肖克利的機器人夢，物理學家的機器人勞動力設想是如何催生硅谷的_UNIM

硅谷崛起的各種故事，以及那些將舊金山半島變為科技活動密集地的人們、機構、資源和動力的來龍去脈，或許可以用“事成居功者多”這句諺語來概括。這一復雜關系網中的些許脈絡現在已成為傳奇：戴維帕卡德和比爾休利特的車庫；斯坦福大學工程學院院長弗雷德特曼的持續擴張的業務網；還有創建了仙童半導體公司以及后來的英特爾公司的那些年輕無畏的科學家和工程師們。其他的脈絡也同樣重要，但卻鮮為人知，比如20世紀40年代的電子和微波管行業，還有50年代航天軍工的巨幅進步。

有一條耐人尋味的脈絡完全被人遺忘了——如果人們曾經知道的話。它連接了諾貝爾物理學獎得主威廉肖克利、化學家兼實業家阿諾德O貝克曼、20世紀50年代的自動化熱潮，以及肖克利對機器人勞動力天馬行空的設想。肖克利對這一設想的追逐，以及他對通過自己的創意來獲利的渴望，促使他放棄貝爾電話實驗室成功的職業生涯，在西海岸建立了自己的公司。在那里，肖克利與貝克曼成為了合作伙伴，在加州山景城創建了該地區的第一家硅電子實驗室，為硅谷興起并成為全球硅電子中心埋下了伏筆。

故事始于1948年，這一年是肖克利的創造醞釀期。當時，這名38歲的貝爾實驗室研究員構想出了面結型晶體管，這種晶體管迅速成為20世紀50至60年代的主導產品。與冷戰初期的洲際彈道導彈和轟炸機一樣，第一臺袖珍晶體管收音機也使用了面結型晶體管。這項發明鞏固了肖克利作為半導體電子新世界先鋒人物的聲譽。

那么，在這種背景下，肖克利又在思考什么呢？湊巧的是，在1948年肖克利還遞交了一份“輻射能量控制系統”的專利申請——它基本上是一個利用視覺傳感器的反饋控制系統。這項設計與晶體管沒有任何關系，而是與肖克利在第二次世界大戰中的軍事工作，尤其是他對戰略轟炸的改進工作密切相關。他是在3月19日提出申請的，但該申請很快就被專利保密令禁止了，在之后的10年都被塵封了起來。

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肖克利還指出了這項發明的和平利用方法：建筑物入口的人臉識別，自動售貨機的貨幣識別，以及比較有趣的——在工廠生產中對產品進行排序和檢驗。這也許是肖克利首次對一臺由反饋控制和視覺傳感器自導的機器作出的認真設想——用于取代工廠工人。

當然，用機器替代人力的想法并不新鮮。從大蕭條時期到戰爭時期，再到冷戰時期，勞動力與制造技術的聯系一直是創新和沖突的動力之源。當肖克利在1948年提出了他的專利申請后，美國商界精英普遍擔心有組織的勞工已經變得過于強大了：工會成員的數量在戰爭期間飆升，而罷工的次數也日益增加。許多政府和行業人士也擔心，美國缺乏蘇聯的工業力量。智能、電氣化和自導的機器可能會為這兩種擔憂提供解決方案。

事實上，一個詞剛剛針對這樣的解決方案創造了出來：自動化。福特汽車公司的制造負責人德爾瑪哈德用這個詞來形容一類新的機器，這類機器可以在一條生產線中自動地將材料從一個流程轉移到另一個流程。畢業于哈佛商學院的約翰迪堡很快通過其1952年的暢銷書《自動化：自動化工廠的來臨》將這一詞匯和這種理念普及開來。在書中，他描述了從戰爭中衍生出來的新技術將如何帶來智能、自適應、可編程以及主要靠自動操作的工廠的時代。他認為，這一自動化革命已近在咫尺。

