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新一代机器人走向认知 向人类学习能够自我成长

  借助于机器人,最新的研究揭示,认知实际上可能是从激发精神生活的亲身经历和行为进化而来的;新一代的机器人可能最终将提供进入人类精神发育途径的关键认识

  文/阿茂

  里奥纳多是一部内部装满了硅芯片的极品机器人。
他的特别之处在于,不仅有丰富的面部表情,还和人一样有学习的能力。他有着一对长长的耳朵、一对会眨动的棕色大眼睛、毛茸茸的鼻子,还有会坐的身体。看上去,就像是《哈利·波特》中的魔幻生物。

  不像今天的大多数自动机器人,他有着生物般的相貌,却不像我们所看到的任何生物。由于有一副年幼可爱的面孔,人们和他交流的时候更像是在与一个小孩一块玩。他的智力与一般6岁孩子相仿,但不像标准的机器人那样采用预先编制的固定思考规则,他可以吸收他人的观点,并在随后的行为中利用这些知识。

  他的创造者是麻省理工学院的个人机器人小组和鼎鼎大名的斯坦-温斯顿工作室。这个集艺术、科学和发明于一体的社交智能机器人的名字源自文艺复兴的科学家、发明家和画家——里奥纳多·达芬奇,简称里奥。

  聪明的机器人

  机器人的自由度是衡量机器人技术水平的一个重要参数,自由度越多,机器人可实现的动作越复杂,通用性也就越好。麻省理工学院的另一个机器人奈克西的面部有15个自由度,可以做出凝视、抬眉毛、眨眼睛和开口讲话等动作;里奥则有69个自由度,其中32个在面部。所以,他能够做出与人类非常相似的面部表情。虽然全身有很多关节,但是人们并没有把他设计成会走路的机器人,事实上,他的自由度主要是被用作表情交流功能的。他能做手势,也能以一些简单方式操纵物体。里奥站高只有6厘米多一点,但他是斯坦维斯顿工作室自2001年秋季以来所尝试的最复杂的机器人,也是当今世界上最富表情的机器人。

  探索人机交流需要构造复杂的机器人。里奥纳多内置了大约60个体积非常小的马达。研究人员开发了一个用于这种多轴交互式机器人所需要的可以驱动很多小马达的马达控制系统。如今,8轴和16轴的控制盒都已研制成功。比如,4个16轴马达控制盒就可以用来控制里奥那多,而一个8轴控制盒就可以用来控制另外一部机器人乐寇。

  借助一个实时人脸识别系统、安装在右眼上的相机和声音识别系统,里奥能记住人们的自我介绍和对他人的引见。他还具有视觉跟踪的能力,能监视环境中的人和解释人的活动,会做以手势为基础的交流。

  里奥身上装有很多检测物体视觉特征(如颜色、形状和运动)和检测人(如肤色、眼睛监测和面部特征跟踪)的检测器,这样,他就具有了注意和跟踪、估算特定目标的能力。不仅如此,他身上还安装了大量传感器,使用了可以侦测出温度、亲近度和压力的合成皮肤,可说是一个具有一定触觉的机器人。

  那么,这个类人的机器人本领到底有多大呢?请看这个试验:在里奥面前,麻省理工学院的研究人员博林将曲奇饼干藏在两个盒子中的一个,盒盖敞开。在博林离开房间后,另一个实验人员走进去,用头巾遮住脸,偷偷打开盒子,将饼干从一个盒子放到另一个盒子里,并将两个盒子盖都盖好,然后再偷偷溜了出去。

  博林很快返回来,叫里奥给他打开饼干盒。结果,机器人将目光从一个盒子转向了另外一个,似乎在动脑筋,然后打开了第二个盒子。机器人正确地预测出博林想要第一个盒子中的曲奇。

  机器人学会自我成长

  里奥是一个社交机器人,而不是学术研究类型的机器人。里奥包含了内置的情感移情系统,这使得他可以揣测出他所遇到的人的目标和意向。

  在计算机科学家辛西娅·布雷西亚的领导下,博林等研究者受到一个观点的鼓舞——这个观点对具身认知非常重要——模仿是移情最真实的形式。人们理解,我们可以通过模仿他人的行为来与人交流,抑或通过想象,为的是产生个人的情感和记忆以激活移情判断。里奥的设计正反映出这一理念。这个机器人包括了一套评估和模仿可察觉面部表情的系统。在实验室与人交流时,里奥学会了将特定的面部表情与相关的反应联系在一起。

  机器人也安装了评估人类声音性质的特定传感器。这样,声音的反馈就使得里奥强化了他人面部表情与其个人情感之间的联系。

  另外一个内置系统指导着里奥对附近物体的注意力,并留意一些运动迹象,比如一个人的目光和肢体语言。相同的系统使得里奥还能回忆他自己最近的行为和反应,甚至是他执行那些行为的时间和目的。博林指出,在社交中里奥的传感器、马达和注意力系统之间相互影响,最终产生新的思维技巧。将这个过程当作计算机认知能力的成长,里奥的新成绩包括为了引导一个人接近从没见过的物体而识别出他对该物体的情感反应。在与人类伙伴合作完成一项任务时,里奥还成功地调整了他所注视的方向。

  这样的本领使得里奥能以相当微妙的方式从人类老师那里学习。博林说:“里奥也时常出错,但是他能利用一种内置构造来组织理解周围环境中另外一个人的观点,并从社交中学习。”

  推动对认知的理解

  如今,像里奥这样的机器人正在帮助人们解开诸如语言和记忆等生物智能和认知技能的本质。

  科学家还需要在最终的社交学习者——婴儿和幼儿中验证发育的原则。新的研究认为,认知发育的提高,取决于孩子与他们的看管人之间的日常协作。这种经验刺激孩子注意到事物之间的联系,就像孩子能够认识到,无论妈妈是否拿了一个特别的玩具,妈妈的嘴里依然能发出妈妈的声音。

  这与研究人员在里奥身上观察的学习过程类似,正是感觉、行为和其他非认知功能的神经系统变得日益缠绕,促进了学习。史密斯说:“这就是认知的全部内容。”

  里奥创造了精神研究的新进展。他表现出的是新一波的人工智能,其设计理念不再是循规蹈矩,而是具有学习功能。美国亚特兰大埃默利大学的心理学家劳伦斯·巴萨罗说,在社交机器人这样一个新兴发展领域,像里奥这样的机器人能试图与人交流并从人类那里学习,新一代的机器人可能最终将提供进入人类精神发育途径的关键认识。 (来源:中国新闻周刊)
(责任编辑:罗园)

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