走向認(rèn)知的機(jī)器人

阿　茂

借助于機(jī)器人，最新的研究揭示，認(rèn)知實(shí)際上可能是從激發(fā)精神生活的親身經(jīng)歷和行為進(jìn)化而來(lái)的；新一代的機(jī)器人可能最終將提供進(jìn)入人類精神發(fā)育途徑的關(guān)鍵認(rèn)識(shí)

里奧納多是一部?jī)?nèi)部裝滿了硅芯片的極品機(jī)器人。他的特別之處在于，不僅有豐富的面部表情，還和人一樣有學(xué)習(xí)的能力。他有著一對(duì)長(zhǎng)長(zhǎng)的耳朵、一對(duì)會(huì)眨動(dòng)的棕色大眼睛、毛茸茸的鼻子 ，還有會(huì)坐的身體。看上去，就像是《哈利·波特》中的魔幻生物。

不像今天的大多數(shù)自動(dòng)機(jī)器人，他有著生物般的相貌，卻不像我們所看到的任何生物。由于有一副年幼可愛(ài)的面孔，人們和他交流的時(shí)候更像是在與一個(gè)小孩一塊玩。他的智力與一般6歲孩子相仿，但不像標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人那樣采用預(yù)先編制的固定思考規(guī)則，他可以吸收他人的觀點(diǎn)，并在隨后的行為中利用這些知識(shí)。

他的創(chuàng)造者是麻省理工學(xué)院的個(gè)人機(jī)器人小組和鼎鼎大名的斯坦-溫斯頓工作室。這個(gè)集藝術(shù)、科學(xué)和發(fā)明于一體的社交智能機(jī)器人的名字源自文藝復(fù)興的科學(xué)家、發(fā)明家和畫(huà)家——里奧納多·達(dá)芬奇，簡(jiǎn)稱里奧。

聰明的機(jī)器人

機(jī)器人的自由度是衡量機(jī)器人技術(shù)水平的一個(gè)重要參數(shù)，自由度越多，機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作越復(fù)雜，通用性也就越好。麻省理工學(xué)院的另一個(gè)機(jī)器人奈克西的面部有15個(gè)自由度，可以做出凝視、抬眉毛、眨眼睛和開(kāi)口講話等動(dòng)作；里奧則有69個(gè)自由度，其中32個(gè)在面部。所以，他能夠做出與人類非常相似的面部表情。雖然全身有很多關(guān)節(jié)，但是人們并沒(méi)有把他設(shè)計(jì)成會(huì)走路的機(jī)器人，事實(shí)上，他的自由度主要是被用作表情交流功能的。他能做手勢(shì)，也能以一些簡(jiǎn)單方式操縱物體。里奧站高只有6厘米多一點(diǎn)，但他是斯坦維斯頓工作室自2001年秋季以來(lái)所嘗試的最復(fù)雜的機(jī)器人，也是當(dāng)今世界上最富表情的機(jī)器人。

探索人機(jī)交流需要構(gòu)造復(fù)雜的機(jī)器人。里奧納多內(nèi)置了大約60個(gè)體積非常小的馬達(dá)。研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于這種多軸交互式機(jī)器人所需要的可以驅(qū)動(dòng)很多小馬達(dá)的馬達(dá)控制系統(tǒng)。如今，8軸和16軸的控制盒都已研制成功。比如，4個(gè)16軸馬達(dá)控制盒就可以用來(lái)控制里奧那多，而一個(gè)8軸控制盒就可以用來(lái)控制另外一部機(jī)器人樂(lè)寇。

借助一個(gè)實(shí)時(shí)人臉識(shí)別系統(tǒng)、安裝在右眼上的相機(jī)和聲音識(shí)別系統(tǒng)，里奧能記住人們的自我介紹和對(duì)他人的引見(jiàn)。他還具有視覺(jué)跟蹤的能力，能監(jiān)視環(huán)境中的人和解釋人的活動(dòng)，會(huì)做以手勢(shì)為基礎(chǔ)的交流。

里奧身上裝有很多檢測(cè)物體視覺(jué)特征(如顏色、形狀和運(yùn)動(dòng))和檢測(cè)人(如膚色、眼睛監(jiān)測(cè)和面部特征跟蹤)的檢測(cè)器，這樣，他就具有了注意和跟蹤、估算特定目標(biāo)的能力。不僅如此，他身上還安裝了大量傳感器，使用了可以偵測(cè)出溫度、親近度和壓力的合成皮膚，可說(shuō)是一個(gè)具有一定觸覺(jué)的機(jī)器人。

那么，這個(gè)類人的機(jī)器人本領(lǐng)到底有多大呢？請(qǐng)看這個(gè)試驗(yàn)：在里奧面前，麻省理工學(xué)院的研究人員博林將曲奇餅干藏在兩個(gè)盒子中的一個(gè)，盒蓋敞開(kāi)。在博林離開(kāi)房間后，另一個(gè)實(shí)驗(yàn)人員走進(jìn)去，用頭巾遮住臉，偷偷打開(kāi)盒子，將餅干從一個(gè)盒子放到另一個(gè)盒子里，并將兩個(gè)盒子蓋都蓋好，然后再偷偷溜了出去。

