姍姍而來的情感機器人

仇德輝

在21世紀，機器人將會如20世紀計算機的普及一樣，深入地應用到各個領域。盡管機器人的發展非常迅速，但遠遠沒有達到它應有的水平，其中一個重要原因就是現有機器人的“情商”為零。由于沒有情感的引導，機器人本身沒有任何自主性和靈活性，只能按照固定的程序完成非常固定的任務，因此其應用范圍受到了極大的限制。

目前的計算機從原理上講主要是基于邏輯推理式系統，根本不存在情感能力，人工智能也只是邏輯推理能力的體現。讓計算機和機器人擁有人類式的情感，是許多科學家的夢想。與人工智能技術的高度發展相比，人工情感技術所取得的進展卻是微乎其微，情感始終是橫跨在人腦與電腦之間無法逾越的鴻溝。

為什么要對機器人注入情感

雖然計算機在人工智能方面已經取得了突出的成就，能夠在算術運算、數學運算、邏輯推理、專家系統和模式識別等方面出色地完成人所賦予的許多工作。然而，這遠遠不夠，人們期待著計算機在替代、幫助、補償和強化人類勞動的眾多方面應該有更多、更好的作為。目前，計算機的應用擴展迫切需要解決三個方面的問題：一是要建立和諧而自然的人機界面。如今人類生活已經無法離開計算機了，在計算機不斷升級的同時，人與計算機之間的交互方式卻沒有什么明顯的改變，基本上是借助于鍵盤、鼠標等被動式的中介手段，計算機無法理解和適應人的情緒或心境。二是要進一步提高計算機自身運行的速度和效率。大家都知道，一方面計算機對于一些非常復雜而繁瑣的問題能夠輕松而快速地解決，其運算速度、記憶容量和計算準確率等是任何人都無法相比的；另一方面對于一些非常簡單而直觀的常識性問題卻無所作為，智力遠不如一個三歲兒童，這主要是因為人腦能夠在情感的引導下，按照某些“價值特性參量”(如重要性、緊迫性、傾向性、經驗性和關聯性等)來生產、篩選、組織和使用信息，從而可以簡化過程、節約資源、加快速度、減少差錯。由此可見，人工情感有一個非常重要而往往容易被人忽視的作用，那就是提高計算機自身資源的效率和速度。三是要使計算機的運行具有更多的自主性和創造性。目前的智能機器人都是在人的嚴格控制之下，在特定的時間和特定的順序完成所有規定的程序或動作，沒有任何自主性和創造性。情感的賦予就能夠使機器人具有與人類完全一樣的行為靈活性、決策自主性和思維創造性。

總之，計算機的出現揭開了人類社會第三次偉大浪潮——信息革命的序幕，情感機器人的出現將把這次偉大浪潮推向一個全新的發展階段。

情感機器人——應時而生

機器人技術的形成，歸功于在第二次世界大戰中各國加強了經濟的投入。由于人力的缺乏，戰后的汽車工業、機械制造業等迫切需要一種機器人來從事繁重的體力勞動，以提高生產效率，降低人的勞動強度。

機器人技術的發展可以分為4個發展階段：

第一代機器人：示教再現型機器人。1947年，為了搬運和處理核燃料，美國橡樹嶺國家實驗室研發了世界上第一臺遙控的機器人。1962年美國又研制成功PUMA通用示教再現型機器人，這種機器人通過一個計算機，來控制一個多自由度的機械，通過示教存儲程序和信息，工作時把信息讀取出來，然后發出指令，這樣機器人可以根據人當時示教的結果重復地再現出這種動作。比方說汽車的點焊機器人，只要把這個點焊的過程示教完以后，機器人就重復這個工作。

第二代機器人：感覺型機器人。示教再現型機器人對于外界的環境沒有感知，這個操作力的大小、這個工件存在不存在、焊接的好與壞，它并不知道。因此，在20世紀70年代后期，人們開始研究第二代機器人，叫感覺型機器人，這種機器人擁有類似人的感覺，如力覺、觸覺、滑覺、視覺、聽覺等，它能夠通過感覺來感受和識別工件的形狀、大小、顏色。

第三代機器人：情感識別與表達型機器人。20世紀90年代各國紛紛提出了“情感計算”、“感性工學”、“人工情感”與“人工心理”等理論，為情感識別與表達型機器人的產生奠定了理論基礎。主要的技術成果有：基于圖像或視頻的人臉表情識別技術，基于情景的情感手勢、動作識別與理解技術，表情合成和情感表達方法和理論，情感手勢、動作生成算法和模型，基于概率圖模型的情感狀態理解技術，情感測量和表示技術，情感交互設計和模型等。這種機器人能夠比較逼真地模擬人的許多種情感表達方式，能夠較為準確地識別幾種基本的情感模式。但是，這種機器人沒有內在的情感邏輯系統，不能真正地進行情感思維與情感計算。

第四代機器人：情感理解型機器人。情感機器人就是賦予了人類式情感的機器人，使之具有表達、識別和理解喜樂哀怒的能力。關于情感機器人的理論就是“人工情感”理論，人工情感包括三個方面：情感識別、情感表達與情感理解(或情感思維)。目前，世界各國的科學家在情感識別與情感表達兩個方面所取得的成果非常顯著，但在情感理解或情感思維方面卻收獲甚微。其根本原因在于，到目前為止，沒有一個科學家能夠真正了解情感的哲學本質及客觀目的是什么，沒有創立一個全新的、科學的、數學化的情感理論，沒有建立一個真正的情感數學模型。顯然，不解決上述深層次的、哲學層面上的理論問題，不解決“人工智能”、“人工情感”和“情感計算”理論所存在的一系列嚴重的危機與哲學錯誤，要想研究真正意義的情感機器人是不可能的。

