誰(shuí)打開了機(jī)器人時(shí)代的大門

楊滌非

目前計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室所在的大樓

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，人工智能一直是科學(xué)前沿的研究熱點(diǎn)。前不久，以“通向機(jī)器人時(shí)代的大門”為主題的國(guó)際機(jī)器人學(xué)術(shù)大會(huì)在德國(guó)召開，機(jī)器人技術(shù)與人工智能的發(fā)展又一次成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。人工智能的快速發(fā)展，其根本動(dòng)力來(lái)自世界各地?zé)o數(shù)研究機(jī)構(gòu)，其中最引人注目的實(shí)驗(yàn)室來(lái)自美國(guó)，它就是麻省理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室。

麻省理工學(xué)院曾被評(píng)為全美最難進(jìn)的大學(xué)，作為全美頂尖的名校，它也是全球理工科精英的薈萃之地。該校的計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室，是當(dāng)今世界計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能研究領(lǐng)域中最為龐大的研究團(tuán)隊(duì)，匯集了超過(guò)800名優(yōu)秀的科研人才，其中包括約20名美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士、百余名教授。該實(shí)驗(yàn)室也是計(jì)算機(jī)和人工智能科學(xué)的發(fā)源地，可以說(shuō)，正是它推開了機(jī)器人時(shí)代的大門。目前，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的研究方向已經(jīng)極為廣泛，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)與電氣工程、數(shù)學(xué)、腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)、航空航天、海洋工程、生物工程、健康科學(xué)等多種交叉學(xué)科。

從微分分析器到人工智能

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的分支，麻省理工學(xué)院的計(jì)算科學(xué)研究始于20世紀(jì)30年代。1930年，曾領(lǐng)導(dǎo)過(guò)“曼哈頓工程”的著名科學(xué)家萬(wàn)尼瓦爾·布什，開始了微分分析器研究。當(dāng)時(shí)，布什在麻省理工學(xué)院擔(dān)任電子工程學(xué)教授，他和一個(gè)研究小組共同設(shè)計(jì)出能夠求解微分方程的“微分分析機(jī)”，造出世界上首臺(tái)模擬電子計(jì)算機(jī)。這種分析器是早期的機(jī)械模擬計(jì)算機(jī)，可用于求解常微分方程的數(shù)值解。這一開創(chuàng)性工作為數(shù)字計(jì)算機(jī)的誕生掃清了道路。在此期間，美國(guó)數(shù)學(xué)家、信息論的創(chuàng)始人克勞德·香農(nóng)開始了電子布爾代數(shù)研究。這都為后來(lái)計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

計(jì)算機(jī)科學(xué)在后來(lái)的30余年里迅速發(fā)展，1946年發(fā)明的電子計(jì)算機(jī)，大大促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)科學(xué)引領(lǐng)科學(xué)前沿的時(shí)代漸漸拉開帷幕。1963年7月1日，這一天格外值得銘記，因?yàn)?MAC項(xiàng)目（即數(shù)學(xué)與計(jì)算項(xiàng)目）在美國(guó)“高等研究計(jì)劃局”的資助下正式啟動(dòng)。為什么MAC項(xiàng)目如此重要？這是因?yàn)?，MAC項(xiàng)目完成了計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、人工智能研究以及計(jì)算理論方面的開創(chuàng)性工作。這個(gè)里程碑項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人也與麻省理工學(xué)院淵源頗深，他就是原麻省理工學(xué)院電子研究實(shí)驗(yàn)室的羅伯特·馬里奧·法諾。

