AI技術(shù)支持下寫字機(jī)器人摹仿筆跡特點(diǎn)及檢驗(yàn)的研究

李 皓 趙 焜 甘 露 沙萬(wàn)忠

1.北京民生物證科學(xué)司法鑒定所，北京 100079；2.北京中衡司法鑒定所，北京 100088；3.甘肅政法大學(xué)，甘肅 蘭州 730070

以往文獻(xiàn)中對(duì)于寫字機(jī)器人摹仿筆跡的最主要認(rèn)識(shí)是具機(jī)械性明顯，認(rèn)為寫字機(jī)器人僅可進(jìn)行機(jī)械性操作，所書寫的筆跡缺乏筆勢(shì)［1-2］。隨著人工智能（Artificial Intelligence，簡(jiǎn)稱AI）技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人控制、語(yǔ)言識(shí)別處理、圖像識(shí)別處理和專家系統(tǒng)功能越發(fā)強(qiáng)大。AI 技術(shù)不再局限于被動(dòng)控制，而是更廣泛包含了心理學(xué)、生理學(xué)的主動(dòng)分析能力，甚至還發(fā)展至哲學(xué)領(lǐng)域。寫字機(jī)器人在AI 技術(shù)加持下具有了更強(qiáng)大的摹仿能力，特別是AI 和寫字機(jī)器人仿生技術(shù)的發(fā)展，寫字機(jī)器人的摹仿筆跡不再局限于復(fù)制性的摹仿，已開始仿照被摹仿人的寫字風(fēng)格創(chuàng)造筆跡［1］，使得寫字機(jī)器人摹仿筆跡的檢驗(yàn)工作難度明顯增加。筆者通過在筆跡檢驗(yàn)鑒定工作中的學(xué)習(xí)和總結(jié)，對(duì)AI 技術(shù)支持下寫字機(jī)器人摹仿筆跡的檢驗(yàn)難點(diǎn)進(jìn)行分析，并分享了一些經(jīng)驗(yàn)和觀點(diǎn)，以期為筆跡檢驗(yàn)同仁提供參考。

一、AI 技術(shù)加持下寫字機(jī)器人書寫筆跡概述

寫字機(jī)器人是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合軟件操控機(jī)器人手臂夾持傳統(tǒng)書寫工具（包括軟筆、硬筆等），對(duì)字跡庫(kù)中的文字進(jìn)行書寫。

（一）寫字機(jī)器人的基本原理

寫字機(jī)器人通過計(jì)算機(jī)程序控制機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)書寫工具的運(yùn)動(dòng)和操作。它通常采用控制板和電機(jī)控制筆架，在平面上的X 軸和Y 軸方向上移動(dòng)，從而完成字跡的書寫。通過控制筆架的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度，寫字機(jī)器人可以準(zhǔn)確地模仿人類的書寫動(dòng)作。普通的寫字機(jī)器人多采用控制板進(jìn)行控制，配合二軸雙向電機(jī)控制筆架，在X、Y 軸方向上平面移動(dòng)完成書寫過程，目前市面上大部分的寫字機(jī)器人是此類。由于沒有力度控制元件，無(wú)法完成垂直方向上的力度調(diào)控，也就無(wú)法對(duì)筆尖抬起和下落幅度進(jìn)行控制，繼而不能進(jìn)行書寫力度的摹仿。對(duì)于國(guó)內(nèi)大部分有關(guān)寫字機(jī)器人摹仿筆跡的研究，也都基于此類機(jī)器人的功能上。

（二）AI 技術(shù)對(duì)寫字機(jī)器人的加持

隨著AI 技術(shù)的發(fā)展，寫字機(jī)器人得到了更強(qiáng)大的支持。AI 技術(shù)包括機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別等方面，可以為寫字機(jī)器人提供更高級(jí)的功能。例如，AI 技術(shù)可以用于識(shí)別和分析手寫字跡的特點(diǎn)和風(fēng)格，從而使寫字機(jī)器人能夠更準(zhǔn)確地模仿被摹仿人的寫字風(fēng)格。此外，AI 技術(shù)還可以幫助寫字機(jī)器人進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和優(yōu)化，提高其摹仿能力和書寫質(zhì)量。

