AI技術支持下寫字機器人摹仿筆跡特點及檢驗的研究

李 皓 趙 焜 甘 露 沙萬忠

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

以往文獻中對于寫字機器人摹仿筆跡的最主要認識是具機械性明顯，認為寫字機器人僅可進行機械性操作，所書寫的筆跡缺乏筆勢［1-2］。隨著人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI）技術的發展，機器人控制、語言識別處理、圖像識別處理和專家系統功能越發強大。AI 技術不再局限于被動控制，而是更廣泛包含了心理學、生理學的主動分析能力，甚至還發展至哲學領域。寫字機器人在AI 技術加持下具有了更強大的摹仿能力，特別是AI 和寫字機器人仿生技術的發展，寫字機器人的摹仿筆跡不再局限于復制性的摹仿，已開始仿照被摹仿人的寫字風格創造筆跡［1］，使得寫字機器人摹仿筆跡的檢驗工作難度明顯增加。筆者通過在筆跡檢驗鑒定工作中的學習和總結，對AI 技術支持下寫字機器人摹仿筆跡的檢驗難點進行分析，并分享了一些經驗和觀點，以期為筆跡檢驗同仁提供參考。

一、AI 技術加持下寫字機器人書寫筆跡概述

寫字機器人是指利用計算機技術結合軟件操控機器人手臂夾持傳統書寫工具（包括軟筆、硬筆等），對字跡庫中的文字進行書寫。

（一）寫字機器人的基本原理

寫字機器人通過計算機程序控制機械結構，實現對書寫工具的運動和操作。它通常采用控制板和電機控制筆架，在平面上的X 軸和Y 軸方向上移動，從而完成字跡的書寫。通過控制筆架的運動軌跡和速度，寫字機器人可以準確地模仿人類的書寫動作。普通的寫字機器人多采用控制板進行控制，配合二軸雙向電機控制筆架，在X、Y 軸方向上平面移動完成書寫過程，目前市面上大部分的寫字機器人是此類。由于沒有力度控制元件，無法完成垂直方向上的力度調控，也就無法對筆尖抬起和下落幅度進行控制，繼而不能進行書寫力度的摹仿。對于國內大部分有關寫字機器人摹仿筆跡的研究，也都基于此類機器人的功能上。

（二）AI 技術對寫字機器人的加持

隨著AI 技術的發展，寫字機器人得到了更強大的支持。AI 技術包括機器學習、圖像識別和語音識別等方面，可以為寫字機器人提供更高級的功能。例如，AI 技術可以用于識別和分析手寫字跡的特點和風格，從而使寫字機器人能夠更準確地模仿被摹仿人的寫字風格。此外，AI 技術還可以幫助寫字機器人進行自主學習和優化，提高其摹仿能力和書寫質量。

二、AI 技術加持下寫字機器人摹仿筆跡特征的演變

（一）普通寫字機器人摹仿筆跡的特征

寫字機器人摹仿筆跡主要包括以下特征［3］：第一，由于寫字機器人為機械結構，宏觀整體上顯的布局趨于固定；第二，寫字機器人一般有固定的操作控制程序，且收錄字跡庫不多，因此單個字跡結構通常一致性很高，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，寫字機器人摹仿的字跡缺乏靈活性，全篇字跡機械性重復明顯且字跡精準；第四，由于寫字機器人尚不能做到完全仿生，大部分寫字機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接近；第五，由于寫字機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，在個別筆畫上會出現小幅度的歪曲抖動；第六，寫字機器人只能通過錄用字跡的方式摹仿，摹仿字跡的整體運筆生硬，沒有人體書寫時“輕、重、緩、急”的筆勢；第七，由于操作設置系統原因，一些寫字機器人所寫標點符號會出現靠近某一位置，缺乏標點符號書寫的多樣性；第八，目前寫字機器人尚沒有發展到摹仿書寫筆感，在執筆寫字時不能通過筆感而自由變換執筆角度，由于執筆角度固定，使筆尖不能隨著運筆方向隨時調整方向，會出現墨跡不均勻、筆畫變細，偏向一個方向的情況。

（二）新興仿生寫字機器人摹仿筆跡的特征

寫字機器人的仿生技術發展越來越成熟［4］，如六自由度機器人。此類寫字機器人具有較高的活動自由度，輸出端可以在X、Y、Z 三個軸方向上實現全方位移動，還可以通過增加元件的方式實現執筆角度隨時轉動。在寫字機器人上增加壓力傳感系統，可以豐富寫字機器人的運筆力度。新興的仿生寫字機器人在書寫速度、筆力等方面可以實現與人手相仿的功能，仿生寫字機器人的興起為人類生產生活提供了便利，但也在一定程度上給不法分子提供了操作空間，同時也給筆跡檢驗鑒定工作增加了難度。

（三）AI 技術加持下機器人摹仿筆跡的特征

AI 技術通過對被摹仿筆跡的分析，仿照被摹仿人的筆跡風格，而后再由仿生寫字機器人寫出摹仿筆跡，突破了普通寫字機器人摹仿筆跡機械、單一、高度重合特征的限制。同時AI 技術在篩選、識別、錄入筆跡字庫的過程中，也較普通的掃描、錄入字跡技術具有方便、快捷、生成多樣化的特點。AI 技術與仿生寫字機器人結合，提升了寫字機器人在摹仿起筆、運筆、頓筆等仿生能力，使寫字機器人摹仿的筆跡也具有了筆順、筆痕多樣化、生動化的能力，運用一般的鑒別寫字機器人摹仿筆跡方法很容易導致誤判。

