Y你可能知道我的机器人。我已经发明了30多年的自动机器，其中之一，iRobot公司的Roomba，很受欢迎。在我的职业生涯中，我学到了很多关于什么让机器人有价值的东西，并形成了一些强烈的观点，我们可以从它们的未来期待什么。我还可以告诉你为什么，与流行的好莱坞末日形象相反，机器人不会很快接管世界。但这有点超前了。让我倒回去。
我对机器人的热爱始于上世纪80年代初，当时我加入了麻省理工学院(MIT)人工智能实验室(Artificial Intelligence Lab)的研究人员。物理是我的大学专业，但在实验室呆了一段时间后，技术发展的潜力吸引了我。我成了一名机器人专家。
这是一个令人振奋的工作场所!一群才华横溢的人在研究深奥的问题和迷人的算法。令人惊讶的智能机制被开发出来，所有这些都集中在聪明能干的移动机器人上。未来似乎是显而易见的。所以，我做了一个大胆的预测，告诉我所有的朋友，“在三到五年内，机器人将无处不在，做各种各样的工作。”
但我错了。
在最初的几年里，新闻报道一次又一次地开玩笑说:“大公司X展示了消费机器人Y的原型机。X表示Y将于明年上市。”但不知怎么的，明年还没有到来。在20世纪80年代和90年代，机器人从未设法走出实验室。对于一个坚定的机器人爱好者来说，这是痛苦的。为什么所有的期刊论文、精巧的原型机和令人窒息的新闻报道都没有让我在商店里买到一个机器人呢?
让我用第一个消费机器人的故事来回答这个问题做了实现市场明星。
1999年夏天，在iRobot公司工作时，我和同事保罗·桑丁(Paul Sandin)写了一篇题为《尘埃小狗，一个具有高收益潜力的短期突破性产品》(DustPuppy, a short - term Breakthrough Product with High Earnings Potential)的提案。我们描述了一个便宜的小机器人，灰尘小狗，它可以自己清洁消费者的地板。管理层喜欢这个想法，给了我们1万美元和两周的时间来制作原型。
我们用一个圆柱形电刷、开关、传感器、电机和一个普通的微处理器组装了我们的愿景。在紧张的两周结束时，我们有了它——一个粗糙版本的机器人，它在地板上传送一个清洁装置，而且大部分没有卡住。管理层看到了和我和保罗一样的承诺。
我们把我们的机器人叫做尘埃小狗是有原因的。这是世界上第一个重要的消费类机器人，也是该团队首次尝试消费类产品。风险在于，客户可能期望过高，而我们可能交付太少。我们确信我们的机器人会像小狗一样尝试很难为了取悦，但也像小狗一样，有时也会搞砸。把它叫做尘埃小狗是我们设定期望的方式，如果我们的机器人出了问题，希望大家能耐心等待。可惜的是，iRobot雇佣了一家公司来寻找一个更商业化的名字。经过多次消费者测试，DustPuppy成为了Roomba。人们认为机器人的随机动作让它看起来像是在房间里跳伦巴舞。
P我和保罗都知道，制造一个自动地板清洁机器人会遇到一些外行不知道的挑战。人们熟悉的解决方案在人身上很管用，但在机器人身上却行不通。
你的手动吸尘器可能会从墙上的插座吸取1400瓦或1.9马力。在roomba大小的机器人中，这种机械装置会在大约一分钟内耗尽电池。把机器人做大，以容纳更大的电池，这样机器人就不能放在家具下面了。此外，电池也很昂贵——大型电池的成本可能会影响销量。我们需要创新。
梅尔维尔·比斯尔(Melville Bissell)帮助我们解决了这个问题，他在1876年为地毯清扫机申请了专利。我们借鉴了他的发明来解决Roomba的能源问题。地毯清扫机清除灰尘非常有效。虽然你提供了所有的动力，但你推一个人也不会出什么汗。(如果你提供了一个传统真空所需的全部1.9马力，你就会大汗淋漓了!)
