誰打開了機器人時代的大門

楊滌非

目前計算機科學與人工智能實驗室所在的大樓

進入21世紀以來，人工智能一直是科學前沿的研究熱點。前不久，以“通向機器人時代的大門”為主題的國際機器人學術大會在德國召開，機器人技術與人工智能的發展又一次成為大家關注的焦點。人工智能的快速發展，其根本動力來自世界各地無數研究機構，其中最引人注目的實驗室來自美國，它就是麻省理工學院的計算機科學與人工智能實驗室。

麻省理工學院曾被評為全美最難進的大學，作為全美頂尖的名校，它也是全球理工科精英的薈萃之地。該校的計算機科學與人工智能實驗室，是當今世界計算機科學與人工智能研究領域中最為龐大的研究團隊，匯集了超過800名優秀的科研人才，其中包括約20名美國國家科學院院士、百余名教授。該實驗室也是計算機和人工智能科學的發源地，可以說，正是它推開了機器人時代的大門。目前，這個實驗室的研究方向已經極為廣泛，涵蓋了計算機科學與電氣工程、數學、腦科學與認知科學、航空航天、海洋工程、生物工程、健康科學等多種交叉學科。

從微分分析器到人工智能

人工智能是計算機科學的分支，麻省理工學院的計算科學研究始于20世紀30年代。1930年，曾領導過“曼哈頓工程”的著名科學家萬尼瓦爾·布什，開始了微分分析器研究。當時，布什在麻省理工學院擔任電子工程學教授，他和一個研究小組共同設計出能夠求解微分方程的“微分分析機”，造出世界上首臺模擬電子計算機。這種分析器是早期的機械模擬計算機，可用于求解常微分方程的數值解。這一開創性工作為數字計算機的誕生掃清了道路。在此期間，美國數學家、信息論的創始人克勞德·香農開始了電子布爾代數研究。這都為后來計算機科學的發展奠定了基礎。

計算機科學在后來的30余年里迅速發展，1946年發明的電子計算機，大大促進了科學技術的進步，計算機科學引領科學前沿的時代漸漸拉開帷幕。1963年7月1日，這一天格外值得銘記，因為 MAC項目（即數學與計算項目）在美國“高等研究計劃局”的資助下正式啟動。為什么MAC項目如此重要？這是因為，MAC項目完成了計算機操作系統、人工智能研究以及計算理論方面的開創性工作。這個里程碑項目的負責人也與麻省理工學院淵源頗深，他就是原麻省理工學院電子研究實驗室的羅伯特·馬里奧·法諾。

其實，麻省理工學院的人工智能研究活動最初始于1959年，由一小群對此頗有興趣的學校教員、系統工程師和學生以小組的形式發起并組織的。到了1963年，這個研究小組加入了MAC項目。在MAC項目最初開始進行的一段時間里，人工智能研究小組負責了項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目經費的支持。不過，由于所擔負的科研任務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項目的其他研究成員從未完全融為一體過。直到1970年，他們之間的關系還是僅僅止于為數不多的合作。同年，麻省理工學院的人工智能實驗室成立了，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驗室，其余大部分的MAC項目組成員則組建了計算機科學實驗室。有許多才華橫溢的科研人員相繼加盟人工智能實驗室，其中包括天才程序員理查德·馬修·斯托曼。

“強強聯合”推動互聯網時代

理查德·馬修·斯托曼

2003年7月1日，也就是MAC項目40周年紀念日的時候，兩個曾經因無法合作“從合到分”的實驗室——計算機科學實驗室與人工智能實驗室，終于還是“分久必合”，麻省理工學院計算機科學和人工智能實驗室正式成立。這次合并也創造出了當時全球規模最大的校園實驗室。

