当前，机电一体化技术之一的机器人，作为工厂生产自动化的重要手段，正在多方面积累成功的实叫。然而，人们期望机器人能更加积极地出现在我们人类能矻活的环境里，完成人所能做的各种工作，还能参与保安、防灾工作；人们还期望机器人能活跃在人类不能生活的环境中——如原子反应堆内或宇宙空间那样的极端环境中工作。要使机器人积极地适应各类不同的环境，就要增强其机能，但目前尚存在严峻的问题，有待于今后通过技术进步加以解决。
工厂里机器人要实现自动化作业，不仅取决于人为造成的工作环境，同时其工作次序还取决于一系列特定的程序，这种程序可操纵机器人的姿态，能完成诸如人的手臂和人指那样可以高精度地决定其位置和姿势。
另外，为了使操作者进行操作的环境能自动保持，同时又要求在自然环境或极端环境下能实现机器人作业，就要求要有能识别、判断±作环境状况的系统装置和对工作对象进行柔性操作的机构。
把具备这些功能的机器人，作为21世纪机器人的模型，就要积极开发新型的操作控制系统。这种21世纪机器人所必须具备的传感系统，要有能识别和判断自然工作环境状况的机能，以获得必要的信息；还要有能自主决定操作方案的处理机能，这样就要求研制不同于现存传感系统的智能型传感系统。
一、21世纪的机器人
为了设想21世纪机器人的形态，不妨让我们从对这种机器人的技术预测的角度来探讨一下。关于这方面的预测，可见漫画家手塚治虫先生诸多作品中的代表作《铁臂阿童木》（1951年）和阿尔温 · 托夫勒先生所著的《第三次浪潮》预测到第四次浪潮。据此，可以看出21世纪机器人诞生的年代及其形态。根据这种机器人的模式来研究21世纪传感器的功能。
（1）21世纪机器人的诞生
这里不妨从手塚治虫的作品《铁臂阿童木》（1951年）所描绘的仿人机器人模型来展望一下21世纪的机器人。
在该书开头，手塚治虫先生描写了阿童木的诞生过程，并抓住这一点对未来进行预测，可见其洞察力确使人惊讶，现在正好已到手塚治虫先生对未来预测的相应年代，我们就可以评价他在约40年前的一部分预测的正确性。
在铁臂阿童木中所描述的对未来的预测，概括其重点内容如图1所示。
日本科学省长官天马博士，因其儿子“飞雄”在一次交通事故中死亡，对此，天马博士悲叹万分，于是就集中了科学省的技术力量，要研制一个机器人来复活“飞雄”。这就是阿童木诞生的原因。阿童诞生的年代是2003年。
现在，对铁臂阿童木漫画中所描述的技术预测进行评价，可以说与当今技术发展的实际情况大致相吻合。如在1974年发明了16位微处理机，尽管不是用原子能驱动，但也可以把它看作是手塚治虫先生在图1中预测的超小型电子计算机。而且，目前人们力求电子计算机在更高密集度、高性能以至高速度等方面能获得飞跃发展。同时人们正对与电脑相对应的人工智能（AI）概念进行种种试验。
又，对人造皮肤的技术预测，现在已能用硅橡胶之类材料来化装假手，把它看成是人造皮肤也不致有何不妥。
由上可知，手塚治虫先生对未来的预测与现在科技发展的实际情况大致相吻合，但问题在于图1中最后一条的预测时间是2003年。在这一年将会诞生“铁臂阿童木”，这仅仅是根据现在情况进行的科学预测。
如果我们能在2003年制造出像阿童木一样的机器人，那么就可将它作为21世纪机器人的模型。
下面，从另外角度对未来进行预测，并举例说明预测21世纪机器人诞生的可靠性。
（2）第四次浪潮
在阿尔温 · 托夫勒所著的《第三次浪潮》中，论述了从过去到现在，直至将来的技术演变，举例为三次浪潮并对其到来进行了说明。
该书抓住了不同时代的技术变革，把这种变革举例为三次浪潮（如图2所示）。据此，对第一次浪潮到第三次浪潮的时代间隔进行考察，就可以预测第四次浪潮到来的时间。
如假设弥生时代为第一次浪潮，1800年为第二次浪潮时，那么从第一次浪潮到第二次浪潮的时间间隔，大约是2300年。又，如假设第三次浪潮开始的时间为1987年，则第二次浪潮与第三次浪潮之间的时间间隔为187年。
这里，如对各自的时间间隔取对数，并假设其变化为直线规律，则可以求得第三次浪潮到第四次浪潮的时间间隔大约是15年。
因为第三次浪潮的时间起点是以电子计算机为基础作为社会体系的，那么，可以认为：第四次浪潮的开始时刻是- · 次向机器人社会的冲击。按照上面的方法计算，可求得第四次浪潮的时间起点是2002年。这种计算方法正确与否，如依据当前科学技术的迅速变化，并确认这种变化是符合对数规律的，那么这样计算就不会有多大错误。
按此预测，第四次浪潮的时间起点是2002年，而阿童木诞生是在2003年，两者的时间几乎是重合的，、这难道是简单的、偶然的巧合吗？,
再经过10年后的2000年，这一年不只是单纯的世纪转换点，而可能出现阿童木式的新时代机器人，甚至还可能出现不同于今日社会的新的社会体系。随着今后技术革新的迅速发展，如果确实迎来了21世纪机器人时代，那么，上面的技术预测就变成现实。
