机器人和自动化技术正在改变我们的世界，但我们应该关注的问题不是“有人驾驶”还是“无人驾驶”，而是人类处于什么位置和扮演了什么角色。
深夜，在南美洲的巴西与非洲之间广袤的大西洋上空，一架客机正在高空飞行。突然，飞机遭遇恶劣天气，装在机头位置的皮托管迅速结冰。这些皮托管的任务是监测气流速度并将数据传送至控制飞行的计算机。本来，即使没有这些数据，这架飞机仍然可以在计算机的控制下正常飞行，但程序控制器却做出了飞机无法控制的判断。
于是，自动化电传飞行控制系统停止工作，将飞机控制权交给了坐在驾驶舱里的两名飞行员：32岁的皮埃尔·凯德里克·博南和39岁的戴维·罗伯特。略感疲惫的博南与罗伯特尚在休息，突然接到驾驶飞机执行高空夜航的任务，他们不由得大吃一惊。即使在最有利的条件下驾驶大型客机也是一项艰巨的任务，何况他们已经有很长一段时间没有亲自操控飞机了。58岁的机长马克·迪布瓦当时不在驾驶舱，因此，在集中精神驾驶飞机的同时，他们还要呼叫机长回到他们身边。
虽然计算机自动控制系统停止工作之后，飞机仍然在平稳地向前飞行，但是那些非常不利的飞行数据却让两位飞行员无所适从。一位飞行员将手中的操纵杆向后拉，坐在另一侧的飞行员却将操纵杆向前推，以致在一分多钟之后，飞机失去了控制。
2009年6月1日，法国航空公司447号航班坠入大海，200多名乘客与机组人员无一生还。飞机沉入大海，几乎不见任何踪迹。
对于全球性国际航空网络系统而言，一架客机就这样凭空消失，这显然让人无法接受。于是，一场规模浩大、多方协作的搜索工作随之展开。几天之后，人们在海面上发现了法国航空公司447号航班的一些线索。但是，要找到坠毁的飞机机身以及记录事故原因的“黑盒子”，则需要在海底进行大面积搜索。事实证明，搜索工作的进展非常缓慢。
两年后的一天，在客机坠海地点正下方3.2千米深的位置，一架形状酷似鱼雷的“里莫斯6000”型无缆自主水下机器人（AUV）承受着巨大的水压，以比常人步速略快的速度，在漆黑的深海里静悄悄地行进。它与海底的距离一直精准地保持在约60米，因为在这个高度，超声波扫描声呐形成的图像最清晰。在扫描宽度为7.6千米的情况下，机器人从回波信号中收集的数据多达数千兆字节。
由于是山区地形，海床隆起的坡度较陡。尽管机器人具有一定的智力水平，但偶尔还是会碰撞到海底，不过大多数情况下都不会受损。一共有三架机器人协同作业，两架在水下搜索，一架在海面的舰船上休息，以便人们下载搜索数据、给它充电，并制订新的搜索计划。
水面上有一支由12名伍兹霍尔海洋研究所的工程师组成的队伍，负责人是率队完成搜索机器人设计及升级工作的迈克·珀塞尔。他们实行两班倒，同赛车维修保障团队一样忙碌。一架机器人浮出水面之后，工程师们要耗时45分钟，将机器人搜集到的数据下载至电脑，然后利用30分钟的时间处理这些数据，在电脑显示屏上进行快速预浏览。
在工程师们小心谨慎地进行计算时，一些法国和德国的调查人员以及法国航空公司的代表站在他们身后，密切关注搜索工作的进展。现场的气氛非常紧张。毕竟，这件事不仅关系到法国的民族自尊心，关系到这架客机的制造商——空中客车公司，而且关系到所有空中飞行的安全。在这之前，他们已经进行了几轮调查，但都一无所获。在法国、巴西乃至全世界范围内，有很多家庭一直在焦急地等待着调查结果。
声呐数据非常复杂，单靠计算机难以判断它所代表的含义。日复一日，珀塞尔和这些工程师们凭借多年积攒的丰富经验，在电脑显示屏前认真察看，希望可以通过声呐图像从起伏不平的海底发现目标。5天过后，这种枯燥单调的节奏终于被打破了：一堆碎片出现在声呐图像中，接着飞机残骸也出现了。这明显说明在这片海底荒漠中出现了人造物品，但是仍然无法确定这就是法航447号航班的残骸。
