非同一般的常春藤我们如何设计和制作可以模仿大自然每一个环节的机器人？ 设计和制造我期待以进化的方式来设计东西。机器人是我研究的中可见的一部分，但机器人学背

后隐藏着两个基本问题：我们能否设计出可以设计其他机器的机器？我们能否制造出一个能够制造其他机器的机器？这些都是基本的工程学问题。工程学是有关设计和制造的。我们设计和制造的最终目标是可以设计和制造其他东西的东西。如果我们能做到这一点，那我们就能足够了解潜在的工程流程从而将其自动化。随着时间的推进，需要设计和制造的工程共同体变得日益复杂。维持产品增长和复杂

性的唯一方式就是通过自动化一些进程，例如下一代的 iPod。我们必须从设计和制造的产品本身来提升生产新产品的过程。 生物学联系大自然给了我灵感，大自然总是通过进化、发展、成长、学习来设计和制造万物。自然的

创造力是很令人吃惊的。它的成就远远超过了人类最好的工程师们的作品。工程师现在只能做一小部分,所以我们还有很长的路要走。虽然这些问题渗透到许多工程领域，但我们专注于机器人技术，因为这代表着众所周知的难题和潜在的巨大挑战。日渐增长的机器人现在我们已经在工厂和好莱坞电影中看到有大量的机器人出现。它们都是由一个个坚

硬的部件组成的，虽然我们可以通过重编程序来让它们做不同的事情，但是他们的实际身体是固定的，是不能被改变的。如果有什么部件损坏了，那么它们就结束了使命。今天大部分的产品都是如此：它们的形态是不能更改的。这和大自然中的现象不同，随着生命的增长，身体也在不断的成长变化。如果生病或受伤还可以愈合。肌肉在频繁的运动和使用中会变得坚硬发达。随着时间的流转，婴儿也会不断的成长成熟。在生物进化过程中，一个物种的身体会不断的变化以适应新的环境，面对新的任务和挑战。我们怎么样才能使机器人改变他们的物理结构？去成长？去适应？我们正在努力使机

器人在字面上做到这一点。我们着眼于一个机制，这个机制能使材料以一个合适的方法，或自我改变或应对来适应形式的发展，我非常期待这个项目。机器人的身体我们针对这个问题可以采取两种方法：一是使用基于小模块的材料的方法，二是使用

结合成一个结构的小的人工细胞的方法。首先，我们怎么找到能够适应他们环境的材料？我们把 3D印刷与材料相结合来提供所需材料。我们生产一个像洋葱结构一样的机器人，将提供构架、导电、传感和制动等不同功能的材料分层放置，通过在不同的位置逐层添加提供各种功能的材料来创建一个设备。最后在这些材料上做最后的喷雾处理就制成了一个机器人。我们还构建了由微型可互换组件构成的机器人和机器，这些组件就像人体中的细胞一

样。人类的寿命很长，但是细胞却是不断更替的，衰老的细胞死去，新细胞生成不断循环。虽然细胞不断更替，但细胞组成的个体并没有改变，身体还是同样的身体。我们希望机器也同样可以做到。我们有各种探索如何使大型机器如机器人处于微观粒子规模的项目。我们正在努力使

组件变成沙粒大小，而成百上千万的这种组件就可以组成一个机器人。我们可以通过减少或添加这些组件来达到其可变性，就像大自然中的生物一样拥有可以适应环境的形状。甚至机器可以新陈代谢，组件可以再利用—回收的终极形式—是可能的。模仿自然的过程我们怎么知道哪些材料会模仿自然的过程？我们从一个概念开始，尝试了不同的想法。

但是有些无疾而终并且没有发表。我们又回到最初的概念，继续完善然后再次尝试。现在，我们正在接近实现采用分层处理原料而制成完整机器人的目标。我们已经能够使机器人脱离大模块而采用小模块，而且现在可以使他们越来越小，并且制造越来越多的模块。最后我们想制造出一个拥有一百万能够适应和改变的小细胞的机器人。机器人的思想我描述的第一个项目是关于机器人的身体—身体如何变化。第二个的问题是关于机器

人的思想—思想如何变化。 我们怎样才能做出可以分析和发现的程序，让机器来改变自己的行为，或随着时间的推移，调整自己的行为以新的情况？它基本上是一个人工智能（AI）的问题，但是在一个物理身体的概念下去解决这个问题要比抽象运算法则下棋有趣的多。目前大多数自动系统的机器只是适应于它们的设计者所能设想到的东西。机器人的工程设计师能够预计到的机器人可能需要应对的情况，那么这些情况就会被编入机器。那么我们是否可以使机器在激烈的新形势下改变他们的行为？他们能否适应新的、不可预见的情况？我们现正研究如何使机器像动物适应大自然一样，调整自己的行为，以应对彻底的新

形势和机遇，例如合作和竞争。设想一下：一个机器人失去了一条腿，它开始跛行，或者它发现了一个新的机会，这是非常令人好奇的。我们可以做出这样的机器吗？这些都是科幻小说中常见的主题。(你也可以命名一个著名的具有这些属性的机器人，对吗？）我认为，关键的挑战是自我反射—让一个机器人创建一个自我模型，一个它本身的内