阿童木式的21世纪机器人是一种仿人机器人，再经过约10年时间能否实现，人们意见不一。我们认为：尽管有一部分生物体的智能问题还不知道什么时候能取得突破性的进展，但可以考虑以此为起点来促进技术的迅速发展。
总之，以实现阿童木式21世纪机器人为方向，并对其加速开发研究是完全正确的。
2. 传感器的研究课题
如上所述：大约在10年后出现21世纪机器人，譬如，到21世纪确实出现了阿童木式机器人，这首先表示一种进步，也是我们为之梦寐以求积极进行开发'研制的成果。
又，在原子反应堆及其周围环境的保安工作，本四架桥等庞大构造物的保安工作，高层大厦的防灾救援工作以及要亲临其境的宇宙空间站的建设工作等方面，都越来越需要机器人，并要求机器人能具有与我们同样的操作功能。
机器人的工作环境，可以是工厂那样装备好的境，也可以是自然环境；可以是与我们人类相同的生活环境，也可以是我们人类不能生活的极端环境。因为机器人活动环境扩大了，所以要求机器人要有能跟踪感知自身作业和能理解作业环境的传感系统，而这种传感系统的研制就显得更为重要。下面，我们展望一下这种传感系统所必需具有的基本机能。
（1）能获取多维信息
过去，传感器能用来检测单点信息。例如，在温度检测方面，过去总以测试点的温度来评估其周围环境的整体温度。然而，对于一个要求温度均匀分布的系统，若测温点按一维或二维配置，则对系统温度就要进行分布测量。又，如所测物理量为矢量时，现在正在研制根据每个分量的检测值求合成矢量的方法。图3是一个三维磁性矢量传感器的组成例，它是由横向霍尔元件和纵向霍尔元件组合而成的。当磁性体相对于传感器，并与传感器保持等距离的某个球面上运动时，磁性传感器就能检测该磁场的绝对值。
距离传感器是用来检测到物体表面某一点距离的。这种传感器虽然已达到实用化程度，但对深度空间距离的检测，还没有充分的把握。这种与我们视觉类似的传感系统，也是21世纪机器人所需要的视觉传感器。我们认为：研制由这种视觉传感器输入图像和对工作环境认识或理解的系统，是21世纪机器人开发是否成功的关键。
把视野内到视觉对象各点的距离表现为一幅图像，称之为距离图像，现在用以获取这种图像的方法如图4所示，人们正从各种不同的角度进行研究。
（2）小型化、固体化、高可靠性化
现在，采用半导体技术的感测器件，正加速推进小型化、高密集化以及高可靠性化的进程。这是依靠微型机械加工技术的研制成果，促进了传感器的小型化，同时有可能实现传感器阵列化，进而更便于实现分布测量。
（3）耐环境性
无论在生物体内，还是在自然环境或极端环境下，传感器的高可靠性越来越成为必须具备的条件。
（4）检测的动态范围要大
如对生物系统的传感器进行研究，就可发现生物传感器的检测范围广，而且又能适应不同的检测对象。而按工程检测需要制成传感器，如要提高检测精度，则其检测范围就要变窄，而且检测设备要增加。
（5）不可视信息可视化和可视信息可视化
因为生物系统中大部分信息来源依存于视觉信息，所以为实现各种物理现象可视化，其检测方法要力求达到较高的速度和较高的精度。
最近提出了“人造现实感”的研究课题，所谓“人造现实感”就是观察者一边观察现实图像或人工计算机图像，一边将该图像与观察者的意向相互综合的产物。例如，一边由传感器获取手移动或视线移动等信号，一边将观察者的意向反馈给计算机，就能形成两者互相综合后的“人造现实”图像。
换句话说，这种系统保存着人类的感知、判断和操作机能，能将环境状况人工化，而且最后形成的图像贴近于作为观察者的人类一方，所以，这种“人造现实感”图像系统依存于观察者的智能。
又，在现实环境中，如观察者本身是人造物时，这种情况就相当于机器人作业。再进一步，环境和观察者都是人造物的场合，会产生什么样的功能呢？如按极端的想法，这是否就是无人工厂？还是超人造现实感？不管是哪一种都是在计算机内获得自然环境，并将其表现为图像，这种技术有待于今后开发。
（6）感性认识的获得
由于人们的嗜好和感受的多样性，就要求制造出与此相适应的能感测这种多样性的生产系统，此项研究还正在开始进行。这种生产系统中还要包含能感测到人类的心理状态，例如，在服装行业中，虽然要力求生产工艺自动化，引进计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造系统（CAM），而另外还必须有评估服装成品工艺难易程度的感测系统。
这样，把21世纪机器人的诞生就当作当前的任务。我们虽然已展望了传感器的开发研究，而必不可少的是实现机器人操作的自主性的技术开发。同时，为了识别、理解三维环境，确立图像处理技术是其中心课题。
最后，在本文中尚未述及的模糊技术和仿生电子学中的神经原技术，两者一起可以看作传感器综合技术中必不可少的处理技术，希望在今后开发研究。
［动化技术（日）1991年第8期］