其實(shí)，麻省理工學(xué)院的人工智能研究活動(dòng)最初始于1959年，由一小群對(duì)此頗有興趣的學(xué)校教員、系統(tǒng)工程師和學(xué)生以小組的形式發(fā)起并組織的。到了1963年，這個(gè)研究小組加入了MAC項(xiàng)目。在MAC項(xiàng)目最初開始進(jìn)行的一段時(shí)間里，人工智能研究小組負(fù)責(zé)了項(xiàng)目中非常重要的一部分工作，并且因此得到了大約三分之一的項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的支持。不過(guò)，由于所擔(dān)負(fù)的科研任務(wù)以及文化氛圍的差異等方面的原因，人工智能研究小組和MAC項(xiàng)目的其他研究成員從未完全融為一體過(guò)。直到1970年，他們之間的關(guān)系還是僅僅止于為數(shù)不多的合作。同年，麻省理工學(xué)院的人工智能實(shí)驗(yàn)室成立了，許多前人工智能研究小組的成員離開并加入了新的人工智能實(shí)驗(yàn)室，其余大部分的MAC項(xiàng)目組成員則組建了計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。有許多才華橫溢的科研人員相繼加盟人工智能實(shí)驗(yàn)室，其中包括天才程序員理查德·馬修·斯托曼。

“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代

理查德·馬修·斯托曼

2003年7月1日，也就是MAC項(xiàng)目40周年紀(jì)念日的時(shí)候，兩個(gè)曾經(jīng)因無(wú)法合作“從合到分”的實(shí)驗(yàn)室——計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室與人工智能實(shí)驗(yàn)室，終于還是“分久必合”，麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室正式成立。這次合并也創(chuàng)造出了當(dāng)時(shí)全球規(guī)模最大的校園實(shí)驗(yàn)室。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代之后，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為新一輪研究熱點(diǎn)。計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室與人工智能實(shí)驗(yàn)室自然也是引領(lǐng)潮流的主力，它們還是萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟的發(fā)源地，是其四大全球總部之一。萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟又稱W3C理事會(huì)，1994年10月在麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室成立，其建立者是萬(wàn)維網(wǎng)的發(fā)明者英國(guó)科學(xué)家蒂姆·伯納斯·李。萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域最具權(quán)威和影響力的國(guó)際中立性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。到目前為止，萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟已經(jīng)發(fā)布了200多項(xiàng)影響深遠(yuǎn)的Web技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)施指南，有效促進(jìn)了Web技術(shù)的互相兼容，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用起到了最為基礎(chǔ)性和根本性的支撐作用。目前，萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟由設(shè)立在美國(guó)麻省理工學(xué)院、歐洲數(shù)學(xué)與信息學(xué)研究聯(lián)盟、日本慶應(yīng)大學(xué)和中國(guó)北京航空航天大學(xué)的4個(gè)全球總部的全球團(tuán)隊(duì)聯(lián)合運(yùn)營(yíng)。除4個(gè)總部外，萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟還在全球20個(gè)國(guó)家和地區(qū)設(shè)立了辦事處機(jī)構(gòu)，并擁有來(lái)自各國(guó)政府、行業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)化組織、科研機(jī)構(gòu)等近400家會(huì)員單位。

目前，在計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室中，科研活動(dòng)是由若干研究團(tuán)隊(duì)來(lái)完成的，這些研究團(tuán)隊(duì)分別由一位或多位教授或科學(xué)家領(lǐng)銜主持，就計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能領(lǐng)域的不同方向展開自主研究。研究團(tuán)隊(duì)具體分為人工智能組、計(jì)算生物學(xué)組、圖形與視覺(jué)組、語(yǔ)言與學(xué)習(xí)組、計(jì)算理論組，機(jī)器人技術(shù)組和系統(tǒng)組（包括計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)、分布式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)方法學(xué)和軟件工程等方向）等。

引領(lǐng)科技前沿的新研究

計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室的各個(gè)科研小組一直在進(jìn)行著各種前沿的科研活動(dòng)，如語(yǔ)音識(shí)別、3D打印控制和無(wú)人機(jī)自主飛行技術(shù)等。最近，實(shí)驗(yàn)室的自主車輛駕駛技術(shù)和“軟機(jī)器人”的研發(fā)也都取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。

自主車輛駕駛技術(shù)