然而，迪堡將自動化與機器人的理念區分了開來。他斷言，即使制造出來，這種機器人在經濟上也幾乎沒有意義。而威廉肖克利不贊成這一觀點。

在提交現已成為機密的專利申請兩年后，肖克利遇到了喬治多里奧特，他是哈佛商學院一位受人尊敬的教授，也是迪堡的導師。多里奧特也是風險投資的先鋒人物，其美國研究與發展公司對麻省理工學院的高科技衍生企業進行投資；其中最成功的投資對象是數字設備公司。

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多里奧特和肖克利聊到了自動化，在1948年諾伯特維納頗有影響力的一書《控制論》出版之后，這個主題就吸引了麻省理工學院的注意。肖克利預見到他的控制系統在這一環境中可能成為一個關鍵性的技術。多里奧特鼓勵肖克利認真思考他的發明對制造業的全面影響。

肖克利立即付諸行動。到1951年初，他已經修改了他的設計，并發明出了“光電眼”。他認為，通過這項技術，一類新的機器可以靈活地生產不同的產品，而不僅僅是連續加工固定、標準的部件。

在正式記錄他的想法之前，肖克利要求就他與貝爾實驗室的知識產權合同簽訂一份不同尋常的“修訂協議”。與實驗室的其他人一樣，肖克利也曾簽署了一份雇傭協議，使該公司擁有他所有的發明專利。現在，他希望貝爾實驗室將光電眼的專利轉交給他個人，以開展自動化生產。

經過幾個月的談判，貝爾實驗室和肖克利最終于1951年12月5日簽署了協議。但是，這項新協議給了該公司一項重要的權利：這一協議只能維持短短一年，并且被嚴格限定在自動化領域。在這一年里，肖克利可以為他的任何技術申請專利，并可以獲得這些專利有效期限內的任何收益，但一旦協議期滿后，這項協議就會像從未存在過一樣。

在多里奧特的美國研究與發展公司的支持下，肖克利完成了他的“電光控制系統”的專利申請。在他完成申請之前，他就已經對自己的想法信心十足并給貝爾實驗室的董事長、物理學家梅文凱利撰寫了一份不同尋常的簡報。他在簡報中指出，貝爾實驗室應在肖克利的帶領下從事重要的、具有高優先級的工作，制造一個“可訓練的自動機器人”。

肖克利在簡報中宣稱：“下面所介紹的項目可能比貝爾系統之前考慮的任何項目都重要。今后最大工業的基礎很可能就會建立在它的發展之上。很可能未來二三十年工業將取得的進展將直接取決于此類項目發展的活力。”即使對于相當自信的肖克利來說，這樣的措辭也是頗為強硬的。

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他接著說道：“這個項目的目標是在生產中由機器替代人力。”他清楚地表示，他不僅僅是在說“自動化工廠”的先進機器，他指的是科幻小說中的機器人。肖克利的可訓練機器人將執行“人類操作員所進行的手工操作”，并且“為了進行各種各樣的操作，可隨時進行修改”。這種機器人不僅可以取代“半熟練”的產業工人，也可以代替家政人員。

肖克利寫道：“一個可訓練機器人將包括‘手’、‘感覺器官’、‘內存’和‘大腦’。”首先是“機器人眼”，也就是肖克利將要申請的專利。他補充說，他對于“可以識別零件并感覺其方向的……觸覺設備”有“一些大膽的設想”。也就是說，肖克利會首先賦予他的機器人以視覺，然后才是觸覺。之后可能才是內存、大腦和其他感官。與迪堡一樣，肖克利認為自動化革命迫在眉睫。他預測，通過他的機器人，“一個國家的生產力將可能在十年或更短的時間內增加一倍”。

1952年11月，就在他與貝爾實驗室的修訂協議到期之前，肖克利為他的機器人眼遞交了專利申請。10天后，肖克利從凱利那里得到了回應：貝爾實驗室不會支持可訓練機器人的制造。