工程师们调整了计划，让潜水器调转方向，在残骸区上方、距离海底9米的位置多次往返“飞行”，并利用自带的灯光和摄像头近距离拍摄照片。等机器人将照片带出水面之后，工程师与调查人员辨认出这些正是导致数百人丧生的法航447号航班的残骸。搜索工作终于有了结果。
很快，又一组人员赶了过来。他们携带的是另外一种机器人——无人有缆遥控潜水器（ROV）。这是专门用于深海救援的重型机器人，通过电缆连接到水面的舰船上。由于之前的搜索工作已经成功地绘制了这片海域的地图，借助这些地图，无人有缆遥控潜水器找到了法航447号航班用于记录声音和数据的“黑盒子”，并将它们打捞出水面。飞行员在飞机失事前几分钟的活动终于浮出水面。根据这些线索，调查人员可以重现在这架航班的机舱里发生的夺去数百条生命的混乱场景。接着，这些无人有缆遥控潜水器又开始执行打捞遇难者遗体的艰巨任务。
法航447号航班救援搜索工作使先进的自动化技术与机器人技术在大气层与海洋深处这两个极端环境中发生了联系。人与自动化系统之间的交互出现问题，导致飞机坠入大海；随后，人们又借助遥控与自主机器人找到了失事飞机残骸。
从自动化系统和自治系统这两个名称就可以看出，它们具有自主作业的能力（人们普遍也是这样理解的）。不过，在高空飞行与深海搜救时，人与机器都不是独自工作的。飞机失事与救援成功都是人与机器协作的结果。首先，人类飞行员采取种种措施，试图从更安全可靠的自动控制系统手中接管飞机操控任务；随后，科考船、卫星、浮标协同工作，精确地查找位置；再由工程师分析处理机器人搜集的数据。自动化与自主型装置需要不时地回到制造它们的人类身边，接收信息，补充能量，接受指导。
法航447号航班的悲剧清楚地告诉我们，在不断适应、改造周围环境的同时，我们自身也在发生变化。飞行员对计算机的依赖程度为什么越来越严重，以致一架飞行状况良好的飞机葬身大海？机器承担着越来越多的重要任务，那么人类在运输、探索、战争等活动中应该承担哪些任务呢？
一些人偏激地认为，人类即将遭到淘汰。《科学美国人》（Scientific American）杂志指出，机器人“只需一次软件升级”即可实现完全自主。同时，他们还警告说，机器人正在朝我们袭来——它们正在融入我们熟悉的环境。还有的人对人工智能扑朔迷离的发展前景充满担心，认为人类即将迎来超级智能时代。机器人技术和自动化将改变我们周围的世界，这种改变甚至已经悄然发生。初创公司如雨后春笋般纷纷成立，利用人类期盼已久的智能机器，帮助我们完成工作、体力劳动和日常生活中的一些单调乏味的任务。由于机器人与人类共同生活、工作，而且在身体、认知与情感上与人类非常亲密，因此越来越多的人认为这是一个前景光明的研究领域。以制造完全自主机器人为目标的自动化在不断激发人们的灵感和创新热情的同时，也令人为之忧心忡忡。
目前，人们的兴奋之情还仅限于实验的成果。所有这些技术远未成形，更不用说它们产生的社会、心理和认知意义了。机器人会给我们带来哪些变化？我们要把机器人打造成什么形象？如果工作领域因为机器的介入而变得面目全非，那么传统意义上由人类扮演的角色，包括科学家、律师、医生、士兵、经理，乃至司机和清洁工，将来该由谁来做呢？我们的生活与工作将发生什么样的变化？显然，这些问题的确切答案还不得而知。
我们不需要绞尽脑汁地推测，因为未来的图景已经初现端倪。虽然我们的日常生活目前风平浪静，但在那些极端环境中，早在几十年前，我们就开始使用机器人和自动化技术了。在大气层和海洋深处，甚至在太空中，人类无法独立生存。在这些环境中工作的人，因为必须面对这些危险环境而被迫率先启动机器人与自动化技术的研发工作，但在人类更熟悉的领域却没有这样做。
在极端环境的逼迫下，人与机器必须最大限度地密切合作，因此，这类环境成为创新的理想场所。在这里，工程师们在做实验时享有充分的自由。尽管与外界隔绝，但他们可以率先领略到各种技术的认知效应和社会效应。由于人的生命、昂贵的设备和重要的使命都面临风险，因此在采用自主技术时必须反复强调安全性和可靠性。
