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美国大学生研制识别自己并理解他人意图机器人

  尼科凝视着他面前的镜子,镜子里面有个身穿耶鲁大学字样的圆领衫、歪戴着一顶棒球帽的家伙。当尼科抬起胳膊时,那个家伙也同时做相同的动作。这一刻,尼科明白了,镜子里抬起的胳膊就是自己的胳膊,镜子里的那个家伙就是自己。

  难道这也值得一提?你肯定对此不屑一顾。对不起,忘了告诉你,尼科是一个机器人。在它的同类中,它可是第一个能从镜子里认出自己的。

  别想跟我耍花招

  能认出自己的映像被认为是婴儿发育的一个重要里程碑,也是衡量其它动物是否具有自我意识、社交性和智力的重要标志。但是,尼科是由一堆堆零部件组装起来的机器人,怎样才能让它具备认知自我的能力?科学家为此着实花了一番心思。

  耶鲁大学的凯文•戈尔德及其导师布雷恩•斯卡赛拉迪为尼科安装了一只有关节的胳膊,在它的一只眼睛后面安装了一台摄像机,并与一台运行智能软件的计算机相连。

  当尼科的眼睛对准镜子时,软件把镜子中的映像划分成“自己”、“别人”和“两者都不是”三类。通过不停地比较一帧帧连续的图像,软件可以识别出某一帧图像和下一帧图像之间的像素变化。当尼科开始移动时,它胳膊上的运动传感器会同时告知软件。如果镜子中映像的某一部分像区发生变化,而与此同时传感器检测到它的胳膊在移动,它会认为这部分映像很可能是“自己”;如果某一部分像区在移动而传感器没有检测到它的胳膊移动,它会将这部分映像归为“别人”;而那些在两种情况下都静止不动的映像区域很可能为“两者都不是”。这样,尼科不仅可以认出自己的胳膊在移动,也能分辨出其他人移动的胳膊。

  为了测试尼科的自我认知能力,戈尔德编制了一个程序,让尼科的胳膊连续运动4分钟,同时用装在它眼睛上的摄像机将整个过程录下来。通过将录像和传感器的检测信号作比较,让尼科学习熟记,传感器检测到的胳膊运动和录像中的胳膊运动是如何对应的。然后尼科再次站到镜子前,戈尔德就站在它旁边。当尼科移动它的胳膊时,戈尔德做了一系列不同的动作,如玩戏法、喝瓶装水。试验证明,尼科能正确的识别出与它的胳膊运动以及与戈尔德的运动分别相对应的像素区,识别率超过95%。

  戈尔德说,即使在机器人受到损坏、穿上不同的衣服或者在不同的光线条件下,通过将装在机器人上的摄像机捕捉的影像和装在胳膊上的传感器检测到的信号相比较,机器人仍能认出自己的胳膊。这将有助于它们执行如操纵物体之类的任务,或者使它们可以根据变化的地形,调整自己的步伐。而通常的软件经常会被表面和环境的变化欺骗。

  你的东西被掉包了

  无独有偶,另一个具有里程碑式的机器人最近在麻省理工学院问世,这个穿一身皮草的家伙名叫莱昂纳多。

  利用一个运行着面部、图像和声音识别软件的计算机阵列,辛西娅及其同事伯林和格瑞为莱昂纳多构建了一个“大脑”,大脑里存储着莱昂纳多周围一个个物体以及它见证过的事件的信息。当它捕捉到一个新面孔时,它会建立和存储另一个“大脑”,该“大脑”处理信息的方式和它自己的“大脑”一样,但它是从这个新面孔的角度看待周围事物的。如果这个新面孔因为视线被阻碍或者暂时离开了房间而看不到周围发生的变化,与这个新面孔对应的“大脑”中的资料就不会更新。伯林说,他们是围绕着这样一个概念来制造莱昂纳多的,那就是说,它可以把自己当作一个模拟器来理解别人。

  在心理理论研究中有一个经典的错误信念实验:试验者让儿童观看木偶表演,主人公麦克把巧克力放在橱子后外出,他的妈妈又将巧克力移到抽屉里,然后问儿童,麦克回来后会在何处找巧克力。一般会发现:大多数3岁儿童报告说麦克到抽屉里找,而4岁儿童大多数报告说麦克会到橱子里找。这表明4岁以上的儿童才开始理解别人的错误信念。

  莱昂纳多在面对“错误信念”试验时的表现如何?当某个人离开房间时,它知道一个玩具(用来代替巧克力)被移动了。伯林发现,通过模拟他人的观点,莱昂纳多可以更好地理解别人的目标。比如,伯林和格瑞分别将土豆片和饼干放进两个盒子里,在伯林离开房间快要消失的时候,格瑞将这两个盒子互换。当伯林返回打开第一个盒子时,莱昂纳多预料他要找的是土豆片。类似的,当格瑞乱翻同样的盒子时,莱昂纳多知道他是在找饼干,于是把饼干提供给他。

  揭开成长的奥秘

  尼科和莱昂纳多只是最近取得的众多成果的代表,标志着机器人研究已接近认知发育这一里程碑。如果机器人能和婴儿一样,通过教育,可以从一个发展阶段进入下一个发展阶段,它们就能学会完成更加复杂的任务,对人类的用处无疑更大。

  印第安纳大学的认知科学家和机器人专家奥拉夫•斯波恩斯认为,将自己和别人区分开来,一直是机器人研究中的一个根本性问题。机器人具备了这种能力后,可以执行更加复杂的任务。比如,科学家一直在研究利用模仿来帮助机器人学会怎样去执行任务。但是,要想成功地模仿别人,机器人必须能分辨出哪是自己的胳膊,哪个是别人的,就像尼科一样。

  除了有助于制造更好的机器人以外,这样的研究最终会加深我们对婴儿认知发育的理解。像自我认知、模拟别人的看法等被认为是婴儿发育的里程碑,它们是和其它一些重要的能力,如共情、社交的发展密切相关的。通过完成与这些里程碑相关联的一些动作,机器人可以帮助研究人员理解,到底需要具备哪些能力,婴儿才能达到这个发育阶段。

  正如斯波恩斯所说,复杂的现象有时可以用简单的原理来解释。要真正理解人类是如何做的,我们还得回到实验室找答案。至少,这些机器人已经为我们指明了方向。

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