肖克利通過實際行動對此作出了回應。他很快就向貝爾實驗室請了假，從此就再也沒有徹底回去。他在加州理工學院擔任了一年的客座教授，與洛杉磯地區蓬勃發展的電子產品、儀器儀表、航天軍工行業建立了聯系。他就成立自己的晶體管公司與多家公司進行了認真的討論。但這些前景均不令人滿意。肖克利返回到五角大樓，擔任武器系統評價小組的研究部主任，負責權衡某些事項，例如美軍如何才能打好一場核戰。

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1954年12月，美國專利局授予了肖克利對機器人眼的專利。鑒于貝爾實驗室對他這個“小”項目的拒絕，這份成功似乎是毫無意義的。但接下來幾個月發生的事情表明，肖克利仍然堅信機器人眼對于工業發展是有利的。

就在1955年新年后，他接到了貝克曼的邀請，請他返回洛杉磯參加為他和真空管先驅李德富雷斯特舉行的一個盛大的慶祝會。在1955年2月2日的這次慶祝會上，肖克利欣喜地發現，貝克曼這個化學博士兼著名高科技實業家也是一個自動化的推崇者。

比肖克利大10歲的貝克曼生于1900年，是伊利諾伊州一個鐵匠的兒子。他在年輕時就是一個行動派和發明家，他在伊利諾伊大學學習了化學與化學工程，并于1928年在加州理工學院獲得了物理化學的博士學位。貝克曼在加州理工學院學習的間隙，也在新成立的貝爾實驗室工作，在那里他學習了電子學，并協助了統計質量控制的初期工作。

在獲得了博士學位后，貝克曼就職于加州理工學院化學系。在20世紀30年代中期，他開發了pH計，將化學和電子學整合在了一個簡單的集成儀器中。貝克曼的pH計是由一家他參股的小公司制造的，但卻獲得了出人意料的成功。到30年代末，貝克曼決定辭去他的教授職務并掌管儀器公司，投身到探索電子化學儀器的新世界中。

在整個20世紀40年代，貝克曼的公司獲得了一系列其他儀器和電子產品的突破，包括他自己發明的一個取得巨大成功的螺旋電位計——Helipot，他的公司快速壯大了起來。1950年，貝克曼的公司更名為貝克曼儀器公司，業務擴展到自動流程控制和電子計算機，而他也成為了自動化和自動工廠的推崇者。他在1952年10月首次向股東的匯報是以“機器解放人力”這句口號開始的。

貝克曼對自動化的追求被證實是利潤豐厚的。到1954年年底，公司銷售額已增加了一倍以上，股票的價值也翻了一番；利潤接近100萬美元，員工數量也攀升到了1750名。加州理工學院將貝克曼選為其董事會的受托人，他是第一位獲此殊榮的校友。

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在1955年洛杉磯的慶祝會上，貝克曼和肖克利都給對方留下了深刻的印象。兩人都是頂尖學校的理工科博士，都曾就讀于加州理工學院，都在貝爾實驗室工作過，也都擁有高級別的安全調查權限。兩個人都擁有劃時代意義的發明：肖克利在首個晶體管發明中的作用以及他對面結型晶體管的構想，為晶體管產業奠定了基礎；而貝克曼的pH計和紫外分光光度計揭開了現代分析儀器行業的序幕。

在慶祝會上，肖克利承諾給貝克曼寄去機器人眼的新專利，而貝克曼同意評估該專利在其公司自動化工作中的可用性。這一承諾開啟了雙方的交流，7個月后，兩人簽訂了一份合同，成立了貝克曼儀器公司旗下的肖克利半導體實驗室。

就在慶祝會后不久，肖克利給貝克曼寄去了專利的副本，詢問他對“這項專利潛在用途的意見”。但貝克曼當時正專心進行幾個公司的收購以及公司擴展到歐洲的事宜。在近兩個月后，他才坐下來研讀了肖克利的專利，并將其轉交給了他的得力助手杰克比紹普，尋求他的“研發意見”。