在极端环境中，我们暂时告别了日常生活忙乱的节奏，周围的黑暗也被抛之脑后，而置身于人类生活与技术构成的一个个短暂、梦幻般的故事中。从本质上看，在客机驾驶舱里或者在深潜器内部发挥作用的社会与技术力量，与在工厂、办公室或汽车里起作用的那些力量差别不大。只不过在极端环境中，它们的外形更加精简，因此也更易操控。飞机的每次飞行，与海洋考察活动、太空飞行和军事行动一样，都为我们讲述了一个故事。通过特定人物与机器发生的这些故事，我们可以从中窥见微妙的动态。
人类在汽车、医疗保健、教育等活动中所采用的那些技术，如果应用于极端环境，将有助于我们了解人类社会的短期发展前景。人类操控、遥控机器以及自主机器人的发明，是机器与人的潜力得到充分发挥的体现，是新的存在与体验形式。但与此同时，它们也把人们的注意力吸引到飞机和舰船的残骸、伦理内涵以及与智能机器为伴的生活方式上来。我们发现，未来人类的知识与存在感将比以往更加重要，只不过在方式上可能会让我们感到有些陌生。
而且，这些机器确实非常棒。我敢肯定，像我这样一直对飞机、太空飞船和潜艇等情有独钟的人不在少数。人们对技术的痴迷以及在实际应用方面的探索，将为这些故事不断地谱写出新的篇章。因此，科幻小说常以这类故事作为主题绝非偶然，因为人与机器的能力极限总能激发我们的想象力和好奇心，让我们对人类的未来充满期待。
当然，这种痴迷有时会让我们过于轻信技术的前景。但是，思想成熟的人关注的往往是一些哲学问题和人本主义问题：我们是谁？我们如何工作，如何处理人与人之间的关系？我们创造的这些机器将通过哪些途径使我们的体验得以延伸？如何在一个未知世界中生活得自由自在？在与各种机器人及运载工具的制造者和操控人员交流时，这些问题在我们的脑海里盘旋翻转，呼之欲出。
请与我一起，借助一手资料、广泛深入的访谈和麻省理工学院等机构的最新研究成果，探讨在深海、航空（包括民事与军事）、航天等极端环境中，机器人技术与自动化技术的应用情况。我们将看到人们操控机器人和利用自主型装置完成工作，我们还将看到人机交互对我们的工作、体验以及知识技能的影响，所有这些并非对未来的想象，而是活生生的现实。
我们的探索活动从深海搜救开始。25年前，一位工程师为深海机器人设计的便携嵌入式计算机及其他设备令我惊讶不已。我发现，在科技的作用下，海洋研究工作与海洋研究人员都在发生一些令人意想不到的变化。
这一发现使我同时具备了两种身份。一方面，作为一名学者，我研究的是机器对于人类社会的意义，我的研究对象包罗万象，比如美国内战期间的铁甲舰和帮助阿波罗登陆月球的计算机及软件。另一方面，作为一名工程师，我将我的研究成果应用到实践中，制造与人亲密合作的机器人与运载工具。在本书讲述的故事中，我有时是一名参与者，有时是一名旁观者，有时则是双重身份。
多年来，通过亲身体验、调查研究、与他人对话，我深切地感到我们需要改变对机器人的看法。我们对机器人的认识往往源于20世纪的科幻小说，而不是我们现实生活中应用的科技成果。例如，遥控飞机被称作“无人机”，似乎我们可以放心地让这种飞机自动飞行，但实际上，它是在人的严密控制之下完成飞行动作的。人们（包括机器人的买卖双方）把机器人看作完全自主的装置，事实上，即使最低程度的自主性也始终伴有人类的想象力。我们使用的形形色色的机器人并没有摆出令人害怕的架势，而是像我们一样成功地融入了社会技术网络。在下文中，我们将通过大量实例，了解人类是如何与这些机器一起工作的。人机协作是其中的关键。
