機(jī)器人面臨的十大緊迫挑戰(zhàn)（上）

林明春

不知道大家是否知道電影《超能查派》？在影片中，一個(gè)有缺陷的機(jī)器人“查派”在被植入新的智能系統(tǒng)后，在人類的引導(dǎo)下成為一個(gè)具有自主思考能力、行動(dòng)靈活的機(jī)器人，并開始了非同一般的人生旅程。它能不斷學(xué)習(xí)新的技能，跳舞使槍、飛檐走壁，可謂是樣樣精通。這樣的機(jī)器人是不是很令人激動(dòng)？

現(xiàn)在的機(jī)器人已經(jīng)能進(jìn)行各種各樣的工作了，也具有了一定程度的人工智能，但是，像“查派”一般的機(jī)器人似乎還遙遙無期，那么，哪些問題是機(jī)器人面臨的最為緊迫的挑戰(zhàn)呢？

一、開辟道路

在我們的生活中，從A地點(diǎn)移動(dòng)到B地點(diǎn)也許是我們每天都在做的事情，而且是一件極其容易的事情，我們有不同的路徑可以到達(dá)不同的地點(diǎn)，可以根據(jù)道路的狀況甚至是隨個(gè)人的心情來選擇到達(dá)地點(diǎn)的路徑。而對一個(gè)機(jī)器人來說，主要是通過導(dǎo)航以及預(yù)先的設(shè)置來進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的定位。但是，當(dāng)預(yù)設(shè)的環(huán)境被改變后，可能就變得有些棘手了，機(jī)器人必須要能夠了解、適應(yīng)新的環(huán)境，理解分析正在進(jìn)入腦中的數(shù)據(jù)，重新進(jìn)行自主的判斷與選擇。

目前，機(jī)器人專家的解決方法是給機(jī)器人裝備各種“技能”，通過給機(jī)器人裝備大量的傳感器、掃描儀、攝像機(jī)和其他高科技工具等多管齊下的方式來評(píng)估周圍的環(huán)境。在水下的機(jī)器人還要披上“聲吶技術(shù)”的魔法斗篷以應(yīng)對水對光線的干擾。這些視覺裝備組成了一組完整的立體視覺系統(tǒng)，從而幫助機(jī)器人擁有廣闊的視野，便于收集詳細(xì)的環(huán)境數(shù)據(jù)。

機(jī)器人收集相關(guān)環(huán)境的數(shù)據(jù)只是成功的一半，更大的挑戰(zhàn)是機(jī)器人如何利用那些數(shù)據(jù)來進(jìn)行決策。現(xiàn)在，研究人員主要是通過使用預(yù)先設(shè)定的地圖或者在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中即時(shí)構(gòu)建一個(gè)映射地圖來為他們的機(jī)器人導(dǎo)航。而必須要將預(yù)設(shè)地圖與即時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)合起來，才能使機(jī)器人根據(jù)環(huán)境自己開辟路徑。研究人員正在通過更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)和先進(jìn)的概率算法來解決這個(gè)難題。

二、展示靈巧性

現(xiàn)實(shí)中，我們已經(jīng)能看到機(jī)器人輔助各行各業(yè)的工作，比如服務(wù)機(jī)器人可以收發(fā)包裹，可以打掃衛(wèi)生，甚至今年日本還有一家全機(jī)器人服務(wù)的酒店開業(yè)了；而在工業(yè)上，還有機(jī)器人在流水線或工程中進(jìn)行特定的工作等。這些機(jī)器人都能展現(xiàn)出一定的技能，但是它們通常進(jìn)行的是一種定制化的工作，并不能表現(xiàn)出靈巧性，不能自由順暢地行走、跳躍等。

能模仿人從一堆凌亂的東西中從容地選擇需要的東西，還能有意識(shí)地對周邊環(huán)境做出反應(yīng)等靈巧性的技能，對機(jī)器人來說是十分困難的。過去幾年，研究人員在機(jī)器人的兼容設(shè)計(jì)和方面已經(jīng)有了顯著的進(jìn)步。兼容性越好，一個(gè)機(jī)器人的靈活性也就越高，能夠模仿人類的動(dòng)作，還能夠進(jìn)行一定程度的數(shù)據(jù)決策；刻板的機(jī)器則相反，缺乏靈活性。

2013年，佐治亞理工學(xué)院的研究人員制造了一個(gè)關(guān)節(jié)彈簧的機(jī)械臂，這個(gè)機(jī)械臂不僅能夠自由彎曲擺動(dòng)，并且還能與環(huán)境有良好的互動(dòng)，就像是人的手一樣有很好的靈活性。研究人員還為其植上一層“皮膚”，這些皮膚遍布著紅外傳感器，并配備上具有凸出成脊?fàn)罹€的電子指紋，使機(jī)械臂不僅能探測到周圍的東西，還能便于機(jī)械臂抓取物體。

這個(gè)高科技手臂再配上更發(fā)達(dá)的視覺系統(tǒng)，一個(gè)行動(dòng)敏捷的機(jī)器人就誕生了，這個(gè)機(jī)器人可以溫柔的愛撫動(dòng)物，也可以在眾多的東西中選擇需要的東西，但是，這對“查派”來說仍然是不值一提。

三、與人類自由交談

作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的奠基者之一，圖靈曾在1950年做出了一個(gè)大膽的預(yù)言：總有一天，機(jī)器人可以流利地與人談話，甚至我們都沒意識(shí)到是在和機(jī)器人聊天。可惜的是，圖靈沒能看到他的期望變成現(xiàn)實(shí)，這是因?yàn)檎Z音識(shí)別與自然語言的處理不一樣，它比自然語言處理更加復(fù)雜。在自然語言處理中，我們的大腦會(huì)從談話間的語句中抽取出談話所表達(dá)的含義。