進入20世紀90年代之后，互聯網技術成為新一輪研究熱點。計算機科學實驗室與人工智能實驗室自然也是引領潮流的主力，它們還是萬維網聯盟的發源地，是其四大全球總部之一。萬維網聯盟又稱W3C理事會，1994年10月在麻省理工學院計算機科學實驗室成立，其建立者是萬維網的發明者英國科學家蒂姆·伯納斯·李。萬維網聯盟是互聯網技術領域最具權威和影響力的國際中立性技術標準機構。到目前為止，萬維網聯盟已經發布了200多項影響深遠的Web技術標準及實施指南，有效促進了Web技術的互相兼容，對互聯網技術的發展和應用起到了最為基礎性和根本性的支撐作用。目前，萬維網聯盟由設立在美國麻省理工學院、歐洲數學與信息學研究聯盟、日本慶應大學和中國北京航空航天大學的4個全球總部的全球團隊聯合運營。除4個總部外，萬維網聯盟還在全球20個國家和地區設立了辦事處機構，并擁有來自各國政府、行業、標準化組織、科研機構等近400家會員單位。

目前，在計算機科學與人工智能實驗室中，科研活動是由若干研究團隊來完成的，這些研究團隊分別由一位或多位教授或科學家領銜主持，就計算機科學與人工智能領域的不同方向展開自主研究。研究團隊具體分為人工智能組、計算生物學組、圖形與視覺組、語言與學習組、計算理論組，機器人技術組和系統組（包括計算機體系結構、數據庫、分布式系統、網絡與網絡系統、程序設計方法學和軟件工程等方向）等。

引領科技前沿的新研究

計算機科學與人工智能實驗室的各個科研小組一直在進行著各種前沿的科研活動，如語音識別、3D打印控制和無人機自主飛行技術等。最近，實驗室的自主車輛駕駛技術和“軟機器人”的研發也都取得了不錯的進展。

自主車輛駕駛技術

最近，實驗室正在與日本豐田公司合作研制自主車輛駕駛技術。根據世界衛生組織的統計與估算，每天世界上有大約3400人死于與交通有關的各種事故，因此實驗室的一個科研團隊正在致力于研制一種自主車輛駕駛技術。這種技術主要包括先進的決策算法和根據車輛周邊環境進行精確感知和導航的系統。這種新技術使得車輛不需要人為干預就能自動規避險情，同時也減少了因為錯誤的人為判斷而導致的風險。此外，新系統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速的高低等等。實際上，與我們現在使用的普通汽車相比，加裝了這套自主車輛駕駛系統的汽車已經成為了一種新型的駕駛機器人。新技術的應用能使得交通事故的發生率大大降低。

溫柔的“軟機器人”

在傳統的機器人技術中，機械手一類的裝置是無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，實驗室的科研團隊帶來了一種可以精確地握持柔軟物體的機械手。

加裝了自主車輛駕駛系統的汽車

這種機械手是由硅膠用3D打印的方式生產出來的，在它的3個手指上還安裝有特殊的傳感器，用于探測并估計被操作物體的精確尺寸與形狀。科學家們稱這種機械手為“軟機器人”，以與之前的“硬機器人”相對應。由于之前的“硬機器人”所采用的一般都是剛性的機械手，很難根據被操作對象的材質、尺寸和形狀做出相應的調整，因此也就不能實現對各種物體的“動態抓取”。新的機械手在工作過程中可以對傳感器傳回的數據（如機械手指的彎曲程度等）進行分析計算，進而對被操作物體的各種性狀做出準確判斷并完成規定的動作。科研團隊為此做了一個有趣的比喻：就好像盲人要彎腰撿起一個物體，雖然無法看見它，但是能通過各種感覺器官感覺到物體的存在并判斷這個物體具體到底是一個什么東西，然后用合適的力量與速度將它撿起來。也就是說新的機械手雖然看不到操作對象，但是通過各種傳感器（類似人的感覺器官）和運算系統（類似人的大腦）能夠達到像真正“看見”真實的物體一樣的效果。

根據計算機科學與人工智能實驗室前主任舒維都教授的預測，運算能力將會在未來代替機器外形，成為人工智能研究的重點。今后，越來越多的研究將圍繞著“運算”，而不是“計算機”。因為人類所在乎的是運算能力，更關注這些運算能力能幫助人類做些什么。

我們現在對計算機的定義也許過于簡化了。在未來，個人可能擁有的是大到幾百萬臺電腦所集合起來的運算能力，但是你根本不會在乎它在哪里，是什么樣的外形。運算能力會像現在的電力，應該是無所不在的，能極其方便地為人類服務，人們甚至不會注意周圍的哪些物品是計算機了。相信麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室將會始終在這一科學的前沿領域擁有不可替代的位置。

【責任編輯】張小萌