为了更好地了解人类与其发明的机器人之间的关系，有必要先了解这些拥有强大能力的机器人到底为我们做过什么。我赞同一个经过深入研究后得出的经验性结论：无论机器人在实验室里有什么样的表现，一旦它们接近处于危险环境中的人类的生活环境和关键的现实资源时，我们就会加强对机器人自主性的审查与干涉。我不是否认这些机器的智能性，也不是说它们有可能丧失智能性，我认为这些机器并不是“超人”。
我们以20世纪关于机器人与自动化技术的三个错误观点为例。第一个错误观点是线性发展观，它认为技术会从人类直接参与发展到远程参与，最终发展成完全自主机器人。在公开场合积极倡导自主型系统的政治学者彼得·辛格，是抱持这种观点的典型代表人物。他认为，“由于政策制定者与技术都把让人类变成局外人作为自己的目标，因此，试图保持人类局内人身份的观念受到了他们的双重侵蚀”。
然而，并没有证据证明辛格所说的“技术自动演变”是一个必然发生的过程。事实上，有大量确凿的证据表明人类与机器之间正在形成一种日益密切的关系。
我们不时地发现人与遥控或自主型工具相互影响、携手前进的实例。例如，如果载人飞机的驾驶方式不变，无人驾驶飞机就不可能问世。在另一个领域中，由于航天器上采用了新型机器人技术，因此人类航天员使用哈勃太空望远镜的方式也与以前有所不同。最先进的（也是最难的）技术不是那些没有人类参与的技术，而是那些深深地嵌入并响应人类社会网络的技术。
第二个错误观点是取代观，它认为机器将有条不紊地接管人类的工作。这个错误观点是所谓的“铁马现象”在20世纪的翻版。人们原以为火车将取代马匹，但事实证明，用火车取代马匹的效果并不理想。直到人们发现火车可以发挥与马匹截然不同的作用之后，他们才接受了火车。人因工程研究人员和认知专家发现，自动化技术通常不是将原本由人类完成的任务变成简单的“机械性”任务，而是增加任务的复杂程度和工作量（或者将工作量转嫁给其他人或机器）。例如，无人驾驶飞机不是简单地重复载人飞机的任务，而是执行新的任务。遥控机器人在火星上从事的工作并不是取代人类的实地研究，而是与人类一起以新的方式进行实地研究。
第三个错误观点是完全自主观。这种不切实际的观点认为，（现在或者将来的）机器人可以彻底地独立工作。的确，自动化技术当然可以接手之前由人类完成的某些任务，在某些时候，机器也可以根据所处的环境决定自己的行为。但是，完全摆脱人类指示的机器毫无使用价值。能够真正实现自主的只有石头（不过，石头的形成过程与所处位置同样要受周围环境的影响）。自动化技术可以改变人类的参与形式，但人类的参与不可或缺。即便某个系统看上去是一个自治系统，我们也总能发现，这个系统之所以有价值、可以得出有意义的数据，是因为它是由人类操控的。不久前，美国国防科学委员会在一份报告里指出：“不存在完全自主的士兵、水兵、飞行员和陆战队员，同样地，完全自治的系统也不存在。”
为了正确认识21世纪的机器人与自动化技术，特别是更加新颖的自主性概念，我们必须先深入了解人类将自己的意图、计划与推测植入机器的过程。在操控机器时，每位操作人员都会与该机器的设计者及编程人员交互，其媒介就是这台机器的设计与程序。即使设计与编程工作是多年之前完成的，设计者与编程人员对机器的影响作用也一直存在。法航447号航班上的计算机在空速数据出现问题、无法提供数据输入的情况下仍然有可能保证飞机安全抵达目的地，但程序员编写的程序却要求计算机停止工作。即使人们可能无法预测到软件采取的某些行动，这些软件也只能在既定的框架下运行，并且必然受到设计者设定的限制条件的约束。系统的设计原理、设计人、设计目的都会影响到系统的能力，以及它与使用者之间的关系。
我创作本书的目的就是帮助大家摆脱错误观点的影响，深入了解21世纪应用于具体环境的自主技术。我希望借助书中的实例，把公众的认识重新引导到正确的方向上来，并为大家描绘一幅新时代的概念图。