二、AI 技術(shù)加持下寫字機(jī)器人摹仿筆跡特征的演變

（一）普通寫字機(jī)器人摹仿筆跡的特征

寫字機(jī)器人摹仿筆跡主要包括以下特征［3］：第一，由于寫字機(jī)器人為機(jī)械結(jié)構(gòu)，宏觀整體上顯的布局趨于固定；第二，寫字機(jī)器人一般有固定的操作控制程序，且收錄字跡庫(kù)不多，因此單個(gè)字跡結(jié)構(gòu)通常一致性很高，單字筆順特征也基本與被摹仿字跡相同；第三，同樣由于其固定的操作控制程序，寫字機(jī)器人摹仿的字跡缺乏靈活性，全篇字跡機(jī)械性重復(fù)明顯且字跡精準(zhǔn)；第四，由于寫字機(jī)器人尚不能做到完全仿生，大部分寫字機(jī)器人摹仿筆跡的起筆和收筆均為頓壓筆，筆壓整體均勻，同一筆順角度下筆痕粗細(xì)接近；第五，由于寫字機(jī)器人不能像人體一樣完成自由流利的書寫過程，各筆畫的書寫速度基本一致，在個(gè)別筆畫上會(huì)出現(xiàn)小幅度的歪曲抖動(dòng)；第六，寫字機(jī)器人只能通過錄用字跡的方式摹仿，摹仿字跡的整體運(yùn)筆生硬，沒有人體書寫時(shí)“輕、重、緩、急”的筆勢(shì)；第七，由于操作設(shè)置系統(tǒng)原因，一些寫字機(jī)器人所寫標(biāo)點(diǎn)符號(hào)會(huì)出現(xiàn)靠近某一位置，缺乏標(biāo)點(diǎn)符號(hào)書寫的多樣性；第八，目前寫字機(jī)器人尚沒有發(fā)展到摹仿書寫筆感，在執(zhí)筆寫字時(shí)不能通過筆感而自由變換執(zhí)筆角度，由于執(zhí)筆角度固定，使筆尖不能隨著運(yùn)筆方向隨時(shí)調(diào)整方向，會(huì)出現(xiàn)墨跡不均勻、筆畫變細(xì)，偏向一個(gè)方向的情況。

（二）新興仿生寫字機(jī)器人摹仿筆跡的特征

寫字機(jī)器人的仿生技術(shù)發(fā)展越來(lái)越成熟［4］，如六自由度機(jī)器人。此類寫字機(jī)器人具有較高的活動(dòng)自由度，輸出端可以在X、Y、Z 三個(gè)軸方向上實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)，還可以通過增加元件的方式實(shí)現(xiàn)執(zhí)筆角度隨時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。在寫字機(jī)器人上增加壓力傳感系統(tǒng)，可以豐富寫字機(jī)器人的運(yùn)筆力度。新興的仿生寫字機(jī)器人在書寫速度、筆力等方面可以實(shí)現(xiàn)與人手相仿的功能，仿生寫字機(jī)器人的興起為人類生產(chǎn)生活提供了便利，但也在一定程度上給不法分子提供了操作空間，同時(shí)也給筆跡檢驗(yàn)鑒定工作增加了難度。

（三）AI 技術(shù)加持下機(jī)器人摹仿筆跡的特征

AI 技術(shù)通過對(duì)被摹仿筆跡的分析，仿照被摹仿人的筆跡風(fēng)格，而后再由仿生寫字機(jī)器人寫出摹仿筆跡，突破了普通寫字機(jī)器人摹仿筆跡機(jī)械、單一、高度重合特征的限制。同時(shí)AI 技術(shù)在篩選、識(shí)別、錄入筆跡字庫(kù)的過程中，也較普通的掃描、錄入字跡技術(shù)具有方便、快捷、生成多樣化的特點(diǎn)。AI 技術(shù)與仿生寫字機(jī)器人結(jié)合，提升了寫字機(jī)器人在摹仿起筆、運(yùn)筆、頓筆等仿生能力，使寫字機(jī)器人摹仿的筆跡也具有了筆順、筆痕多樣化、生動(dòng)化的能力，運(yùn)用一般的鑒別寫字機(jī)器人摹仿筆跡方法很容易導(dǎo)致誤判。

三、AI 技術(shù)加持下寫字機(jī)器人摹仿筆跡的檢驗(yàn)難點(diǎn)

