我想让几何机器人摸爬滚打，成为美丽的强者造福人类｜姚燕安

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姚燕安演讲视频：

以下为姚燕安演讲实录：

我是姚燕安，来自北京交通大学机械与电子掌握工程学院和北京交通大学机械人研究中心。

机械人，人人应该都不生疏。传统的机械人概念，是人形机械人（别名两足机械人、足式机械人或仿人型的机械人），有两条腿。也包罗机械动物，好比有名的美国波士顿动力公司斥地了一种仿大狗的机械人，叫做Big Dog。再广义一些，也包罗仿蛇形的机械人。

从机械人研究专家角度来看，其实还有一种仿生形的机械人——轮式、履带式或许球形的小车，给它装上摄像头，它就有必然对情况感知的能力；再装上车载的较量机，它就可以进行主动决议和判断。

所以，机械人是一个更为广义的家眷概念。

“几许机械人”是我本身起的名词，是一类完全新概念的机械人。

这是我们一款三角形的机械人。三角形的构造很稳定，但我把三角形机械人做成可变形，三条边都能够伸缩，三个角都能够转变。然后给它装两只脚，它就酿成了一个能够步行的三角形机械人。

这是一款四边形机械人。人人能注重到，它一会酿成正四边形，一会酿成平行四边形，在地上滚动。

轮子人人应该都很熟悉，若是说它是世界上最伟大的发现，估量大多数人也没有贰言。轮子的几许外形其实很简洁，就是个圆形或许圆柱体。但有了轮子，汽车就能够用来载重，能够高速行驶，整个鞭策了人类文明的提高。所以我一向恶作剧，说这个能滚动的四边形机械人是我最伟大的发现。

轮子适合很硬的路面，好比高速公路；然则它不适合松软的野外路面。这种四边形的机械人，以及我们后背会看到更复杂的能够变形的机械人，能够适应更复杂的地形。

我把这一类机械人叫做多边形机械人，这里展示的是六边形机械人。它是个六边形，然则能够一会酿成三角形，一会酿成四边形，还能够往左滚，往右滚。

这是我的孩子方才上初中的时候，我们给拍的录像，他如今已经上大学了。画面中他在批示这个机械人，一会让它向左走，一会让它向右走，像交警在批示交通一般。

这就有了一个很主要的机械人的概念：变形机械人。它的形态能够转变。

在初中，我们就学了平面几许，上面展示的是一部门平面几许的机械人；而高中，我们起头学立体几许了，所以也设计了一些立体几许机械人。

这是四面体机械人。当它站得对照正的时候，是一个尺度的四面体。四面体由四个三角形组成，我把这四个三角形都做成可变形的三角形，就酿成一个能够变形的四面体机械人。如许，它整体的高度和宽度就能够转变，很适合进行一些摸爬滚打的运动，好比登山、钻洞。

还有更复杂的。这是双正交的四边形。

这个叫削棱截角多面体。

这个是双三角锥，它由两个四面体组合组成。

我们实验室还斥地了更为复杂的变形机械人。

有一种拓扑几许，是拓朴学跟几许学的融合，是研究外形在转变过程中性质的一门学科。像我们也设计了几款拓扑几许的机械人。

像这款机械人，它是个椭球形，然则能够睁开酿成一个多面体。人人或者会很新鲜，怎么用啊？如今是把它做成炮弹。用炮弹把它打出去，让机械人睁开，落地之后再登山越岭、适应复杂的地形。

这是变形金刚，它正本是一个多面体，没有手，没有脚。然则我们能够经由变形，把它变出手或脚出来。它能够滚，也能够用手脚去攀爬。

这是我们今朝正在做的此外一款变形金刚。变形金刚一样是把汽车酿成汽车人，我们这个要复杂得多，有好多复杂的多模块组合。

除了平面几许、立体几许、拓扑几许，我们还研究了更为复杂的高维几许。

我的研究借鉴了高维几许——专门有高维几许这个学科。我一向认为数学似乎远远领先于我们其他的学科，包罗机械人、物理和化学。爱因斯坦在研究相对论的时候，他发现还没有很好的数学对象能描述四维时空，才去寻找四维几许学。实际上，几许学家早已经把非欧几许、四维几许预备好了。后来爱因斯坦把握四维几许之后，就很快解决了相对论的问题。