部图像，这样它可以预见会有什么事情发生。当机器人具有其自身表现的时候，它可以使用该表现来提前预测和反应，就像能够预测某一行动的后果的人类一样，从简单的移动手的动作到更复杂的长期行动。我们可以做出具有基本的反应的机器人，可以移动并且有自我形象的图像，它知道自己看起来像什么，知道自己可以和不可以做什么，而且可以使用这些属性来做出决定。接下来我们要做的是，机器人是否可以创建其他机器人的图像。人类相互合作相互竞

争，是因为具有了解别人的意图、目标和行动的能力。但机器人还做不到这一点。塑造自己和别人的能力是认知科学的根本，我希望机器人同样能够做到，这是体现智慧的关键也是我们的目标。我们的路还有多远？我们有一个机器人可以学习如何通过随机摆动它的脚并且创建一个自我记忆。例如，

这是一只蜘蛛还是蛇？刚开始的时候它不知道，但是，它会创建一个内部形象，然后计算出应该怎么走。接着，我们从机器人身上卸下一条腿。该机器人会找出它的内部形象，很快适应失去了一条腿，并开始一瘸一拐的走路。我们并没有预先编程，全是它的内部形象促使了这种行为，而且由于它创建了一个自己的内部图像，所以这些都是自发的。但目前这些都还是停留在简单的移动动作上。

我们正在努力制造出可以只通过观察其他机器人的行为就可以预测他们接下来会做什么，以及如何与他们合作的机器人。我们先前那些可以改变形状的自组装机器人，只由四个大细胞构成。现在，我们正在努力造出由数百微小细胞组成的机器人。我们现在看到的机器人也有自我反省，也会模拟自己的思想。生物学，工程师的百宝箱（实验室的桌子上有一本托马斯·艾斯纳的书的副本，For Love of Insects。）For Love of

Insects由托马斯·艾斯纳著，神经生物学和行为是非常能给人以灵感的。生物学就是工程师的百宝箱。只要观察随便任何一种动物奇妙的自然行为，都会给人带来灵感。当我们快要接近成功的时候，却是离它最远的时候。这本书的每一页都是一个潜在的研究项目。例如,我们一直致力于研究昆虫翅膀的运动。我们常问：“我们能这样吗?”，研究不断证实答案是：“我们不能。”我们不禁要问：“为什么？”，我们的质问立刻引发了一些有趣的思考。昆虫是如何

工作的呢？如果我们能够弄明白这个问题，我们会得到什么样的结论呢？一个例子是 Floris

Van Breugel的本科生研究项目（现为加州理工学院的博士研究生），Floris Van Breugel做了一个重 28克的类似于蚊子的机器。大自然有很多其妙的现象，昆虫、动物、细胞、和灵长类动物等等，所有这些都可以给

我们带来一些不同的设计理念。我认为，进化是设计师的母亲。在工程中，我们用天然的方法来制造东西，切割和组装做出来的单件材料等，但是自然增长的复杂结构同时拥有多种材料。在实验室中令人敬畏的本科研究人员康奈尔大学的不寻常的高质量的学生，特别是大学生，已经有了惊人的成就。如果康

奈尔大学与其他顶尖名校相比，当然我们有优秀的研究生，但是我们这里的独特之处是我们也鼓励本科生做高质量的研究。这是课程的一部分。我有学生从大一开始进入实验室，一直做了整整四年的研究，几乎像一个博士生一样。本科研究生是有极大帮助的，尤其是对一位新老师，因为招收学生以及找到资金对他们来说是最难的事情之一。我们花费了很多时间去建设以及投资一个研究项目。拥有很多高素质的，有能力做研究的，并且有时间且有动力花四年时间做研究的本科研究人员是独特的。本科研究人员做了一些我最好的研究项目。他们的研究甚至已经涉及到了自然的领域。这些天为了得到研究经费，我们不得不在得到资金之前做很大一部分工作。在开始最终研究之前有本科生帮助启动研究对教师来说是一种非凡的资源，对学生来

说是一种非常有益的学习经历。我的许多大学生由于他们的研究以及发表的论文，已经考入了顶尖的学校读博士。一种更好的方式在我读博士之前，我先参加了以色列海军，后进入了软件行业，总共花了我五年的时

间。在 20世纪 90年代，我见证了工程师设计以及制造东西。虽然在工作场所电脑是很普及的，但是电脑是非常被动的，就像文字处理软件之于工程师。计算机辅助设计工具可以记录工程师的想法和观点，但他们无法产生想法或提出问题。我一边看着这些机器，一边想肯定有一种更好的办法。如果我们可以破解如何使机器有创造力，使他们能够提问题，我们会获益良多。在社会中，作为设计师，我们可以专注于更高层次的问题，作为工程师，我们可以把

日常事务交给计算机并做更多其他的事。这是我兴趣的种子。最近我们也在科学家身上应用了这个概念。我们创造了各种各样的机器人科学家，他们能看实验数据并推导出系统的基本规律。我们还不能解释正在发现的东西，但是作为我们处理的日益复杂的问题，这种 AI