寫字機(jī)器人字跡主要分為兩種［5］，分別是硬筆書寫筆跡和軟筆書寫筆跡。

（一）硬筆書寫筆跡

硬筆書寫筆跡是指寫字機(jī)器人執(zhí)簽字筆、圓珠筆、鉛筆、鋼筆等書寫工具寫出的字跡。對(duì)于普通寫字機(jī)器人而言，可以通過整體概貌、運(yùn)筆細(xì)節(jié)、斷筆現(xiàn)象、筆順規(guī)律、筆痕深度等方面與人工書寫筆跡進(jìn)行鑒別［5］。AI 技術(shù)支持下的仿生寫字機(jī)器人筆跡可以減輕或避免前述普通寫字機(jī)器人的鑒別特征。

高精密度的仿生寫字機(jī)器人，其定位精度可達(dá)±0.03mm［5］，與普通寫字機(jī)器人相比具有較高的精密度，極大降低了寫字機(jī)器人寫字時(shí)運(yùn)筆抖動(dòng)現(xiàn)象。AI 技術(shù)可以模擬被摹仿人的寫字風(fēng)格，通過還原筆順、摹仿書寫速度等，彌補(bǔ)普通寫字機(jī)器人因?yàn)闀鴮懰俣?、筆順與被摹仿人不同而產(chǎn)生的差異。AI 技術(shù)加持下，通過筆痕的分析，還可以測(cè)量被摹仿人的運(yùn)筆力度，呈現(xiàn)運(yùn)筆力度的多樣性。

電子簽名筆跡雖然有筆跡的外在形貌，實(shí)際上是一種電子化的數(shù)據(jù)。電子簽名筆跡原本就不一定能夠全面真實(shí)反映書寫人的書寫習(xí)慣［5］，加之其錄入電子簽名筆跡數(shù)據(jù)時(shí)也是以規(guī)律化形式所進(jìn)行。如，在筆畫中表現(xiàn)為書寫速度越快，生成的筆畫就越細(xì)；書寫速度越慢，生成的筆畫就越粗。在運(yùn)筆力度上，具備壓力感應(yīng)功能的電子設(shè)備也可以表現(xiàn)為壓力越大，生成的筆畫越粗；壓力越小，生成的筆畫越細(xì)。AI 技術(shù)可以通過分析被摹仿人電子簽名筆跡的這些特征，輕松生成電子簽名。

無(wú)論是手工書寫筆跡還是電子書寫筆跡，同一個(gè)人的兩次書寫不可能形成完全相同的筆跡，即便經(jīng)常書寫的簽字筆跡，也不可能出現(xiàn)相關(guān)的壓力數(shù)值。AI 技術(shù)通過對(duì)字跡庫(kù)的分析，與仿生寫字機(jī)器人相組合，理論上可以生成與被摹仿人風(fēng)格一致的筆跡，這對(duì)于手工書寫筆跡和電子簽名等筆跡檢驗(yàn)工作都是巨大挑戰(zhàn)。

（二）軟筆書寫筆跡

對(duì)軟筆書寫筆跡的檢驗(yàn)多見于名人字畫等藝術(shù)品鑒定。一些具有字畫功底的摹仿人，通過對(duì)被摹仿人書寫風(fēng)格研究，其人工摹仿的軟筆書寫筆跡甚至可以達(dá)到真假難辨的程度。相較于鑒別寫字機(jī)器人摹仿硬筆字跡，鑒別毛筆字跡的難度較大，其根本原因是寫字機(jī)器人對(duì)力度、角度、速度的仿生能力不夠。

普通寫字機(jī)器人執(zhí)軟筆書寫筆跡有以下特征［6］：第一，起筆時(shí)筆畫前端可呈膨大狀；第二，收筆時(shí)無(wú)筆鋒，沒有明顯的筆力逐漸變化征象；第三，行筆時(shí)筆畫一側(cè)可出現(xiàn)鋸齒狀；第四，在筆畫轉(zhuǎn)折、收筆時(shí)可產(chǎn)生軟筆毛刺痕跡；第五，單個(gè)字筆跡高度重合；第六，轉(zhuǎn)折筆畫運(yùn)筆不當(dāng)。