比紹普又將專利副本交給了一名可靠的工程師，這名工程師很快作出了否定的評價：“在我看來，這個系統主要是出于學術興趣，并且……不應作為現在的重點考慮對象。”這名工程師認為，在工業應用中會有比肖克利的方法更簡單、更便宜的方法，盡管“想法是好的”，但競爭對手可以很容易地規避肖克利的專利。換句話說，它沒有商業價值。這名工程師的報告到了貝克曼的手中，他又對其作了一個半月的研發評估。

最終，在1955年5月中旬，貝克曼給肖克利回信。他稱呼肖克利為“比爾”，并以“阿諾德”署名。他通知這名物理學家，他的工程小組已審查了專利在當前或即將開展的項目中的可用性，但“似乎目前還沒有合適的項目”。他最后的幾句話稍稍減輕了一些打擊：“很高興再次見到你，我希望我們以后能夠經常合作。”

在等待貝克曼的答復時，肖克利也在忙碌著。在那幾個月里，經過考慮后，他拒絕了霍華德休斯讓他領導休斯飛機公司一個新的綜合半導體電子部門的邀請。同樣，肖克利也拒絕了加州大學伯克利分校和耶魯大學物理系的邀約。所有這些職位都是可以名利雙收的。然而，它們本質上也是保守的。肖克利為自己尋求了更激進的發展。1955年6月，在他45歲時，他決定離開貝爾實驗室，辭去了他在五角大樓高級別的工作，并且離了婚。他想要一種全新的生活和一家自己的公司，通過這家公司，他可以成為自己想法的最主要受益人。

7月底，肖克利給貝克曼打了電話。他告訴貝克曼，他想開設一家新公司，并進行一次新的嘗試：采用化學技術制造貝爾實驗室新推出的硅晶體管，并且把這些新型“擴散”硅晶體管投放市場。更重要的是，他要開發量產晶體管的自動化方法。同之前對機器人眼的反應不同，這一次貝克曼的回應直接而熱情：他立即要求與肖克利會面。兩個星期后的一個周六，兩人坐下來進行了嚴肅認真的探討。

貝克曼很有可能是被肖克利的新領域吸引了，因為它與他的總體自動化戰略相吻合。化工廠和石油精煉廠的高溫、強震和腐蝕性環境對當時用于傳感器和儀器中的真空管電子器件提出了嚴峻的挑戰。因此，堅固耐用且可靠的硅晶體管對于提高貝克曼電子儀器在控制和監測工業生產中的適用性將是無價的。由于硅晶體管的耐用性和可靠性，美國軍方也對它們很感興趣。

在會面之后，貝克曼和肖克利只花了短短幾周時間就達成了協議。在1955年9月初，他們簽署了協議，成立了肖克利半導體實驗室。該協議規定，在兩年的時間內，該實驗室是貝克曼儀器公司的一部分，在這期間，肖克利擁有不受限制地進行新的電子發明的自由。但兩人商定，該實驗室的首項工作將是擴散硅晶體管的自動化制造。肖克利堅持認為，貝克曼應親自關注這項工作，并且貝克曼儀器公司應給實驗室提供業務、行政、營銷和銷售的支持。兩年后，將由貝克曼決定是否使實驗室成為一家獨立的公司，而他和肖克利將擁有這家公司最大的股權。

1955年整個秋天，肖克利都在布置他的新實驗室。雖然貝克曼公司的總部設在南加州，但肖克利說服他將實驗室設在加利福尼亞州的帕洛阿爾托附近。肖克利是在帕洛阿爾托長大的，他的母親仍住在那里。斯坦福大學就在附近，而且這片區域在軍用和商用市場的電子管生產方面以及新興的航空航天領域是一片生機，前景大好。北面的舊金山是金融、軍事、商業和文化中心，而且這個地區的氣候宜人。

