微軟開源系統(tǒng)AirSim

最近，微軟發(fā)布了一款最新研究的新工具——AirSim，將供開發(fā)人員用于訓(xùn)練和測(cè)試機(jī)器人、無(wú)人機(jī)，以及其他功能設(shè)備，讓它們能夠在真實(shí)世界中自主、安全地運(yùn)行。

擁有正常視力的人走在街上，能輕易區(qū)分需要避讓的物體，例如建筑物、灌木叢、小臺(tái)階和玻璃門等，以及無(wú)需避讓的物體，例如行人的影子、玻璃的反光，以及云彩等。在多數(shù)情況下，人們也能預(yù)計(jì)到自己即將遇到什么障礙，例如知道在街角應(yīng)該注意過(guò)往車輛。

上文提到的區(qū)分和預(yù)計(jì)的能力對(duì)人而言相對(duì)容易，但對(duì)于基于人工智能的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)還是件難事。這就是為什么自動(dòng)駕駛汽車、無(wú)人機(jī)送快遞直至目前仍屬在探索階段的重要原因之一。

而微軟的研究人員們正在努力改變這一點(diǎn)。2月16日，微軟在開源平臺(tái)GitHub免費(fèi)發(fā)布了一款最新研究的新工具——AirSim，可以供開發(fā)人員用于訓(xùn)練和測(cè)試機(jī)器人、無(wú)人機(jī)，讓它們能夠在真實(shí)世界中自主、安全地運(yùn)行。

微軟聲稱這款模擬器比市場(chǎng)上任何一款模擬器都要先進(jìn)，不僅可以高度模擬真實(shí)飛行場(chǎng)景，連光影、反射的效果都十分逼真。

這款模擬器是由微軟航空信息學(xué)和機(jī)器人學(xué)實(shí)驗(yàn)室基于空中信息技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)平臺(tái)（Aerial Informatics and Robotics Platform）打造的，團(tuán)隊(duì)稱：“我們希望AirSim可以成為一個(gè)AI開發(fā)者的平臺(tái)，他們可以在這個(gè)平臺(tái)上試驗(yàn)深度學(xué)習(xí)、機(jī)器人視覺、加強(qiáng)自動(dòng)駕駛交通工具的學(xué)習(xí)算法?！痹搶?shí)驗(yàn)室致力于建立智能安全的自動(dòng)駕駛飛行平臺(tái)。希望通過(guò)機(jī)械智能、機(jī)器人科學(xué)，以及以人類為核心的算法，打造出完整安全的自動(dòng)駕駛飛行模式，覆蓋小型消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)和商用客機(jī)。

智能自動(dòng)駕駛飛行系統(tǒng)將來(lái)可應(yīng)用于精確的農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、病原體監(jiān)測(cè)、天氣監(jiān)測(cè)等，飛行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)全部數(shù)字化連接。

負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的微軟研究員阿西施·卡普爾（Ashish Kapoor）表示，他們希望AirSim能夠推動(dòng)人工智能的“平民化”，使人們可以放心把開車、送快遞甚至洗衣服等這樣的工作交給機(jī)器去做。

“我們的遠(yuǎn)景目標(biāo)是切實(shí)創(chuàng)建可以在真實(shí)世界中運(yùn)行的系統(tǒng)”，阿西施·卡普爾說(shuō)。該項(xiàng)目與許多其他人工智能研究項(xiàng)目的區(qū)別之處在于，后者專注于訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)在有明確規(guī)則的任務(wù)中獲得成功——例如棋類游戲。阿西施·卡普爾表示，微軟AirSim希望幫助研究人員開發(fā)更為實(shí)用的工具，在安全的前提下幫人們完成日常要做的工作，而不需要用戶耗費(fèi)太多的資源。

“這就是AI的下一次飛躍，能真正以真實(shí)世界的系統(tǒng)為考量。”阿西施·卡普爾說(shuō)。

模擬現(xiàn)實(shí)世界

現(xiàn)在，得益于圖形硬件、計(jì)算能力和算法的巨大進(jìn)步，微軟的研究人員已經(jīng)可以搭建能夠提供更真實(shí)環(huán)境視角的模擬器。空中信息技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)平臺(tái)的模擬器以最新圖形學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，可以準(zhǔn)確地呈現(xiàn)陰影和光線反射等微妙事物，這給計(jì)算機(jī)視覺算法帶來(lái)了重大改變。

AirSim可以將數(shù)據(jù)端口開放給用戶，用戶可以在AirSim的平臺(tái)上生成深度學(xué)習(xí)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。比如說(shuō)，訓(xùn)練中氣壓計(jì)、雷達(dá)、激光等傳感器生成的數(shù)據(jù)可以反復(fù)應(yīng)用在訓(xùn)練中，為開發(fā)者們建立算法模型提供了很好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。微軟采用最新的Photorealistic技術(shù)，讓用戶在虛擬界面中體驗(yàn)身臨其境的飛行快感。

“如果你真的想讓這種高保真的感知技術(shù)發(fā)揮作用，就必須用非常逼真的細(xì)節(jié)來(lái)渲染場(chǎng)景，例如要設(shè)置日光的晃眼、街上的積水等場(chǎng)景?！蔽④浭紫芯寇浖_發(fā)工程師使他隆·沙阿（Shital Shah）說(shuō)。