这是我们做的一款非常微妙的机械人，它起自于四维空间，叫双多棱柱。人人看到，它里面是个小的三棱柱，皮相是个大的三棱柱。在活动过程中，里面的三棱柱能够伸出来把皮相的三棱柱吞掉，皮相酿成里面，里面酿成皮相。非常有趣，也非常微妙。

其实四维空间很主要的特征，就是表里不分，表里一体。

曾经有一位气功师张宝胜，有段时间非常有名，他声称能够把一个关闭瓶子里面的药片抖出来——这在三维空间里显然做不到，你除非把瓶子损坏掉。我们后来知道，这位师长是在变魔术。

实际上，四维空间的几许学真的有这种特征，好比说克莱因瓶，它真的是表里类似的。

我们团队正在进行一项更为复杂的工作，我把它叫做“超（机械）人”，用术语描述是“极端地形可重构多模式机械人”。

这是仿真录像（左图）和第一代实验样机（图右）。它的外形是多面体，能够近似球形——天真，有全向移动能力，但不是很轻易掌握；也能够酿成履带式——滚动行走，适应对照松软、坎坷的地形；也能够酿成轮子——快速滚动。此外，在硬路面上（如高速公路），它还能够变出腿和脚去攀爬。

它有一个很奇特的特征：能够折叠起来，堆在一路——很适合隐蔽、隐藏或许运输、扔掷的工作。

如许，它就具备了内涵变拓扑、外部变形态的特点。我进展用它来战胜极端复杂的地形：需要快的时候就酿成轮子或球形，需要跨越松软地形就酿成履带或蛇形，需要攀爬台阶、壕沟、垂直墙等离散障碍就变出腿脚。

从提出几许机械人的概念到今天，我做了有十五、六年的研究。络续有人问我：你提的这个几许机械人，有什么用？

我也经常恶作剧回覆——

几许学的创始人是古希腊伟大的哲学家、数学家欧几里得，他写了一本《几许原本》，在柏拉图的几许学园里来教几许学。

有一天，一个年青年头人问欧几里得：我跟你学几许学，有什么用？

欧几里得就对站在他旁边的学生说：给这个小伙子三个硬币，让他走吧，他想从几许学里面学到实际的好处。

对此，我的懂得是：柏拉图、欧几里得这些伟大的数学家、哲学家、科学家，他们很不进展本身的学问被看作是实用的、手艺性的技能。然则我们知道，除了古希腊之外，其他文明古国（古印度、古巴比伦、古埃及，包罗古中国）实际上都把几许学作为测地术——用来测量地盘、盖房子。

其实几许学是非常有效的学问，古希腊的哲学家、数学家他们试图用它来研究宇宙的构造，索求神是怎么建立宇宙的。其时柏拉图就提出来：宇宙是由五个正多面体（正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体和正二十面体）组成的——多面体有好多，但正多面体只有这五种。他认为，正四面体代表火，正六面体代表土，正八面体代表空气，正二十面体代表水；后来他的学生提出来，正十二面体代表天主的一种元素“以太”。

我们做的几许机械人，它具有无用的一面，也的确有实用的一面。我在实用方面的索求，是进展把它作为索求极端地形的机械人。

这是2008年汶川地动的一张照片，其时我正在德国做接见学者。其实正本蜀地就没有什么路，山很陡峭——“蜀道之难，难于上苍天”。地动把仅有的路面严重损坏了，所以地面的救援车辆基本过不去。天色很恶劣，地形很复杂，直升机也不敢下降，就只能靠士兵攀爬。士兵需要背好多很重的救援物资，速度很慢，也很危险——真的让人很揪心。