最初，科學(xué)家認(rèn)為這就像是將簡單的語法規(guī)則嵌入到機(jī)器的記憶內(nèi)存中一樣簡單。但是對任何一門特定語言的復(fù)雜語法進(jìn)行簡單復(fù)制被證明是不可能的，所以就目前的情況來看，讓機(jī)器人能像人類一樣自由的交流是難以實(shí)現(xiàn)的。即使為機(jī)器人提供了詞語的含義與規(guī)則，語言學(xué)習(xí)對它們來說仍然是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。因?yàn)槿祟惖拇竽X思維是難以搬進(jìn)機(jī)器人大腦的，有一個(gè)具體的例子能表示這種情況：對不同的單詞，例如“new（新的）”和“knew（知道）”，或者是“bank（銀行）”和“bank（堤岸）”，人類可以理解這些詞匯的差異性，但是科學(xué)家卻沒能將這些功能分解成離散的、可識(shí)別的規(guī)則，因此，在對機(jī)器人的語法嵌入上難以做到與人類語言功能類似的效果。

現(xiàn)在許多機(jī)器人的語言處理是在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，科學(xué)家給它們植入大量的文本集合，被稱為語料庫，然后讓它們的“大腦”將長文本分解成若干的小塊，并進(jìn)行文本分類，找出哪些詞語會(huì)經(jīng)常組合在一起，這些詞語的組合順序是怎樣的。這就需要機(jī)器人在統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)一門語言了。例如，對一個(gè)機(jī)器人來說，詞匯“蝙蝠”會(huì)有詞匯“飛”或者是“翅膀”搭配，“蝙蝠”就指的是會(huì)飛的哺乳動(dòng)物，而“球棒”后面跟著的詞匯“球”或者“手套”指的是團(tuán)隊(duì)運(yùn)動(dòng)。但是，僅僅這樣就能使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)與人自由的交談嗎？

四、獲得新技能

如果一個(gè)從來沒有打過高爾夫球的人想學(xué)習(xí)如何揮桿，他可能會(huì)去閱讀有關(guān)的書并嘗試揮桿，或者他可能會(huì)看一個(gè)老練的高爾夫球手的揮桿動(dòng)作來學(xué)習(xí)。如果學(xué)習(xí)新的行為，這是一種更快更容易的方法。

在《超能查派》中，我們可以看到“查派”能不斷學(xué)習(xí)新技能并能完美應(yīng)用這些技能。他不僅能唱歌跳舞，能舞刀弄?jiǎng)Γ€能展現(xiàn)高超的駕駛技術(shù)。但是，機(jī)器人專家卻面臨著這樣的困境，當(dāng)他們試圖制造一個(gè)能夠自主學(xué)習(xí)新技能的機(jī)器人，就需要將一個(gè)活動(dòng)分解成不同的精確的步驟，然后將相關(guān)信息通過編程植入機(jī)器人大腦。這種做法是假設(shè)了活動(dòng)的每個(gè)方面都能被識(shí)別、描述和編碼，然而事實(shí)證明，這并不是那么容易的。例如，高爾夫球的揮桿有一些特定的方面可能難以被描述，比如手腕和肘部相互間的力量作用就難以用語言形象地描述。這些微妙的細(xì)節(jié)更容易通過演示來交流而不是通過講述的方式。

最近這些年，研究人員已經(jīng)有一些教導(dǎo)機(jī)器人模擬人類操作的成功經(jīng)驗(yàn)，他們稱這些為模擬學(xué)習(xí)或是示范學(xué)習(xí)。機(jī)器人通過裝在身上的廣角變焦鏡頭來看到人類演示的特定過程或是活動(dòng)全程。然后由算法處理這些數(shù)據(jù)來產(chǎn)生一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)，將視覺映射到實(shí)際行動(dòng)中。當(dāng)然，機(jī)器人在示范學(xué)習(xí)中必須能夠忽視人類行為的某些方面---例如撓癢、眨眼等個(gè)人問題，這是機(jī)器人與人類處理方式的不同所在。

五、學(xué)習(xí)欺騙

對機(jī)器人來說，學(xué)習(xí)如何欺騙一個(gè)人或者是欺騙別的機(jī)器人是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。欺騙是需要想象的——這是將外部不存在的對象形成具體的想法或是圖像的能力，而這種能力正是機(jī)器人缺乏的。機(jī)器人比較擅長處理從傳感器、相機(jī)或是掃描儀中輸入的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)根據(jù)人類的設(shè)置轉(zhuǎn)換成特定的思維或者圖像，但是并不擅長理解傳感器數(shù)據(jù)之外的東西。

“查派”在成長歷程中，經(jīng)歷了人類的謊言與欺騙，從茫然不知，成長到了形同熟諳人情世故的“人”。雖然現(xiàn)在的機(jī)器人還難以做到如此驚人的效果，但是，佐治亞理工學(xué)院的研究人員在實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了能夠?qū)⑺墒蟮囊恍┢垓_技能傳授給機(jī)器人。首先，他們研究了絨毛嚙齒類動(dòng)物是如何通過引導(dǎo)競爭者去不同的地方來保護(hù)它們埋藏的食品場所；然后，研究人員將那些行為編碼成簡單的規(guī)則并加載到機(jī)器人的大腦中，機(jī)器人就能夠使用算法來判定在什么樣的情況下欺騙起作用，并且能夠提供一個(gè)虛假的交流來誤導(dǎo)機(jī)器人伙伴離開它們的藏身之處。假以時(shí)日，在人工智能的不斷發(fā)展下，這種技能也許會(huì)日趨成熟。想象一下，我們將如何應(yīng)對一個(gè)會(huì)撒謊的機(jī)器人？（未完待續(xù)）