当设计师们用拟人化的特征装饰他们的机器人时，他们是在做出一个没有机器人能遵守的承诺。
我们意识到我们的节能地毯清扫机不能像强力真空吸尘器那样清洁得快或深。但我们认为，如果机器人花足够的时间来做它的工作，它也可以清洁表面的污垢。如果机器人每天都工作，表面的污垢就不会进入地毯。Roomba通过不同的方式完成任务，与人工操作的真空吸尘器相匹配。
任何机器人吸尘器都必须做两件事:1)不被卡住，2)巡视地板的每一个部分。我们满足了第一个要求，部分是通过让Roomba的驱动轮在直径上旋转。这种形状的巨大优势在于，Roomba总能原地旋转以逃脱物体。没有其他形状能实现如此简单、可靠的策略。第二项要求是到处访问，这需要一个不那么明显的计划。
清洁时，你会有系统地移动，只有当某个地方特别脏的时候，你才会重游。传统智慧认为，我们的机器人应该以boustrophedon模式进行同样的驱动。（这个酷词的意思是在交替的方向上书写线条，从左到右，从右到左，就像牛在犁地时转弯一样。）如何做到这一点？我们收到了这样的建议：“只要给机器人编程，让它记住它去过哪里，就不要再去那里了。”
这样的陈述揭示了一个感人的信念，即软件无需帮助就可以解决任何技术问题。但是试试这个练习(请在安全的地方!)当站在一个有标记的起点时，选择另一个点，比如说，在你左边六英尺的地方。现在闭上你的眼睛，然后绕着中心点走一圈。你离起点还有多远?和你一样，如果没有合适的传感器，机器人也无法在这个世界上定位。现在已经有了更好的解决方案，但在2000年前后，一个位置传感系统将使Roomba的成本增加1000多美元。所以，牛栏雉的路径不是一个选择。我们必须让Roomba在不知道它在哪的情况下完成它的工作。
我使用一种叫做基于行为编程的控制方案来设计机器人。这种方法适用于机器人，因为它速度快、响应快，并且运行在低成本的计算机硬件上。基于行为的程序将机器人的控制方案构建为一组简单、可理解的行为。
记住，Roomba的使命是将它的清洁机制应用到地板的所有部分，而不是被卡住。完成此任务的程序至少需要两种行为。就叫他们Cruise和Escape吧。巡航是一心一意的。它忽略所有传感器的输入，不断地输出一个信号，告诉机器人的马达前进。
Escape看着机器人的前保险杠。当机器人与什么东西相撞时，保险杠上的一个或两个开关都会启动。如果左边的开关关闭，Escape就会知道左边发生了碰撞，所以它会告诉马达让机器人向右旋转。右边的碰撞意味着左边的旋转。如果两个开关同时关闭，就会做出一个任意的决定。当两个开关都没有关闭时，Escape不向发动机发送信号。
偶尔巡航和逃生尝试同时向马达发送命令。当这种情况发生时，一个称为仲裁器的代码决定哪个行为成功，输出命令的最高优先级行为获胜。在我们的示例中，逃生被分配更高的优先级。
在观察机器人时，我们看到这些简单的规则产生了复杂的行为。机器人在地板上移动，直到撞到什么东西。然后它停止前进，原地转弯，直到道路畅通。然后它继续向前运动。给定时间，这种随机的动作可以让机器人覆盖并清扫整个地板。
你猜第一个Roomba的脑子里发生了什么？当观察者告诉我Roomba在想什么时，他们总是想象巨大的复杂性给机器人灌输了既不存在也不必要的意图和复杂的计划。我造的每一个机器人都是我能做的最简单的。任何多余的东西，甚至是智力，都会阻碍市场的成功。
完整的清洁任务包含一些额外的微妙之处。这需要两种以上的行为来实现高效的操作。但这个原则是成立的，机器人只包含任务所需的最小部件和代码。
一个在产品发布的几个月后，我们向焦点小组演示了其中一个原型。它的设置非常经典:一名协调人将Roomba展示给潜在客户，而工程师们则在单面镜子后面的一间黑暗的房间里观看。
会议进行得很顺利，人们似乎喜欢这个机器人，它能有效地捡起测试中的灰尘。然后主持人提到，Roomba使用了地毯清扫装置，不包括真空装置。
心情变了。我们的测试小组修改了他们愿意为Roomba支付的价格，比几分钟前的估计降低了一半。我们设计师感到困惑。我们用地毯清扫器代替吸尘器解决了能源问题，而且它确实有效!为什么这对焦点小组来说还不够呢?
