完整的距离。在2007年11月,六辆车通过模拟城市环境完成了60英里的课程,其中他们需要与移动的交通合并,横穿繁忙的交叉口,避免障碍物并找到停车位。 (在机器人和计算机行业之间的另一个有趣的平行中,DARPA还资助了导致ARPANET创建的工作,前身互联网。)

更重要的是,机器人行业面临的挑战与三十年前我们在计算中进行解决的挑战。机器人公司没有标准操作软件,可以允许流行的应用程序在各种设备中运行。机器人处理器和其他硬件的标准化是有限的。每当有人想要建立一个新机器人时,他们通常必须从方形开始。

尽管有这些困难,当我与参与机器人的人交谈时—从大学研究人员到企业家,爱好者和高中生—兴奋和期望的水平让我想起了这么多的时候,当时保罗艾伦和我看着新技术的融合,并梦想在每张桌子上和每个家庭的一天。正如我看待现在开始融合的趋势,我可以想象一个未来的机器人设备将成为我们日常生活的几乎普遍存在的部分。我认为,分布式计算,语音和视觉识别等技术,以及无线宽带连接将为新一代的自主设备打开门,使计算机能够代表我们在物理世界中执行任务。我们可能会在新时代的边缘,当PC将从桌面上起来并允许我们查看,听到,触摸和操纵我们没有物理存在的地方。

从科幻小说到现实

这个单词“ROBOT”在1921年被捷克剧作家卡尔推广ˇCapek,但人们已设想创建千年的机器人。在希腊和罗马神话中,金属制品的神建造了由金制成的机械仆人。在亚历山大的一世纪A.D.。—伟大的工程师记入发明第一蒸汽机—设计的有趣自动化,包括一个人说谈话能力。 Leonardo da Vinci的机械骑士素描,可以坐下来移动它的胳膊和腿,被认为是人形机器人的第一个计划。

在过去的一个世纪中,人体机器通过诸如ISAAC Asimov的书籍(如isaac Asimov)等书籍已成为熟悉的人物 我是机器人,电影如 星球大战 和电视节目如 星际迷航。机器人在小说中的普及表明,人们正在接受这些机器将在我们作为助手甚至伴侣中行走我们的一天。尽管如此,虽然机器人在汽车制造等行业中发挥着至关重要的作用—每10名工人都有一个机器人的地方—在真正的机器人赶上他们的科学小说同行,我们有很长的路要走。

这种差距的一个原因是,它比预期更难,使机器人能够成为理所当然的能力—例如,对房间中的物体定位的能力,以响应声音和解释语音,并掌握不同尺寸,纹理和脆弱的物体。即使是讲述开放门和窗户之间的差异也可以对机器人棘手的差异。

但研究人员开始找到答案。帮助他们的一个趋势是越来越多的计算机电力的可用性。一个兆赫的加工能力,成本超过$7,000在1970年,现在可以仅为便士购买。兆比克储存的价格见得类似的衰退。进入廉价计算能力允许科学家们在许多难题中努力使机器人实用。例如,例如,语音识别程序可以很好地识别单词,但是一个更大的挑战将是建筑机器,可以理解这些词在上下文中的意思。随着计算能力继续扩展,机器人设计人员将有处理能力,他们需要解决更大复杂性的问题。

机器人的发展的另一个障碍是硬件成本高,例如传感器,使机器人能够确定与对象的距离以及允许机器人以强度和纤维处理操纵对象的电机和伺服电机。但价格迅速下降。激光范围探测器用于机器人,以衡量成本的精确度$几年前10,000可以今天购买$2,000。基于超宽带雷达的新型,更精确的传感器可供使用。

现在机器人建设者还可以添加全球定位系统芯片,摄像机阵列麦克风(比传统麦克风更好,以区分来自背景噪声的声音),以及用于合理费用的一系列附加传感器。由此产生的增强能力,结合扩展的加工能力和存储,允许今天的机器人进行真空房间或帮助解散路边炸弹—几年前商业生产的机器是不可能的任务。