本书在提及各种运载工具和机器人时都会依托“载人、遥控和自主性”这个基本概念，其中“载人”是用来替代“有人驾驶”这个概念的。很显然，载人工具是指我们都非常熟悉的船只、飞机、火车与汽车等工具。在使用这些机器时，人们的身体与这些机器同时运动。尽管载人系统与内部有人乘坐的机器人越来越相似，但大家通常并不把它们视为机器人。
“遥控”一词（例如遥控水下机器人）仅仅是指操控人员的身体与机器之间的关系。尽管从认知学角度看，遥控操作与直接的手工操作是两个差别不大的概念，但人的身体是否出现在操作现场，以及任务本身可能导致的危险却有深远的文化意义。战争就是一个最典型的例子。与传统意义上的战争相比，在千里之外遥控指挥战争显然是一种不同的体验。作为一种认知现象，人的存在总是与社会关系有着千丝万缕的联系。
自动化同样是20世纪的概念，指机器具有某种机械性，只能根据预定的程序按部就班地工作。人们经常用“自动化”这个词表示飞机上的计算机，实际上，这些计算机里有非常复杂的现代算法。相较而言，“自主性”是一个时髦词汇，自主技术也是美国国防部在缩减规模时优先考虑的对象。有人认为自主性与自动化是两个截然不同的概念，但我认为两者只是程度不同，自主性包含远比反馈回路复杂的自我决定理论，以及从人工智能等领域引入的先进理念。当然，个人与团体的自主自治是人们一直争论不休的政治、哲学、医学与社会学概念。两者有某种联系并不奇怪，因为科研人员经常借用社会学概念来形容他们研发的机器。
即使在工程技术领域，自主性也有多种不同含义。航天器设计中的自主性不同于任务规划等功能，而是指机器（包括沿轨道运转的探测器和可移动机器人）上载有处理器。在我任教的麻省理工学院，涉及自主性的工程课程主要探讨“路径规划”的问题，即如何在合理的时间内由一点运动至另一点，而且途中不会碰到任何障碍物。在其他具体环境中，自主性类似于智力，即像人类一样根据任务与情境做出决策的能力，也就是超出设计者的意图或者预期、自我决定的能力。自主水下机器人之所以如此命名，是因为这种机器人与无人有缆遥控潜水器不同，无须连接长长的电缆。然而，工程师们都知道，前者只是半自主机器人，因为它无法完全摆脱人类的操控。
“自主性”这个表达具有非常大的灵活性，说明机器的操控方式可能随时发生变化。最近，有一份报告首次采用了“日益增强的自主性”这个表达，认为自主性是一个相对概念，同时强调“完全”自主（即无须人类操控的机器）是永远无法实现的目标。事实上，“自主”可以被有效地定义为：人类设计而成的数据转换方式，可以把从环境中检测到的数据转化成有目的的计划和行为。
语言确实非常重要，可以让争论变得精彩纷呈，但我们不能受到语言的束缚。我本人就经常借用研究对象所使用的语言（尽管这些语言有时并不准确）。本书的重点不在于各种定义，而在于通过实例说明人们在现实生活中是如何利用这些系统来完成体验、探索乃至战争、屠杀等活动的，以及这些系统在其中发挥了哪些作用。
关注设计者与使用者的生活体验有助于我们厘清思路。例如，“无人机”这种表达会掩盖人对机器的影响作用，把机器的有害效应都归咎于“技术”、“自动化”等抽象概念。前往“捕食者”无人机操作者隐秘的藏身地，你就会发现这些无人机并不是独立进行战斗的，它们的发明、编程和操作都是由人类完成的。目前，利用遥控无人飞机实施远程暗杀的行为引发了人们对伦理与政策问题的争论，而在美国领空范围内使用这类设备则引发了人们对隐私问题的关注。但是，这些议论针对的都是人的决策与行为（包括性质、地点以及时机选择），而不是机器。
因此，载人还是无人，人类控制还是自主作业，这些都不重要。本书讨论的核心问题是：人处于什么位置？他们是谁？他们在干什么？他们何时完成自己的使命？
人处于什么位置？（答案是在船上……在空中……在机器里……还是在办公室里？）