博林很快返回來(lái)，叫里奧給他打開(kāi)餅干盒。結(jié)果，機(jī)器人將目光從一個(gè)盒子轉(zhuǎn)向了另外一個(gè)，似乎在動(dòng)腦筋，然后打開(kāi)了第二個(gè)盒子。機(jī)器人正確地預(yù)測(cè)出博林想要第一個(gè)盒子中的曲奇。

機(jī)器人學(xué)會(huì)自我成長(zhǎng)

里奧是一個(gè)社交機(jī)器人，而不是學(xué)術(shù)研究類型的機(jī)器人。里奧包含了內(nèi)置的情感移情系統(tǒng)，這使得他可以揣測(cè)出他所遇到的人的目標(biāo)和意向。

在計(jì)算機(jī)科學(xué)家辛西婭·布雷西亞的領(lǐng)導(dǎo)下，博林等研究者受到一個(gè)觀點(diǎn)的鼓舞——這個(gè)觀點(diǎn)對(duì)具身認(rèn)知非常重要——模仿是移情最真實(shí)的形式。人們理解，我們可以通過(guò)模仿他人的行為來(lái)與人交流，抑或通過(guò)想象，為的是產(chǎn)生個(gè)人的情感和記憶以激活移情判斷。里奧的設(shè)計(jì)正反映出這一理念。這個(gè)機(jī)器人包括了一套評(píng)估和模仿可察覺(jué)面部表情的系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)室與人交流時(shí)，里奧學(xué)會(huì)了將特定的面部表情與相關(guān)的反應(yīng)聯(lián)系在一起。

機(jī)器人也安裝了評(píng)估人類聲音性質(zhì)的特定傳感器。這樣，聲音的反饋就使得里奧強(qiáng)化了他人面部表情與其個(gè)人情感之間的聯(lián)系。

另外一個(gè)內(nèi)置系統(tǒng)指導(dǎo)著里奧對(duì)附近物體的注意力，并留意一些運(yùn)動(dòng)跡象，比如一個(gè)人的目光和肢體語(yǔ)言。相同的系統(tǒng)使得里奧還能回憶他自己最近的行為和反應(yīng)，甚至是他執(zhí)行那些行為的時(shí)間和目的。博林指出，在社交中里奧的傳感器、馬達(dá)和注意力系統(tǒng)之間相互影響，最終產(chǎn)生新的思維技巧。將這個(gè)過(guò)程當(dāng)作計(jì)算機(jī)認(rèn)知能力的成長(zhǎng)，里奧的新成績(jī)包括為了引導(dǎo)一個(gè)人接近從沒(méi)見(jiàn)過(guò)的物體而識(shí)別出他對(duì)該物體的情感反應(yīng)。在與人類伙伴合作完成一項(xiàng)任務(wù)時(shí)，里奧還成功地調(diào)整了他所注視的方向。

這樣的本領(lǐng)使得里奧能以相當(dāng)微妙的方式從人類老師那里學(xué)習(xí)。博林說(shuō)：“里奧也時(shí)常出錯(cuò)，但是他能利用一種內(nèi)置構(gòu)造來(lái)組織理解周圍環(huán)境中另外一個(gè)人的觀點(diǎn)，并從社交中學(xué)習(xí)?！?/p>

推動(dòng)對(duì)認(rèn)知的理解

如今，像里奧這樣的機(jī)器人正在幫助人們解開(kāi)諸如語(yǔ)言和記憶等生物智能和認(rèn)知技能的本質(zhì)。

科學(xué)家還需要在最終的社交學(xué)習(xí)者——嬰兒和幼兒中驗(yàn)證發(fā)育的原則。新的研究認(rèn)為，認(rèn)知發(fā)育的提高，取決于孩子與他們的看管人之間的日常協(xié)作。這種經(jīng)驗(yàn)刺激孩子注意到事物之間的聯(lián)系，就像孩子能夠認(rèn)識(shí)到，無(wú)論媽媽是否拿了一個(gè)特別的玩具，媽媽的嘴里依然能發(fā)出媽媽的聲音。

這與研究人員在里奧身上觀察的學(xué)習(xí)過(guò)程類似，正是感覺(jué)、行為和其他非認(rèn)知功能的神經(jīng)系統(tǒng)變得日益纏繞，促進(jìn)了學(xué)習(xí)。史密斯說(shuō)：“這就是認(rèn)知的全部?jī)?nèi)容?！?/p>

里奧創(chuàng)造了精神研究的新進(jìn)展。他表現(xiàn)出的是新一波的人工智能，其設(shè)計(jì)理念不再是循規(guī)蹈矩，而是具有學(xué)習(xí)功能。美國(guó)亞特蘭大埃默利大學(xué)的心理學(xué)家勞倫斯·巴薩羅說(shuō)，在社交機(jī)器人這樣一個(gè)新興發(fā)展領(lǐng)域，像里奧這樣的機(jī)器人能試圖與人交流并從人類那里學(xué)習(xí)，新一代的機(jī)器人可能最終將提供進(jìn)入人類精神發(fā)育途徑的關(guān)鍵認(rèn)識(shí)。