一个基本的方法

2004年2月,我参观了一些领先的大学,包括卡内基梅隆大学,康奈尔大学和伊利诺伊大学,讨论计算机可以在解决一些社会最紧迫的问题方面发挥的强大作用。我的目标是帮助学生了解令人兴奋和重要的计算机科学,我希望鼓励其中一些人思考技术的职业生涯。在每所大学,在发表演讲后,我有机会在学校的计算机科学部门看到一些最有趣的研究项目。几乎没有例外,我被证明了至少有一个涉及机器人的项目。

当时,我的微软的同事还在听到学术界的人员和商业机器人公司,他们想知道我们公司是否正在为机器人提供任何工作,这些公司可能会帮助他们自己的发展努力。我们不是,所以我们决定仔细看看。我问了Tandy Trower,我的战略员工和26年的微软退伍军人,与机器人社区的人交谈。他发现的是普遍热情,对机器人的潜力和行业范围的工具渴望将使开发更容易。“许多人看到机器人行业在技术转向点,移动到PC架构的越来越有意义,”在他的事实上找到任务之后,坦迪在他的报告中写道。“作为Red Whittaker,[Carnegie Mellon's]的领导者在DARPA大挑战中,最近表示,硬件能力主要是在那里;现在这个问题正在获得软件。”

回到个人电脑的早期日,我们意识到我们需要一种成分,这将允许所有的开拓性工作来实现临界质量,将攻击群体聚集成一个能够以商业规模生产真正有用的产品的真正工业。事实证明,需要什么,是Microsoft Basic。当我们在20世纪70年代创建此编程语言时,我们提供了通用的基础,使能为一组硬件开发的程序以另一组硬件运行。基本也使电脑编程更容易,将越来越多的人带入行业。虽然很多人对个人计算机的发展做出了基本贡献,但Microsoft Basic是使PC革命成为可能的关键催化剂之一。

在阅读Tandy的报告后,我似乎很清楚,在机器人行业可以使PC行业制造的PC行业30年前的巨大飞跃之前,它也需要发现缺失的成分。所以我让他组装一个小团队,该团队将与机器人专业领域的人一起使用,以创建一组编程工具,这些工具将提供必要的管道,以便任何对机器人感兴趣的人都可以轻松地编写与不同类型的硬件一起使用的机器人应用程序。目标是看看是否有可能为将硬件和软件集成到机器人设计中提供相同类型的基础,以便为计算机程序员提供的Microsoft Basic提供。

Tandy的机器人集团已经绘制了一批由一支在克雷格MURDIE,微软首席研究和战略官员的方向上工作的一项先进技术。一种这样的技术将有助于解决机器人设计师面临的最困难问题之一:如何同时处理来自多个传感器中的所有数据,并将适当的命令发送到机器人的电机,这是一个称为并发性的挑战。传统方法是编写传统的单线程程序—首先从传感器读取所有数据的长循环,然后处理此输入,最后提供确定机器人行为的输出,然后再次启动循环。缺点是显而易见的:如果您的机器人具有新的传感器数据,则指示机器处于悬崖的边缘,但程序仍处于环路的底部计算轨迹并告诉车轮基于先前的传感器输入速度更快,在它可以在处理新信息之前,机器人将有很多机器人掉下来。

并发是一个延伸超越机器人的挑战。今天,由于越来越多的应用程序是为计算机的分布式网络编写的应用程序,程序员继续努力弄清楚如何在同一时间有效地协调在许多不同服务器上运行的代码。随着带有单个处理器的计算机被带有多个处理器的机器替换为“multicore” processors—具有两个或多个处理器的集成电路连接在一起以提高性能—软件设计人员需要一种新的方法来编程桌面应用程序和解决并发问题问题的操作系统。

一种同意的一种方法是多线程编程,允许数据沿许多路径行进。但作为具有写入多线程代码的任何开发者可以告诉您,这是编程中最困难的任务之一。 Craig的团队设计的答案是称为并发和协调运行时(CCR)的东西。 CCR是功能库—执行特定任务的软件代码序列—这使得可以轻松地编写协调多个同时活动的多线程应用程序。旨在帮助程序员利用多核和多处理器系统的功能,现在正在用于编程科学建模应用程序,构建传感器网络并开发金融交易公司的软件。 CCR还表明是机器人学的理想选择。通过绘制这个库来编写他们的程序,机器人设计人员可以大大减少他们的创作将运行到墙壁中的机会,因为它的软件太忙于将输出发送到其轮子,以从其传感器读取输入。