肖克利起草了一份新聞稿，宣布他的新實驗室成立。這篇新聞稿中闡述了他組建一支半導體創新團隊的愿望，從而在舊金山半島建立半導體社區。他寫道：“為新興電子社區成長貢獻力量的機會將吸引社會及技術領域那些具有想象力和獨創精神的人們。我希望建立一個平臺，使這些人可以作出自己最大的貢獻，并最大化地實現他們的自身價值和回報。”雖然不清楚這篇新聞稿是否發表過，但肖克利的愿望確實與硅谷日后的發展相吻合了。

肖克利組建了一支“具有想象力和主動性”的團隊，成員包括戈登摩爾、羅伯特諾伊斯、讓赫爾尼、尤金克萊納以及杰拉斯特。隨后，在1956年年底，肖克利由于其在建立晶體管電子學中的貢獻與其他幾人一道獲得了諾貝爾物理學獎。然而，雖然取得了這些成就，但肖克利的實驗室很快就解散了。

肖克利的競爭傾向和反復無常的管理風格愈演愈烈。他決定放棄擴散硅晶體管，而轉向他自己的另一項發明——四層二極管。那些年輕的研究人員，包括摩爾和諾伊斯，對此非常擔心并表示了不滿，他們向貝克曼尋求幫助。他們告訴貝克曼，他們仍然希望肖克利擔任顧問，但他們需要一個真正的管理者。在從肖克利和他在貝爾實驗室的高層朋友那里得到“肖克利的方向基本上可靠”的保證后，貝克曼堅持：肖克利將繼續領導實驗室。

結果，在1957年底，摩爾、諾伊斯及其他6人辭了職，并在僅僅幾公里外成立了一家新的公司——仙童半導體公司。在這個硅谷第一家硅電子衍生公司中，這“8個叛逆者”專注于制造被肖克利放棄的擴散硅晶體管。他們在一年之內獲得了成功，并在接下來的幾年中在“平面工藝”的基礎上推出了重要的新晶體管和集成電路。這種工藝是一項突破性的制造技術，使電路可以通過化學方法印制在硅襯底上。由于平面硅晶體管和芯片取代了真空管，“電子學”和“半導體電子學”的意義越來越相近了。

20世紀60到80年代，更多的仙童半導體公司的衍生公司和相關的半導體設備與材料創業公司在舊金山半島蓬勃發展起來。如果將這些衍生公司的衍生公司也計算在內的話，仙童半導體公司的“后裔”有幾百家。1968年，摩爾和諾伊斯創建了這些衍生公司的其中一家：英特爾公司。起初是制造內存芯片，然后是微處理器，最終英特爾成為世界上最大的半導體公司。

從這點看來，肖克利半導體實驗室多產得令人難以置信。但對于它的奠基人貝克曼和肖克利來說，實驗室是失敗的。它從未生產過一個硅晶體管，而四層二極管的客戶也寥寥無幾。最后，在1960年，貝克曼出售了這家公司，在數年后它倒閉了。肖克利重新回到斯坦福大學任教，而貝克曼會永遠遺憾他沒有留下那些創辦了仙童半導體公司和英特爾的叛逆員工。

直到1989年去世，即使其他人使工業機器人成為現實，肖克利也再沒回到他的可訓練機器人的宏偉設想中。在20世紀50年代末，喬治C德沃爾建立了機器人公司Unimation，其晶體管化的機械手臂Unimate在20世紀60年代初投入使用，用于在通用汽車廠搬運熱金屬鑄件。隨著微芯片的發展使計算能力更為實惠，類似的可編程機械手臂在20世紀70年代大量涌現。隨后，在20世紀80年代，強大的機器視覺——肖克利的“機器人眼”的繼承者——被添加到了這些機械手臂上。

機器人的發展還在繼續，家用機器人、軍用無人機、密集自動化的工廠以及自動駕駛的汽車現在看來幾乎都是司空見慣的了。最終，肖克利確實證明了實現他所設想的機器人是有利的，但并不是以他所希望的方式。從肖克利的實驗室興起的芯片產業促成了機器人的崛起，但他本人并未真正地參與到機器人革命中。

聲明：本文轉載自悅智網

作者：DavidC.Brock

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