最近，實(shí)驗(yàn)室正在與日本豐田公司合作研制自主車輛駕駛技術(shù)。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)與估算，每天世界上有大約3400人死于與交通有關(guān)的各種事故，因此實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)正在致力于研制一種自主車輛駕駛技術(shù)。這種技術(shù)主要包括先進(jìn)的決策算法和根據(jù)車輛周邊環(huán)境進(jìn)行精確感知和導(dǎo)航的系統(tǒng)。這種新技術(shù)使得車輛不需要人為干預(yù)就能自動(dòng)規(guī)避險(xiǎn)情，同時(shí)也減少了因?yàn)殄e(cuò)誤的人為判斷而導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。此外，新系統(tǒng)還能為駕駛員提供各種輔助決策信息，比如道路的選擇和時(shí)速的高低等等。實(shí)際上，與我們現(xiàn)在使用的普通汽車相比，加裝了這套自主車輛駕駛系統(tǒng)的汽車已經(jīng)成為了一種新型的駕駛機(jī)器人。新技術(shù)的應(yīng)用能使得交通事故的發(fā)生率大大降低。

溫柔的“軟機(jī)器人”

在傳統(tǒng)的機(jī)器人技術(shù)中，機(jī)械手一類的裝置是無(wú)法勝任握持或操縱日常生活中的所有物體的，尤其是比較柔軟的、易碎的、單薄的物品。在最近的一次展示中，實(shí)驗(yàn)室的科研團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了一種可以精確地握持柔軟物體的機(jī)械手。

加裝了自主車輛駕駛系統(tǒng)的汽車

這種機(jī)械手是由硅膠用3D打印的方式生產(chǎn)出來(lái)的，在它的3個(gè)手指上還安裝有特殊的傳感器，用于探測(cè)并估計(jì)被操作物體的精確尺寸與形狀。科學(xué)家們稱這種機(jī)械手為“軟機(jī)器人”，以與之前的“硬機(jī)器人”相對(duì)應(yīng)。由于之前的“硬機(jī)器人”所采用的一般都是剛性的機(jī)械手，很難根據(jù)被操作對(duì)象的材質(zhì)、尺寸和形狀做出相應(yīng)的調(diào)整，因此也就不能實(shí)現(xiàn)對(duì)各種物體的“動(dòng)態(tài)抓取”。新的機(jī)械手在工作過(guò)程中可以對(duì)傳感器傳回的數(shù)據(jù)（如機(jī)械手指的彎曲程度等）進(jìn)行分析計(jì)算，進(jìn)而對(duì)被操作物體的各種性狀做出準(zhǔn)確判斷并完成規(guī)定的動(dòng)作?？蒲袌F(tuán)隊(duì)為此做了一個(gè)有趣的比喻：就好像盲人要彎腰撿起一個(gè)物體，雖然無(wú)法看見(jiàn)它，但是能通過(guò)各種感覺(jué)器官感覺(jué)到物體的存在并判斷這個(gè)物體具體到底是一個(gè)什么東西，然后用合適的力量與速度將它撿起來(lái)。也就是說(shuō)新的機(jī)械手雖然看不到操作對(duì)象，但是通過(guò)各種傳感器（類似人的感覺(jué)器官）和運(yùn)算系統(tǒng)（類似人的大腦）能夠達(dá)到像真正“看見(jiàn)”真實(shí)的物體一樣的效果。

根據(jù)計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室前主任舒維都教授的預(yù)測(cè)，運(yùn)算能力將會(huì)在未來(lái)代替機(jī)器外形，成為人工智能研究的重點(diǎn)。今后，越來(lái)越多的研究將圍繞著“運(yùn)算”，而不是“計(jì)算機(jī)”。因?yàn)槿祟愃诤醯氖沁\(yùn)算能力，更關(guān)注這些運(yùn)算能力能幫助人類做些什么。

我們現(xiàn)在對(duì)計(jì)算機(jī)的定義也許過(guò)于簡(jiǎn)化了。在未來(lái)，個(gè)人可能擁有的是大到幾百萬(wàn)臺(tái)電腦所集合起來(lái)的運(yùn)算能力，但是你根本不會(huì)在乎它在哪里，是什么樣的外形。運(yùn)算能力會(huì)像現(xiàn)在的電力，應(yīng)該是無(wú)所不在的，能極其方便地為人類服務(wù)，人們甚至不會(huì)注意周圍的哪些物品是計(jì)算機(jī)了。相信麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室將會(huì)始終在這一科學(xué)的前沿領(lǐng)域擁有不可替代的位置。

【責(zé)任編輯】張小萌