由于這種新型模擬器的場(chǎng)景十分逼真，但卻并不是真的，因此研究人員可以放心將它當(dāng)作一個(gè)安全、可靠且廉價(jià)的自動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)場(chǎng)。

這有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，研究人員可以無(wú)限次地讓無(wú)人機(jī)發(fā)生“墜毀”，但又不會(huì)真正損毀這些無(wú)人機(jī)。

第二，它允許研究人員更快、更好地進(jìn)行人工智能的研究，其中包括收集用于構(gòu)建算法的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，教導(dǎo)系統(tǒng)做出安全的反應(yīng)，并進(jìn)行比如強(qiáng)化學(xué)習(xí)等需要大量試錯(cuò)的人工智能研究。

研究人員表示，這款模擬器可以幫助他們更快地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，盡快在幾乎不存在試錯(cuò)余地的真實(shí)場(chǎng)景中開始測(cè)試甚至應(yīng)用他們的系統(tǒng)。

支持智能機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)

除模擬器外，空中信息技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)平臺(tái)還包含一個(gè)軟件庫(kù)，允許開發(fā)人員快速編寫代碼，以操控基于大疆和MavLink這兩個(gè)時(shí)下最流行的無(wú)人機(jī)。通常情況下，開發(fā)人員必須花時(shí)間去學(xué)習(xí)這些獨(dú)立的API，并為每個(gè)平臺(tái)單獨(dú)編寫代碼。

研究人員預(yù)計(jì)不久將在該平臺(tái)上添加更多工具，同時(shí)他們希望軟件庫(kù)和模擬器將有助于推動(dòng)整個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展。例如，這些工具將可以幫助研究人員開發(fā)更高超的感知能力，幫助無(wú)人機(jī)辨認(rèn)其所處環(huán)境中的各項(xiàng)元素，并將門禁等真正的障礙與陰影等虛假的障礙區(qū)別開來(lái)。這些感知能力也將幫助無(wú)人機(jī)理解諸如自己距離某個(gè)行人有多遠(yuǎn)等更為復(fù)雜的概念。

同樣，空中信息技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)平臺(tái)還可以幫助開發(fā)人員在無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、自動(dòng)駕駛等功能裝置的規(guī)劃方面取得突破，其目的是協(xié)助功能裝置預(yù)測(cè)即將發(fā)生的狀況和如何應(yīng)對(duì)，就像我們?nèi)祟愒诖┻^(guò)街道時(shí)預(yù)計(jì)會(huì)有汽車駛過(guò)那樣。這種人工智能會(huì)密切模仿人類在現(xiàn)實(shí)世界中行動(dòng)的方式，這也是創(chuàng)建可供日常安全使用的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。

整個(gè)平臺(tái)設(shè)計(jì)為可用于需要環(huán)境導(dǎo)航的任意類型自主系統(tǒng)。“實(shí)際上，我可以使用同樣的代碼來(lái)操控滑翔機(jī)或駕駛汽車?！卑⑽魇たㄆ諣柋硎?。

機(jī)器人技術(shù)的普及化

目前，研究人員在這一平臺(tái)上的探索還不到一年的時(shí)間，但他們充分利用了計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器人學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)與規(guī)劃等領(lǐng)域過(guò)去幾十年間積累的經(jīng)驗(yàn)。阿西施·卡普爾說(shuō)，研究人員決定開放該項(xiàng)目的資源，以進(jìn)一步促進(jìn)可自主運(yùn)轉(zhuǎn)人工智能助手的研發(fā)。雖然許多人都相信未來(lái)無(wú)人機(jī)、機(jī)器人和汽車能夠自行運(yùn)轉(zhuǎn)，但現(xiàn)階段這些系統(tǒng)中的大多數(shù)仍然高度依賴人類的指引。

研究人員還注意到，許多機(jī)器人學(xué)和人工智能研究人員并沒有時(shí)間或資源來(lái)自主開發(fā)這些工具，或者在現(xiàn)實(shí)生活中進(jìn)行此類測(cè)試。這也是研究人員決定共享研究成果的另一個(gè)主要原因。“我們希望讓機(jī)器人技術(shù)人人共享?！卑⑽魇たㄆ諣柋硎?。

他們還希望空中信息技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)平臺(tái)將有助于快速啟動(dòng)相關(guān)協(xié)議和法規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)化，以便規(guī)范人工智能助手在真實(shí)世界中的運(yùn)轉(zhuǎn)。阿西施·卡普爾認(rèn)為，每個(gè)會(huì)開車的人都知道要遵循一套標(biāo)準(zhǔn)化的交通規(guī)則，例如應(yīng)在道路的哪一側(cè)行車、何時(shí)停車避讓行人，以及開車的限速等，但目前還不存在針對(duì)人工智能助手的類似標(biāo)準(zhǔn)。

“隨著自主系統(tǒng)日益進(jìn)入主流，有了微軟提供的這樣一個(gè)系統(tǒng)，研究人員就可以開發(fā)一些最佳案例且能全面推廣，以提高自主系統(tǒng)的安全性?！卑⑽魇たㄆ諣柋硎?，“整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)需要演進(jìn)”。