Shakey the Robot 是第一个能够对其自身行为进行推理的通用移动机器人。其他机器人在完成一项更大型任务的每个步骤时都需要逐一指示,而 Shakey 却可以分析命令,并将其自行分解为基本动作。该项目于1966年至1972年间在斯坦福研究所(现SRI International)的人工智能中心开发,结合了机器人学、计算机视觉和自然语言处理的研究,是第一个将逻辑推理与物理行动相结合的项目。
该机器人的开发产生了多项显著成果,包括A*搜索算法、霍夫变换和可见性图方法。这些贡献对路径规划、图像分析和计算几何等领域产生了深远影响。Shakey现已退役,陈列于加利福尼亚州山景城的计算机历史博物馆。
历史
Shakey 的开发时间大约从1966年到1972年,项目负责人为查尔斯·罗森、尼尔斯·尼尔森和彼得·哈特。其他主要贡献者包括阿尔弗雷德·布兰、斯文·瓦尔斯特伦、伯特伦·拉斐尔、理查德·杜达、理查德·菲克斯、托马斯·加维、海伦·陈·沃尔夫和迈克尔·希尔伯。该项目由国防高级研究计划局(DARPA)资助,基于SRI于1964年4月提交的一份关于“智能自动机”研究的提案,该提案后来更名为“智能自动机侦察”。该机器人最初设计有两支可伸缩的机械臂。
该项目启发了许多其他机器人研究,最著名的是Centibots项目。Shakey 曾在1967年BBC的纪录片《迈向明天:机器人》中亮相,1969年SRI还发布了一部24分钟的视频《SHAKEY:机器人学习与规划实验》。该项目也获得了媒体关注,包括1969年4月10日《纽约时报》的一篇文章。1970年,《生活》杂志称Shakey为“第一个电子人”,同年11月,《国家地理》杂志也对Shakey和计算机的未来进行了报道。
软件
该机器人的编程主要使用LISP语言。斯坦福研究所问题求解器(STRIPS)规划器是其主要规划组件。作为第一个基于逻辑的目标驱动型智能体,Shakey 所面对的是一个受限的世界,其中包含由走廊连接的多个房间,以及可供交互的门和电灯开关。
Shakey 的规划器中包含一系列可执行的动作,包括从一个位置移动到另一个位置、打开和关闭电灯开关、打开和关闭门、爬上和爬下刚性物体,以及推动可移动物体。STRIPS自动规划器能够制定计划来执行所有这些动作,尽管Shakey本身并不具备在计划中亲自执行所有动作的能力。
一个示例任务可能是:操作员在计算机控制台输入命令“把箱子推下平台”。Shakey 会环顾四周,识别出平台上有一个箱子,找到一块可以到达平台的坡道,然后将坡道推过去,自己爬上坡道,最后把箱子推下平台。
硬件
从物理结构上看,Shakey 相当高,配备了一根用于无线电通信的天线、声纳测距仪、一台电视摄像机、机载处理器以及碰撞检测传感器(“碰撞探测器”)。该机器人身材高大且行走时容易摇晃,因此得名。据一位团队成员回忆:“我们花了一个月的时间想给它起个好名字,从希腊名字到各种名字都试过,后来有人说:‘嘿,它走起来摇摇晃晃的,干脆就叫Shakey吧。’”
该硬件集成了多种传感和计算组件,使其能够与周围环境进行实时交互。声纳、视觉和碰撞检测的组合使Shakey能够在其受限的世界中导航和操作物体。
研究成果
Shakey 的开发对机器人学、人工智能和计算机科学产生了深远影响。其显著成果包括A*搜索算法(广泛用于路径规划和图遍历)、霍夫变换(一种用于图像分析、计算机视觉和数字图像处理的特征提取技术),以及可见性图方法(用于在平面中寻找欧几里得最短路径)。
这些贡献已成为现代人工智能和机器人学的基础工具。例如,A*算法被广泛应用于从游戏AI到自动驾驶汽车的各种应用中。霍夫变换至今仍是计算机视觉中的标准技术,而可见性图方法则被应用于机器人和自动化系统的运动规划中。
媒体与奖项
1969年,SRI发布了24分钟的视频《SHAKEY:机器人学习与规划实验》,该视频获得了广泛关注。人工智能促进协会(AAAI)的AI视频竞赛奖项被命名为“Shakeys”,正是为了纪念该视频的重要影响。2004年,Shakey入选卡内基梅隆大学机器人名人堂,与ASIMO和C-3PO等知名机器人并列。此外,Shakey还获得了IEEE颁发的电气与计算工程里程碑奖。
Shakey 的遗产还体现在其对后续人工智能和机器学习研究的深远影响上。该项目证明了将逻辑推理与物理行动相结合是可行的,为后来神经网络和深度学习的发展铺平了道路。其在规划算法和计算机视觉方面的贡献持续影响着现代AI系统,包括MIT CSAIL和斯坦福AI实验室等机构开发的那些系统。