的形式在未来科学方面要取得进展是必不可少的。

为什么是学术界？我的父亲是在学术界。我还记得当我还是一个十几岁的青少年的时候，我觉得我会做

任何工作但是教授除外。但是现在我还是做了教授。我在已经做了其他的事情后选择了这样的生活。它是自由、安全、灵活性、创造性的最佳组合，而且同时有了工作保障。这是一个一般很难实现的平衡。从事创意脑力活动的例如艺术家和作家们，往往没有太多的工作保障。他们承担着风险来做自己喜欢的工作。我们以研究作为与广大市民公共连接。但是与公众的互动已让我惊讶。我们大部分的实验室研究是在内部完成的，但我们把

我们的一个项目，多种材料的 3D打印放到网络上作为一个公开项目。我们把它叫做的Fab@ Home项目。我们把研究设备之一的蓝图放到网上，并且展示了如何做这事，而且列出了需要的零件清单以及在哪里购买，并说，“将这些组装起来，一个周末的时间，你就可以用有你自己的机器，打印这些东西然后在家里做研究。”没想到的是它非常受欢迎，已经有千万下载量了！对于一个学术网站来说这是一个不小的数字。很多人都已经在家里组装了这些机器，并且非常乐于观察。人们都在探索，他们给我们发送了很多电子邮件和他们的机器的照片。这是研究的一个巨大的放大作用。我觉得在家里研究会有巨大的潜力。就像大学教学现在可以广泛访问一样，科学研究也将会走向这条路。

3-D打印机能有这么多收益，我们感到非常惊讶，这也是我永远不会猜到的。这不是机

器人。你认为人们喜欢制作这些打印机吗？当我们把这个技术放在公众手中时，我们得到了新的思路。虽然不是每一个项目都合适，但我期待着未来我们的更多研究项目能够让公众参与。允许公众参与到这些想法中来已经涉及到数以百万计的人，除了在实验室里的学生。通过将我们的研究向公众开放，我们创造了新一代工程师的奖励。孩子，老师，家长，和视频游戏马文·明斯基（麻省理工学院）说，如果我们把 100年前的学校和今天的学校相比，我

们会发现并没有太大的改变。现在的学校仍然有老师站在学生面前，在黑板上教授知识，学生坐在课桌前听讲。如果我们跟着到学生的家中，会发现他们花 3小时玩电脑游戏，并且在玩游戏的时候花费了大量的精力思考。但是我们不会用这个时间和精力去做其他有用的事情。我们面临的一个挑战就是要弄明白怎么利用这一巨大的吸引力来帮助孩子在游戏中学习。当我们尝试不同的办法让孩子涉足科学，我们开始开发非常好玩的教育游戏。目前的

软件主要是一些使家长“感觉良好”的软件。试想一下一种软件，让孩子们迫不及待的想玩，而他们并没有注意到他们实际上是在学。设计这样的软件需要大量的心思。这也是巨大的尚未开发的、具有巨大的潜力的教学资源。我也期待着在未来做一些这方面的工作。校园里最喜欢的地方Johnson Museum of Art附近 Fall Creek Gorge的吊桥是一个非常迷人的地方。我喜欢在

那里驻足小憩，它是如此的美丽。人们经常要开很长时间的车才能到达一个这么美丽的地方，而我每一天都要从这经过。校园里还有很多这种地方。住在伊萨卡相比乡村，我更喜欢城市，我喜欢漫步着体验四季变迁。来自以色列的我依然对雪情

有独钟，虽然我很喜欢这座城市，但如果城市和农村我不得不选择一个的话，农村将会更胜一筹。我喜欢住在伊萨卡因为它很有个性。更深刻地经历如果我不得不寄希望于什么的话，那么我希望有一个 40分钟可以到达的大城市。有一

种说法说，“这是树林里一个被现实所包围洞”，而这恰好抓住了区域的本质。伊萨卡是孤立绝缘的，但它的孤立足够让我们能超越当代的关注热点，去思考更多重要的东西。一方面,这种孤立是很好的。另一方面,因为它是在纽约州北部，它与现实的连接方式并非如此。它是真实的,是基于一个更深层次的体验。如果我不在实验室中，我便与我的孩子在一起。我有两个孩子，一个 12岁一个 5岁，

有时孩子们也同我一起呆实验室里。桌子底下的积木是为我们所有人准备的—孩子、实验室的人和我。非常奇妙的是，我的孩子们能狗明白我做的实验，我创造的机器人。我可以很容易地给他们解释我的工作。孩子们和我的研究实验室就是我的爱好。我也会玩爵士钢琴而且喜欢即兴发挥。最后部分在康奈尔大学我在很多地方工作过，但我非常喜欢在这里上班。是因为什么呢？这是这里的气氛呢？

还是学生？康奈尔大学已经成为个人实体。这不仅仅是一个工作或一个地方，我觉得我是属于它的。康奈尔大学有公立学校和常春藤盟校脚踏实地，扎扎实实的感性和象牙塔的氛围。它是一种难以名状的光环，在这里非常有乐趣。