“捕食者”无人机操作者需要完成的工作与飞行员大同小异，例如监控机载系统、接收数据、做出决定、采取行动。但是，他们自身所处的位置与飞行员大不相同，与目的地甚至相距千里。这个不同点非常重要，决定了他们所需完成的任务、面临的风险以及任务的政治含义都有所不同。
人的意识可以穿越空间的限制，到达其他国家和星球。通过意识与感知获取的知识不同于通过身体（吃饭、睡觉、社交、排便等行为）获取的知识。在任何时候，我们获取知识的途径都必将对活动各方产生影响。
他们是谁？（答案是飞行员……工程师……科学家……非熟练工……还是管理人员？）
技术一旦发生变化，任务也会随之变化，同时发生改变的还有工作人员的性质。事实上，操作这套系统的所有人员有可能都会发生变化。成为一名空军飞行员需要接受多年的训练，一旦成功，就会在劳动等级体系中占据非常高的位置。那么，对遥控飞机操作者的技能与品格也需要有同样的要求吗？操作人员通常来自哪些社会阶层呢？民航飞机的自动化程度不断提高，与之相对应的是飞行员的人口构成也日益复杂，飞行员不再仅出自发达国家，而是来自全球各地。探索考察活动是指驾驶飞机亲临危险环境，还是坐在家中利用计算机发号施令呢？为了成为一名海洋学家，你是否愿意终日在海上漂泊？如果你不良于行，是否有机会探索火星的奥秘呢？利用远程数据完成工作的那些飞行员、探测人员和科研人员都是什么人？
他们在干什么？（答案是在飞行……在操控机器……在解读数据……还是在交流？）
需要身体力行的任务变成了一种观察任务，随后又变成了一种认知任务。以前完成这些任务需要我们投入体力，现在则需要我们集中注意力、不急不躁，还要有快速反应能力。飞行员的主要任务是通过双手完成各项操作，还是通过向自主驾驶仪或计算机中输入指令，安排飞机的飞行轨道呢？在自主驾驶状态下，人类飞行员的判断到底发挥什么作用？编写计算机程序的工程师、完成飞行准备工作的航空公司技术人员在其中又分别发挥了哪些作用？
他们何时完成自己的使命？（答案是实时……有延迟……还是几个月或几年之前？）
驾驶传统意义上的飞机是一种实时任务，人类即时输入指令，并产生即时效果。而在执行航天飞行任务时，航天器有可能位于火星上（或者正在接近一个遥远的小行星）。在这种情况下，航天器接收到指令或者操控人员看到航天器按照他们输入的指令行动，可能会有20分钟的滞后。我们可以说航天器“自动”着陆，但事实上，这种着陆是在编程人员的控制下完成的（尽管我们需要为“控制”这个概念赋予新的含义，因为编程人员的指令早在几个月或几年之前就已经发出了）。操控自动化系统就如同与“幽灵”开展合作。
通过思考这些简单的问题，我们可以认知人类角色的转换，并重新确定我们所处的位置。人类新的参与形式以及发挥的新作用并非不重要，也不仅仅是在表现形式上与以前有所不同。冒着危险、亲自驾驶飞机到达战场上空的行为，与坐在地面控制中心遥控指挥飞机相比，两者的文化认同是不一样的，而且带来的变化也非常明显。与驾驶飞机从战场上空一掠而过的飞行员相比，遥控指挥飞机的远程操控人员可能有更强烈的亲临战场的感觉。利用遥控登月车搜集的月球科研数据，并不比人类亲自登月搜集的数据差，甚至更精确、更全面。但是，从文化体验这个角度看，利用遥控登月车进行月球探索与亲自登上月球相比，两者的意义显然不可同日而语。
我们必须把那些过时的错误观点抛到脑后，代之以丰富多彩的有人类特点的场景，了解在现实世界中我们制造、操作机器人和自动化系统的真实过程。本书后面所讲述的故事既表现出技术的重要作用，又着重强调了人本主义。我们应当把载人、遥控与自主机器人视为人类参与方式与影响在时间和空间上的调整与重新定位。概括地讲，本书的主要目的是告诉我们应当关注的不是“有人驾驶”还是“无人驾驶”的问题，而是以下几个问题：人类处于什么位置？他们是谁？他们在干什么？他们何时完成自己的使命？
最后，也是最重要的一个问题是：人类的体验发生了什么样的变化？为什么值得我们关注？