除了解决并发问题外,Craig团队已经完成的工作还将通过称为分散的软件服务(DSS)的技术简化分布式机器人应用程序的写作。 DSS使开发人员能够创建服务的应用程序—读取传感器的程序的部分,例如,控制电机—作为单独的进程运行,可以以与来自网页聚合的文本,图像和信息的方式大致相同。因为DSS允许软件组件彼此隔离,如果机器人的单个组件失败,则可以关闭并重新启动—or even replaced—不必重新启动机器。结合宽带无线技术,这种架构可以轻松地使用Web浏览器监控和控制来自远程位置的机器人。

更重要的是,控制机器人设备的DSS应用程序不必完全驻留在机器人本身上,但可以分布在多台计算机上。结果,机器人可以是一个相对便宜的设备,使得复杂的处理任务委托给当今家用PC上的高性能硬件。我相信这次提前将为一个完全新的机器人提供基本上是移动的无线外围设备的方法,该机器人利用桌面PC的电源来处理视觉识别和导航等处理密集型任务。并且因为这些设备可以联系在一起,我们可以期望看到可以在音乐会上工作的机器人组的出现,以实现绘制海底或种植作物的目标。

这些技术是由Tandy的机器人行业组建的软件开发套件的关键部分。该套件还包括使用各种编程语言更容易创建机器人应用的工具。一个示例是一个模拟工具,让机器人构建者在在现实世界中尝试它们之前在三维虚拟环境中测试他们的应用程序。创建了软件开发套件,提供了一个经济实惠的开放式平台,允许机器人开发人员易于将硬件和软件集成到他们的设计中,并且它已经下载了超过200,000次,因为它于2006年发布。我们也使用一个数字高校支持机器人研究计划。一个例子是在佐治亚理工学院和Bryn Mawr College教育学院的个人机器人研究所,该学院被创建探索机器人作为一种参与工程,数学和科学研究的一种方式。

我们应该打电话给他们机器人吗?

机器人多久将成为我们日常生活的一部分?据国际机器人联合会称,2004年世界各地约有200万个私人机器人,七百万将于今年年底安装。在韩国,信息和沟通部希望将一个机器人放在2013年的每个家中。日本机器人协会预测到2025年,个人机器人行业的价值超过$全世界每年500亿,与...相比$5 billion today.

与20世纪70年代的PC行业一样,无法预测应用程序将推动这一新行业的应用程序。然而,它似乎很有可能在为老人提供身体援助和友谊方面发挥重要作用。机器人设备可能有助于残疾人遍及并扩展士兵,建筑工人和医疗专业人士的力量和耐力。机器人将保持危险的工业机器和处理危险材料。他们将使医疗保健工作人员能够诊断和治疗可能是数千英里之外的患者,并且它们将成为安全系统的核心特征和搜索和救援行动。

虽然明天的一些机器人可能类似于所看到的拟人核心装置 星球大战,大多数看起来都不像人形C-3PO一样。实际上,随着移动外围设备变得越来越普遍,可能越来越难以准确地说机器人。因为新机器将是如此专业化和无处不在—看起来很少像科幻小说的双腿自动化—我们甚至不会称之为机器人。但随着这些设备对消费者的负担得起,他们可能会对我们工作,沟通,沟通,学习和娱乐的方式产生深刻的影响,因为PC在过去的30年里有过。

作者

比尔盖茨是全球最大的软件公司的联合创始人和微软董事长。在20世纪70年代参加哈佛大学,盖茨开发了一个版本的第一个微电脑的编程语言基本,Mits Altair。在他的初级年来,盖茨左边哈佛大学将他的能量投入到微软,这家公司于1975年与他的童年朋友保罗艾伦一起开始。 2000年盖茨和他的妻子,梅琳达,成立了账单&Melinda Gates基金会侧重于改善健康,减少贫困和越来越多的世界进入技术。