你能猜到Roomba的大脑里发生了什么吗?我制造的每个机器人都是我能做到的最简单的。
几十年的广告已经让消费者认识到，真空吸出大量安培就意味着有效的清洁。我们希望客户使用更合适的标准来判断我们的新技术。但没有现实的方法来实现这一点。相反，我们的项目经理宣称:“Roomba必须有一个真空，即使它什么都不做。”
团队中没有人想要一个免费的组件——即使它解决了我们的营销问题。我们想我们可以用三瓦的电力来运行真空马达。但是一个典型的真空需要消耗1400瓦的能量。只有三个人能做什么?
用一把旧热风枪的内脏，一些纸板和包装胶带，我找到了方法。结果是，如果我做一个很窄的入口，我可以达到和普通真空一样的气流速度，但是，因为体积很小，它只需要一点点的能量。我们有一个真空吸尘器，实际上有助于清洁。
在制造过程中，有一个时刻被称为“制作模具”，当设计必须冻结，以便塑料模具可以被切割。如果错过了最后期限，你可能就会错过发行日期，从而严重影响销量。
大约在“提交”前两周，我们的项目经理说:“让我们测试最新的原型。”我们在地板上放一些替代污垢，让Roomba在上面运行。泥土依然保持原状。
恐慌接踵而至。早期的原型似乎起了作用，我们认为我们理解了清洁机制。但也许没有。我回到实验室，试图找出问题所在。这包括在玻璃桌面上撒碎的Cheerios，并在清洁机制运行时从下面往上看。
我们对比塞尔的地毯清扫器的概念是这样的:当刷子在地板上转动时，刷毛的尖端会吸附灰尘颗粒。刷子旋转在一个符合的裹尸布携带灰尘到后面，在那里一个齿结构从刷子梳它。泥土随后落入收集箱。
这种镇定的描述大错特错。事实上，当刷子在地板上转动时，一个轻弹的动作会把灰尘颗粒吹成一团疯狂而混乱的云。一些粒子反弹到地板上，一些反弹到灌木丛深处，一些找到了收集箱。解决办法是把护罩延伸到刷的后面，这样刷就有第二次机会把它捡起来。Roomba再次进行清洁，我们可以腾出一两天时间开始切割模具。
Roomba于2002年9月推出。它的成功很快使所有参与者的梦想黯然失色。
DRoomba刚刚兴起的统治是否终结了漫长的机器人荒?我的机器人大军为人类服务的梦想即将成真吗?
在iRobot发布Roomba之后的这些年里，许多其他的机器人公司都做出了自己的选择。这里有一些:Anki, Aria Insights, Blue Workforce, Hease Robotics, Jibo, Keecker, Kuri, Laundroid, Reach Robotics, Rethink Robotics，和Unbounded Robotics。除了机器人和数百万美元的风险投资，这些公司还有什么共同点呢?如今没有一家公司在营业。
机器人和机器人公司在商业上的失败并不是一个新现象。在Roomba出现之前，速度较慢，但失败率同样令人失望。这种令人沮丧的情况让我开始寻找办法，避开机器人专家似乎决心要犯的致命错误。我确定了开发Roomba时遵循的三个原则。
1.执行有价值的任务
当一个机器人做一项特定的工作时，比如说，修剪你的草坪或清洁你的烤架，它的价值是明确和持久的。但这些年来，我看到了许多酷酷、可爱、迷人的机器人，它们承诺了巨大的价值，尽管有些模糊，但却没有执行任何明显的任务。通常，我能问这样一个机器人的设计者的最尴尬的问题是，“你的机器人做什么？”在这种情况下，脱口而出的答案“一切！”都是“没有”的同义词。成功机器人的首要原则是：做别人想做的事。当机器人的唯一属性是可爱时，它的价值就会随着新鲜感的消退而蒸发。
2.今天就完成任务