各國情感機器人爭先亮相

日本已經形成舉國研究“感性工學”的高潮。1996年日本文部省就以國家重點基金的方式開始支持“情感信息的信息學、心理學研究”的重大研究課題，參加該項目的有十幾個大學和研究單位，主要目的是把情感信息的研究從心理學角度過渡到心理學、信息科學等相關學科的交叉融合。每年都有日本感性工學全國大會召開。與此同時，一向注重經濟效益的日本，在感性工學產業化方面取得了很大成功。日本各大公司競相開發、研究、生產了所謂的個人機器人(Personal Robot)產品系列。其中，以SONY公司的AIBO機器狗(已經生產6萬只，獲益近10億美元)和QRIO型以及SDR－4x型情感機器人為典型代表。日本新開發的情感機器人取名“小IF”，可從對方的聲音中發現感情的微妙變化，然后通過自己表情的變化在對話時表達喜怒哀樂，還能通過對話模仿對方的性格和癖好。

美國MIT展開了對“情感計算”的研究，IBM公司開始實施“藍眼計劃”和開發“情感鼠標”：2008年4月美國麻省理工學院的科學家們展示了他們最新開發出的情感機器人“Nexi”，該機器人不僅能理解人的語言、對不同

語言做出相應的喜怒哀樂反應，還能夠通過轉動和睜閉眼睛、皺眉、張嘴、打手勢等形式表達其豐富的情感。這款機器人完全可以根據人面部表情的變化來做出相應的反應。它的眼睛中裝備有CCD(電荷耦合器件)攝像機，這使得機器人在看到與它交流的人之后就會立即確定房間的亮度并觀察與其交流者的表情變化。

歐洲國家也在積極地對情感信息處理技術(表情識別、情感信息測量、可穿戴計算等)進行研究。歐洲許多大學成立了情感與智能關系的研究小組。其中比較著名的有：日內瓦大學克勞斯·舍爾(Klaus Soberer)領導的情緒研究實驗室，布魯塞爾自由大學的D.卡納梅洛(D.Canamero)領導的情緒機器人研究小組以及英國伯明翰大學的A.斯洛曼(A.Sloman)領導的認知與情感工程。在市場應用方面，德國Mehrdad Jaladi-Soli等人在2001年提出了基于EMBASSI系統的多模型購物助手。EMBASS I是由德國教育及研究部(BMBF)資助并由20多個大學和公司共同參與、以考慮消費者心理和環境需求為研究目標的網絡型電子商務系統。英國科學家已研發出名為“靈犀機器人”(HeartRobot)的新型機器人，這是一種彈性塑膠玩偶，其左側可以看到一個紅色的“心”，而它的心臟跳動頻率可以變化，通過程式設計的方式，讓機器人可對聲音、碰觸與附近的移動產生反應。

在國內成如火如荼之勢

我國機器人的研究始于20世紀70年代后期，863計劃就將機器人技術作為一個重要的發展主題，國家投入幾個億的資金開始了機器人研究。目前，中科院沈陽自動化所、原機械部的北京自動化所、哈爾濱工業大學、北京航空航天大學、清華大學、中科院北京自動化所、北京科技大學等單位都做了非常重要的研究工作，代表性產品有工業機器人、水下機器人、空間機器人、核工業機器人。

我國對人工情感和認知的理論和技術的研究始于20世紀90年代，大部分研究工作是針對人工情感單元理論與技術的實現。哈爾濱工業大學研究多功能感知機，主要包括表情識別、人臉識別、人臉檢測與跟蹤、手語識別、手語合成、表情合成、唇讀等內容，并與海爾公司合作研究服務機器人。清華大學進行了基于人工情感的機器人控制體系結構的研究。北京交通大學進行多功能感知機和情感計算的融合研究。中國科學院自動化研究所主要研究基于生物特征的身份驗證。中科院心理學所、生物所主要注重情緒心理學與生理學關系的研究。中國科技大學開展了基于內容的交互式感性圖像檢索的研究。中國科學院軟件所主要研究智能用戶界面。浙江大學研究虛擬人物及情緒系統構造等。

我國國內開展的研究項目主要有：“臉部運動編碼系統”可應用于人臉表情的自動識別與合成；“MPEG-4V2視覺標準”可以組合多種表情以模擬混合表情；針對人的肢體運動而設計的“運動和身體信息捕獲設備”；基于生物特征的“身份驗證系統”：“語調表情構造系統”根據語音的時間、振幅、基頻和共振峰等，尋找不同情感信號特征的構造特點和分布規律；“可穿戴式計算機”可用于增強和補償人的感知功能。

由于情感的賦予，機器人就擁有了與人完全一樣的智能效率性、行為靈活性、決策自主性和思維創造性，這樣一來，從純邏輯的角度來看，機器人與人就再沒有任何根本性差異了，機器人就可以從事人類所能從事的幾乎所有工作，包括生產勞動、企業經營、社會管理、人際交往和技術創新等，可以在更大的程度上和更深的層次上取代人，從而大大擴展它的應用范圍，圓滿完成主人交給的各種復雜的工作，其社會需求量必將大大增加，研發真正意義的情感機器人無疑會產生數以萬億計的經濟效益。(文章代碼：1608)

(作者是A3-情感、價值理論方面的專業研究人員。)

責任編輯尹瑩瑩