AI 技術(shù)支持下寫字機(jī)器人摹仿的軟筆書寫，可以減少或避免寫字機(jī)器人機(jī)械摹仿、變化不足的問題，特別是在仿生起筆、筆力的問題上，具有更大的摹仿能力，使軟筆書寫筆跡檢驗(yàn)鑒別更加困難。

四、AI 技術(shù)加持下寫字機(jī)器人摹仿筆跡的檢驗(yàn)要點(diǎn)

無(wú)論何種摹仿筆跡，其本質(zhì)都是通過偽造手段達(dá)到不法目的。因此，所有參與摹仿筆跡的人都會(huì)受到生理心理上、環(huán)境上和社會(huì)上的制約［7］。AI 技術(shù)和仿生寫字機(jī)械人也不可能完全摹仿人體的書寫習(xí)慣，更不可能做到完全摹仿人工書寫時(shí)的神情、姿勢(shì)。

（一）運(yùn)用生理和心理學(xué)

人工書寫反應(yīng)的是大腦與上肢、腕、手、指的神經(jīng)沖動(dòng)和運(yùn)動(dòng)過程。人工書寫過程中伴有書寫人的生理、心理等變化，以及精神狀態(tài)、情緒、疾病等都可以導(dǎo)致同一人在不同狀態(tài)下出現(xiàn)不同的筆跡特征。無(wú)論AI 技術(shù)如何發(fā)展，不可能完全實(shí)現(xiàn)對(duì)生命個(gè)體的生理、心理等摹仿，也不可能完全重建書寫人當(dāng)時(shí)的心理狀態(tài)。同一人在不同生理和心理狀態(tài)下，其書寫速度、筆力等不可能一樣，即便AI 技術(shù)可以分析出被摹仿的人書寫風(fēng)格，也不可能完整分析摹仿出被摹仿人當(dāng)時(shí)的生理和心理狀態(tài)。因此，在筆跡檢驗(yàn)時(shí)，需結(jié)合案情中所體現(xiàn)的書寫人當(dāng)時(shí)的生理、心理、精神狀態(tài)、情緒等書寫狀態(tài)，綜合分析判斷筆跡。

（二）結(jié)合案情

一些案件中當(dāng)事人稱書寫人處于特殊的書寫環(huán)境，如躺在病床上、趴他人脊背上、趴墻壁上等書寫環(huán)境。人體可以隨時(shí)根據(jù)書寫環(huán)境隨意調(diào)整書寫方式，而AI 技術(shù)除了分析模仿書寫人風(fēng)格，還要模仿出書寫環(huán)境，與之組合的書寫機(jī)器人也需要調(diào)整書寫環(huán)境的適應(yīng)性。這種情況下，其摹仿筆跡的生成成本大幅度增加，技術(shù)上也很難完成。因此，筆跡檢驗(yàn)鑒定中需要考慮案情中所提示的書寫環(huán)境輔助分析判斷。

（三）加大樣本量

人工筆跡并不是一成不變的，隨著年齡、閱歷、社會(huì)環(huán)境等變化，人工筆跡也會(huì)隨之發(fā)生變化，且筆跡變化不可能被預(yù)知。摹仿他人筆跡的非法行為都具有隱蔽性，在收集被摹仿人的筆跡時(shí)不可能做到全面收集。因此，進(jìn)行此類檢驗(yàn)鑒定時(shí)，可以要求委托方提供較多的樣本，進(jìn)行綜合分析判斷。

五、結(jié)語(yǔ)

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給我們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了很多便利，但也給不法分子進(jìn)行違法活動(dòng)提供了新途徑。目前AI 技術(shù)仍然呈迅猛發(fā)展的勢(shì)態(tài)，分析摹仿人工寫字風(fēng)格的技術(shù)將越來(lái)越成熟；仿生寫字機(jī)械人技術(shù)也在不斷提升，精準(zhǔn)坐標(biāo)和靈活移動(dòng)的功能越來(lái)越普及。文件檢驗(yàn)鑒定工作中，將面臨AI 技術(shù)與仿生寫字機(jī)器人組合下的各種摹仿筆跡案件。因此，在文件檢驗(yàn)領(lǐng)域的專家學(xué)者們進(jìn)一步研究相關(guān)檢驗(yàn)技術(shù)方法的同時(shí)，希望有關(guān)部門能夠制定相關(guān)法律法規(guī)，規(guī)范AI 技術(shù)和寫字機(jī)器人的應(yīng)用。