其时我在德国，远水解不了近渴，也没有法子。然则我给坦克坦克车研究所的工程师打德律：装甲突击车那么厉害，能不克过这种地形？很遗憾，装甲突击车也过不去。

于是我就想，能不克做一款机械人，它可以在这种复杂地形下通行自如，进行抢险救援？

陆军在2016年办了一个仿生机械人的挑战赛，邀请了国内做仿生机械人对照强的团队。竞赛现场有好几个仿美国大狗的机械人，而我们的铁马多足机械人有16条腿。

我们在一个山区里面竞赛，这是其时的场景。铁马多足机械人跟大狗机械人采用了判然不同的设计道理，它每一只马腿都由多数层的网格叠加，很复杂，也是我几许机械人的一个延伸。最后，我们拿到了山地赛总分第一名，在载重和速度方面都跨越了美国的大狗机械人。

好多人或者会新鲜：机械人是很典型的高科技，为什么又在做艺术？

我是如许思虑的：高科技往往很快就会被庖代，好比手机，或者两三个月就换代了，难以持久。但艺术是永恒的，好比李白的诗、齐白石的画，或者有人类存在，艺术就会络续地存鄙人去。那怎么在瞬态转变、日新月异的高科技之中，索求永恒不变的元素？

这也是引起我关于“艺术跟科技融合”索求的念头。

实际上，我首要受到这两小我的开导：塞尚和达·芬奇。

塞尚，西方把他称为“现代艺术之父”和“新艺术之父”，他开创了包罗立体主义、抽象主义等等现代艺术的画风。他认为，圆柱、圆球和圆锥这些抽象的几许元素更适合表达天然，更接近天然的素质。我跟塞尚学了一点点的外相，所以做出了圆柱形、圆球形和锥体的机械人。

此外，也受到了达·芬奇很深刻的影响。达·芬奇不光是伟大的画家，同时也是一位伟大的科学家——好多巧妙的装配都是由他最初设计的。我从达·芬奇绘画里获得最大的灵感是，一种活动的艺术。其实我最起头看《蒙娜丽莎》的时候，感觉似乎也没有很时兴；但后来就越看就越出神。我逐渐感受到，达·芬奇的艺术造诣或者不是形态的、几许学的时兴，而是一种巧妙、精巧又微妙的活动的艺术。

我也缔造了一些具有活动艺术的机械人作品，好比雪花机械人，它是一个对照复杂的多边形机械人。

我对风行歌曲不是很伤风。但其时听到萨顶顶唱这首歌的时候，就很有感受：思路像飘落的雪花，落在地面上，酿成自由行走的花。我就想，是不是真的能够做一枝能够行走的花？

后来我就做出了能够行走的雪花，当然是很抽象的雪花的造型。我也请一个跳舞家作为跳舞先生，排了一个雪花机械人的跳舞，而且请了小演员表演群舞。

机械人是一种智能的生命，它跟传统的机械都纷歧样。它有智能，有自立感知活动的能力，有或者跟人类是一般的。那未来，机械人怎么跟人类去共融相处？所以我进展测验“人机融合”。

我们也测验借鉴了艺术范畴的一些派别和气势，来做一些机械人艺术作品的创作。

好比，这是我和康奈尔大学传授、中央美院客座传授陈小文合作创作的撞南墙圆柱机械人。得知我的机械人是圆柱体，陈先生提议：能不克让它去撞南墙？究竟做出来的这款机械人就络续地撞墙——撞完墙，退回来，再撞——我感觉有点“行为主义”的味道。

这是一个滑行四边形机械人，其实在仿蛇形；但形是一条曲线，不是蛇形——神似形不似。

这个双三角锥机械人，以数学图阵里一个很有名的问题定名，叫Random Working。它有一个非常有意思的特征：能够在地面上随机行走。

它像一个醉汉——一会清醒，一会糊涂，有时候第一步知道往哪里走，究竟第二步就不知道了。

这个鼎是我的镇宅之宝。我跟中科院天然科学史研究所张柏春所长非常熟，也熟悉一位用现代手艺做鼎的苏声誉先生。所以有一次我们三人聊天，我就请两位先生指导一下。

苏先生很感乐趣，说这个是行鼎；然则古鼎专家也没有搞清楚究竟什么是行鼎，因为出土文物很少。他说，这或者是世界上第一台真正能走的鼎，爽性我给起个名字叫“姚氏行鼎”。然则张先生就质疑：鼎正本是静物，出言如山，不克动——这晃来晃去算怎么回事？

