《仿人机器人原理与实战》一导读

前　　言

本书以人体为讨论对象，采用一种独特而有趣的视角来学习嵌入式系统、机器人学和电子学。诚然，爬行机器人和地毯清洁机器人是非常酷的实验平台，但是它们多半是冷冰冰的、毫无生气的机器。反之，人类拥有复杂的神经反射，包括根据压力调节心跳频率和根据环境光线强度调节瞳孔大小等。如果你想迈出制造更接近人类的机器人的第一步，那么本书是你的不二选择。
首先，本书的灵感一部分来源于科幻作家所描绘的影像，一部分来源于我们开发救生用人工智能系统的经验。如果你已经看过《银翼杀手》《太空堡垒卡拉狄加》《异形》《终结者》《普罗米修斯》或《神秘博士》，那么就不能将机器人的最高水平简单地等同于一个会思考的罐头盒，而忽略它的智能。在这些或者其他科幻经典中塑造的仿人机器人不仅可以通过图灵测试，而且在生理学上是正确的—它们能够跟我们一样呼吸、流血和出汗。因此，如果不做外科手术式的深究，那么这些仿人机器人与人类实在难以区分。
其次，本书的灵感中更急迫和更实际的部分来源于仿人替代品，这种替代品可以用来训练健康监护人员以挽救和护理真实的病人。然而在开发这些替代品的过程中获得的经验是，我们离这个目标还有很大差距。现有的这些系统除了多了几个传感器外，跟街边玻璃柜子里的人体模特没有多大区别。我们现在需要的是一群充满渴望与热情的工程师、实验师和发明家，一起创造下一代仿人替代品。希望本书能使你迈出探索旅程的第一步，即使你的终极目标是创造一个配得上“银翼杀手”称号的仿人机器人，你也应该坚持读完本书。设计一种有利于拯救生命的人工智能系统是个不错的开端。
在编写本书的过程中，我们做了以下几个假设：
你已经阅读了一些有关电子学的入门书籍。
你已经对某种流行的微控制器做过编程，特别是Arduino。
你已经通过操作机器人装置或者学习网站/杂志上的文章获得了一些有关构建机器人的基本经验。
你已经了解电气安全知识并且在实际操作中遵守这些规则。
你拥有并使用保护眼睛的装置（如果碰巧有个线头飞进你的眼睛，那么在仿生植入技术获得突破前，你的视力可能会永久损伤）。
你拥有自然且强烈的好奇心。
学习目标
我们竭尽全力确保你读完本书后可以获得以下技能：
加深对人工智能系统的理解。每一章中的项目都有助于你在生物机能方面获得全新的体验。
进一步理解如何利用微控制器、传感器和驱动器等组件对人体系统进行建模和仿真。
帮助你将嵌入式系统应用到本书以外的人工智能系统中。人体是一部相当复杂的机器，内部成千上万个子系统互相连接，作为本书实例再恰当不过了。
帮助你在设计和建造人工智能系统时考虑得更加周全。也许你将会花费数千元购买那些与实物几乎一模一样的道具，但最为关键的是在探索旅程中对机器人内部原理的理解。本书并不是要建造一个《太空堡垒卡拉狄加》的6号克隆品，其实这将是我们下一本书关注的核心内容。

目 录

第1章　 反射弧
1.1　 反射弧生物学基础
1.2　 反射弧与仿人机器人设计
1.3　 反射弧实验入门
1.4　 反射弧实验进阶
1.5　 反射弧“小魔怪”
1.6　 反射弧搜索关键词
第2章　 行为链
2.1　 行为链生物学基础
2.2　 行为链与仿人机器人设计
2.3　 行为链实验入门
2.4　 行为链实验进阶
2.5　 行为链“小魔怪”
2.6　 行为链搜索关键词
第3章　 动态平衡
3.1　 动态平衡生物学基础
3.2　 动态平衡与仿人机器人设计
3.3　 热平衡模拟器
3.4　 热平衡实验进阶
3.5　 附加项目：电加热板的PID控制
3.6　 热平衡“小魔怪”
3.7　 动态平衡搜索关键词
第4章　光与视觉
4.1　生物学基础与瞳孔光反射
4.2　光反射实验入门
4.3　创建动态的眼睛
4.4　一双活生生的眼睛
4.5　对光有反应的生动的眼睛
4.6　项目：Mark54瞳孔检查模拟器
4.7　光线跟踪与目标检测
4.8　光线跟踪检查
4.9　小结
第5章　耳朵
5.1　耳朵生物学基础
5.2　耳朵与仿人机器人设计
5.3　声音定位实验入门
5.4　声音定位实验进阶
5.5　声音定位“小魔怪”
5.6　声音定位搜索关键词
第6章　心肺功能
6.1　心肺功能生物学基础
6.2　心肺功能与仿人机器人设计
6.3　心音模拟器
6.4　肺音模拟器
6.5　心音与肺音联合模拟器
6.6　心肺功能“小魔怪”
6.7　心肺功能搜索关键词
第7章　如果仿人机器人流血了，我们能止血吗
7.1　循环系统生物学基础
7.2　循环系统与仿人机器人设计
7.3　心脏脉冲模拟器
7.4　心脏脉冲模拟器进阶
7.5　与心音和肺音模拟器集成
7.6　循环系统“小魔怪”
7.7　循环系统搜索关键词
第8章　只是时间问题
8.1　肌肉力量与衰老问题
8.2　心跳恢复率与健康程度
8.3　年龄“小魔怪”
8.4　年龄搜索关键词
第9章　情感与表达
9.1　仿人机器人高仿真方法
9.2　仿人机器人低仿真方法
9.3　机器人的微笑
9.4　声音合成
9.5　EMIC-2指令集
9.6　语音验证实验入门
9.7　利用Epson解析器表达声音
9.8　利用DECTalk解析器表达声音
9.9　构建会表达的仿人机器人
9.10　Tatrick如何表达
9.11　实例1：利用多彩眼睛打招呼
9.12　实例2：做坏事的机器人
9.13　实例3：困惑的小孩
9.14　实例4：喝醉的机器人
9.15　实例5：聪明的智者
9.16　实例6：耐心的病人
9.17　小结