三、AI 技術加持下寫字機器人摹仿筆跡的檢驗難點

寫字機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器人執簽字筆、圓珠筆、鉛筆、鋼筆等書寫工具寫出的字跡。對于普通寫字機器人而言，可以通過整體概貌、運筆細節、斷筆現象、筆順規律、筆痕深度等方面與人工書寫筆跡進行鑒別［5］。AI 技術支持下的仿生寫字機器人筆跡可以減輕或避免前述普通寫字機器人的鑒別特征。

高精密度的仿生寫字機器人，其定位精度可達±0.03mm［5］，與普通寫字機器人相比具有較高的精密度，極大降低了寫字機器人寫字時運筆抖動現象。AI 技術可以模擬被摹仿人的寫字風格，通過還原筆順、摹仿書寫速度等，彌補普通寫字機器人因為書寫速度、筆順與被摹仿人不同而產生的差異。AI 技術加持下，通過筆痕的分析，還可以測量被摹仿人的運筆力度，呈現運筆力度的多樣性。

電子簽名筆跡雖然有筆跡的外在形貌，實際上是一種電子化的數據。電子簽名筆跡原本就不一定能夠全面真實反映書寫人的書寫習慣［5］，加之其錄入電子簽名筆跡數據時也是以規律化形式所進行。如，在筆畫中表現為書寫速度越快，生成的筆畫就越細；書寫速度越慢，生成的筆畫就越粗。在運筆力度上，具備壓力感應功能的電子設備也可以表現為壓力越大，生成的筆畫越粗；壓力越小，生成的筆畫越細。AI 技術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。

無論是手工書寫筆跡還是電子書寫筆跡，同一個人的兩次書寫不可能形成完全相同的筆跡，即便經常書寫的簽字筆跡，也不可能出現相關的壓力數值。AI 技術通過對字跡庫的分析，與仿生寫字機器人相組合，理論上可以生成與被摹仿人風格一致的筆跡，這對于手工書寫筆跡和電子簽名等筆跡檢驗工作都是巨大挑戰。

（二）軟筆書寫筆跡

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

普通寫字機器人執軟筆書寫筆跡有以下特征［6］：第一，起筆時筆畫前端可呈膨大狀；第二，收筆時無筆鋒，沒有明顯的筆力逐漸變化征象；第三，行筆時筆畫一側可出現鋸齒狀；第四，在筆畫轉折、收筆時可產生軟筆毛刺痕跡；第五，單個字筆跡高度重合；第六，轉折筆畫運筆不當。

AI 技術支持下寫字機器人摹仿的軟筆書寫，可以減少或避免寫字機器人機械摹仿、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鑒別更加困難。

四、AI 技術加持下寫字機器人摹仿筆跡的檢驗要點

無論何種摹仿筆跡，其本質都是通過偽造手段達到不法目的。因此，所有參與摹仿筆跡的人都會受到生理心理上、環境上和社會上的制約［7］。AI 技術和仿生寫字機械人也不可能完全摹仿人體的書寫習慣，更不可能做到完全摹仿人工書寫時的神情、姿勢。

（一）運用生理和心理學

人工書寫反應的是大腦與上肢、腕、手、指的神經沖動和運動過程。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、情緒、疾病等都可以導致同一人在不同狀態下出現不同的筆跡特征。無論AI 技術如何發展，不可能完全實現對生命個體的生理、心理等摹仿，也不可能完全重建書寫人當時的心理狀態。同一人在不同生理和心理狀態下，其書寫速度、筆力等不可能一樣，即便AI 技術可以分析出被摹仿的人書寫風格，也不可能完整分析摹仿出被摹仿人當時的生理和心理狀態。因此，在筆跡檢驗時，需結合案情中所體現的書寫人當時的生理、心理、精神狀態、情緒等書寫狀態，綜合分析判斷筆跡。

（二）結合案情

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

（三）加大樣本量

人工筆跡并不是一成不變的，隨著年齡、閱歷、社會環境等變化，人工筆跡也會隨之發生變化，且筆跡變化不可能被預知。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不可能做到全面收集。因此，進行此類檢驗鑒定時，可以要求委托方提供較多的樣本，進行綜合分析判斷。

五、結語

科學技術的發展給我們的生產生活帶來了很多便利，但也給不法分子進行違法活動提供了新途徑。目前AI 技術仍然呈迅猛發展的勢態，分析摹仿人工寫字風格的技術將越來越成熟；仿生寫字機械人技術也在不斷提升，精準坐標和靈活移動的功能越來越普及。文件檢驗鑒定工作中，將面臨AI 技術與仿生寫字機器人組合下的各種摹仿筆跡案件。因此，在文件檢驗領域的專家學者們進一步研究相關檢驗技術方法的同時，希望有關部門能夠制定相關法律法規，規范AI 技術和寫字機器人的應用。