张先生的话困扰了我很长时间，让我好几年都不敢往外推——我做的装配不被科技史专家承认，也许也不太好办。后来我想，牵强一点，爽性让它“动如脱兔，静如处子”——平时让它不动，但每隔半个小时让它出来转一圈。

前段时间，我在798的成现代艺术中心举办了一个几许机械人的科学艺术展，上图是其时的一个展品。这双鞋子实际上是个机械人，也或者是世界上最简洁的机械人，只有两只脚——我把它简化到只有两只脚，连身子都没有了。我做了机械人的骨架，后来陈先生帮它穿了两只鞋，中央美院的几个研究生也介入了创作。展出时只有一个电机，只用了一个马达，很好地施展了极简主义的气势。

我提出了MSEAP的理念，五个英文字母离别代表数学（Mathematics）、科学（Science）、工程（Engineering）、艺术（Art）和哲学（Philosophy）。静态的几许图形，经由力学（代表科学），能够酿成可动的物理装配（即机械人），再经由工程的设计、制造、加工、检测，能够酿成实用的产物。我还要经由艺术的设计，使它更美妙，更相符美学的视角。此外，也进展融入哲学思惟，使它具有普世性。整个过程，我把它归纳为数学的严谨脑筋、科学的立异精神、工程的实践能力、艺术的美学视角还有哲学的普世情怀。

几许机械人有有效的一面，能够装摄像头，能够侦查探测，能够运载、运输，也能够放枪、放炮。作为超等金刚、作为兵器，它有壮大的力量，能够救人，也能够杀人。

最初柏拉图、欧几里得这些古希腊伟大的数学家、哲学家，他们用几许学来研究宇宙的构造和秩序；牛顿完全继续了他们的衣钵，提出了万有引力定律，认为万物包罗宇宙天体要有力来鞭策活动——如许的话，整个宇宙其实酿成了一部机械。在他们的根蒂上，我稍微引申了一点点，把机械人引入到几许学里面。

机械（包罗汽车、飞机）是人设计和制造的，然则人和动物是进化来的，这是两个分歧的手艺路线。那么，机械人将往哪里走？它是人造的，但又有智能，或者比人类更伶俐。孩子被怙恃生出来之后，就或者不受怙恃掌握了——机械人也或者如斯。今朝来看，机械人的体力已经跨越了人，存储、较量能力也跨越了人（好比AlphaGo），实际上逻辑剖析能力或者也已经远远跨越人了。

我的见解是，机械人跨越人是必然的，或者指日可待。如许的话或者会引起好多人的忧虑和思虑：若是机械人真的比我们还厉害、壮大，它会不会对人类晦气，甚至扑灭人类？

我很喜欢看武侠小说，一向很喜欢“壮大的武功和力量把握在公理之人手中”的剧情。好比降龙十八掌，这么壮大的武功把握在萧峰手中，我们不会很担心，然则若是把握在星宿老怪手中，世界或者就会一团糟——我很进展壮大的力量可以把握在公理的人手中。

我也非常喜欢《西纪行》，这段时间我一向在研究它。人人都知道观音菩萨是慈善和艳丽的化身，但其实她也有非常壮大的力量。孙悟空和观音菩萨之间，曾经有过这么一段故事：观音菩萨让孙悟空拿她的玉净瓶去对于红孩儿。孙悟空就去抓，但基本抓不动，他就很不服气，为什么菩萨轻轻一拎就能它拎起来了？菩萨说，你神通恢弘，但只有担山之力，没有架海之力，玉净瓶里装的是五湖四海的水，你的力量还差很远。

我进展我的机械人未来能成为菩萨一般的艳丽的强者，造福人类，维护世界和平。

感谢人人。

演讲嘉宾姚燕安：《我想让几许机械人摸爬滚打，成为艳丽的强者造福人类》