许多机器人从研究实验室中诞生。在实验室里，研究人员渴望率先取得一些令人印象深刻的成果;成本和可靠性无关紧要。但成本和可靠性对现实世界的产品至关重要。前沿技术很少是廉价的、可靠的或及时的。第二个原则:使用建立的技术。一个关于机器人完成关键路径的研究项目可能会无限期地延迟交付。
3.少做任务
人们有他们想要完成的工作，也有他们想要完成的工作——干净的地板，修剪过的草坪，衣柜里刚叠好的衣服。结果很重要，方法不重要。如果机器人不能提供最低成本、最省力的解决方案，客户就不会购买它。第三原则:机器人解决方案必须与现有的解决方案在成本上具有竞争力。人们不会花更多的钱让机器人来做这项工作。
一些机器人取得了令人印象深刻的成功:Roomba、Kiva Systems(仓库机器人)和Husqvarna 's Automower(割草机)。但我是以这个问题开始这篇文章的，为什么不是所有地方都有成功的机器人?也许答案正变得越来越清晰。
机器人的成功是机会主义的。并不是每个应用程序都有一个可行的机器人解决方案。最先进的技术意味着只有精选的应用程序提供:一个大的市场;支持自治的现有技术;这是一种比其他解决方案更好的机器人方法。
还有一个更微妙的方面。机器人和人可能以完全不同的方式完成相同的任务。这使得决定哪些任务适合机器人既困难又有趣。在我看来，每个潜在的任务都必须从头开始重新想象。
我最新的机器人，Tertill，防止杂草在家庭花园生长。人类园丁将杂草连根拔起。为什么?因为这样可以优化园丁的时间。留下根并不是道德上的失败，它只是意味着杂草会迅速重新发芽，迫使园丁花更多的时间除草。
Tertill不会拔除杂草，但会以另外两种方式攻击杂草。它会切断杂草的顶部，并在杂草从种子中发芽时使用轮子的擦洗动作来杀死杂草。这些策略之所以有效，是因为机器人与园丁不同，它生活在花园中。Tertill每天都会回来，以防止扎根的杂草进行光合作用，从而最终生根杂草种子经常受到干扰而不发芽。
如果Tertill复制了人类的解决方案，所需的根提取机制和视觉识别系统将增加开发时间，增加成本，并降低可靠性。如果不重新设想任务，就不会有解决方案。
机器人要完成他们的工作是很困难的。用不必要的功能和期望来加重他们的负担会使问题恶化。这就是为什么当设计师们用拟人化的特征装饰他们的机器人时，我总是感到恼火的一个原因——他们做出了一个没有机器人能遵守的承诺。拟人化的特征和行为暗示了机器人与人类有同样的内心生活。但它不是。相反，机器人只有有限的模仿人类的技巧。一旦主人看过所有的把戏，机器人的新奇感就会耗尽，也就失去了开启机器人的理由。只有执行有用任务的机器人才会在新奇感消退后继续服役。
据我所知，没有一个商业上成功的机器人有多余的配件。这包括计算周期——它可能用来考虑统治世界的周期。机器人的所有资源都用于完成它设计的任务，否则它不会成功。工作中的机器人没有时间接管世界。
机器人的出现一直很缓慢，因为每一个机器人都需要市场、任务、技术和创新的罕见融合。(和运气。我只描述了一些差点害死Roomba的事情。)但随着技术进步和成本下降，机器人设计师的工具箱不断扩大。因此，更多类型的机器人将跨越经济可行性的门槛。我们仍然可以期待一个常数。每一个新的、成功的机器人将代表一个人们想要解决的问题的最小——最简单、成本最低的解决方案。越来越多的工具让我们能够解决更多有趣的问题，这使得现在成为了一个练习机器人的激动人心的时刻。
Joe Jones是该公司的联合创始人和首席技术官富兰克林的机器人．他毕业于麻省理工学院，拥有70多项专利。
主图片:Christa Mrgan / Flickr
