走向認知的機器人

阿　茂

借助于機器人，最新的研究揭示，認知實際上可能是從激發精神生活的親身經歷和行為進化而來的；新一代的機器人可能最終將提供進入人類精神發育途徑的關鍵認識

里奧納多是一部內部裝滿了硅芯片的極品機器人。他的特別之處在于，不僅有豐富的面部表情，還和人一樣有學習的能力。他有著一對長長的耳朵、一對會眨動的棕色大眼睛、毛茸茸的鼻子 ，還有會坐的身體。看上去，就像是《哈利·波特》中的魔幻生物。

不像今天的大多數自動機器人，他有著生物般的相貌，卻不像我們所看到的任何生物。由于有一副年幼可愛的面孔，人們和他交流的時候更像是在與一個小孩一塊玩。他的智力與一般6歲孩子相仿，但不像標準的機器人那樣采用預先編制的固定思考規則，他可以吸收他人的觀點，并在隨后的行為中利用這些知識。

他的創造者是麻省理工學院的個人機器人小組和鼎鼎大名的斯坦-溫斯頓工作室。這個集藝術、科學和發明于一體的社交智能機器人的名字源自文藝復興的科學家、發明家和畫家——里奧納多·達芬奇，簡稱里奧。

聰明的機器人

機器人的自由度是衡量機器人技術水平的一個重要參數，自由度越多，機器人可實現的動作越復雜，通用性也就越好。麻省理工學院的另一個機器人奈克西的面部有15個自由度，可以做出凝視、抬眉毛、眨眼睛和開口講話等動作；里奧則有69個自由度，其中32個在面部。所以，他能夠做出與人類非常相似的面部表情。雖然全身有很多關節，但是人們并沒有把他設計成會走路的機器人，事實上，他的自由度主要是被用作表情交流功能的。他能做手勢，也能以一些簡單方式操縱物體。里奧站高只有6厘米多一點，但他是斯坦維斯頓工作室自2001年秋季以來所嘗試的最復雜的機器人，也是當今世界上最富表情的機器人。

探索人機交流需要構造復雜的機器人。里奧納多內置了大約60個體積非常小的馬達。研究人員開發了一個用于這種多軸交互式機器人所需要的可以驅動很多小馬達的馬達控制系統。如今，8軸和16軸的控制盒都已研制成功。比如，4個16軸馬達控制盒就可以用來控制里奧那多，而一個8軸控制盒就可以用來控制另外一部機器人樂寇。

借助一個實時人臉識別系統、安裝在右眼上的相機和聲音識別系統，里奧能記住人們的自我介紹和對他人的引見。他還具有視覺跟蹤的能力，能監視環境中的人和解釋人的活動，會做以手勢為基礎的交流。

里奧身上裝有很多檢測物體視覺特征(如顏色、形狀和運動)和檢測人(如膚色、眼睛監測和面部特征跟蹤)的檢測器，這樣，他就具有了注意和跟蹤、估算特定目標的能力。不僅如此，他身上還安裝了大量傳感器，使用了可以偵測出溫度、親近度和壓力的合成皮膚，可說是一個具有一定觸覺的機器人。

那么，這個類人的機器人本領到底有多大呢？請看這個試驗：在里奧面前，麻省理工學院的研究人員博林將曲奇餅干藏在兩個盒子中的一個，盒蓋敞開。在博林離開房間后，另一個實驗人員走進去，用頭巾遮住臉，偷偷打開盒子，將餅干從一個盒子放到另一個盒子里，并將兩個盒子蓋都蓋好，然后再偷偷溜了出去。

博林很快返回來，叫里奧給他打開餅干盒。結果，機器人將目光從一個盒子轉向了另外一個，似乎在動腦筋，然后打開了第二個盒子。機器人正確地預測出博林想要第一個盒子中的曲奇。

機器人學會自我成長

里奧是一個社交機器人，而不是學術研究類型的機器人。里奧包含了內置的情感移情系統，這使得他可以揣測出他所遇到的人的目標和意向。

在計算機科學家辛西婭·布雷西亞的領導下，博林等研究者受到一個觀點的鼓舞——這個觀點對具身認知非常重要——模仿是移情最真實的形式。人們理解，我們可以通過模仿他人的行為來與人交流，抑或通過想象，為的是產生個人的情感和記憶以激活移情判斷。里奧的設計正反映出這一理念。這個機器人包括了一套評估和模仿可察覺面部表情的系統。在實驗室與人交流時，里奧學會了將特定的面部表情與相關的反應聯系在一起。

機器人也安裝了評估人類聲音性質的特定傳感器。這樣，聲音的反饋就使得里奧強化了他人面部表情與其個人情感之間的聯系。

另外一個內置系統指導著里奧對附近物體的注意力，并留意一些運動跡象，比如一個人的目光和肢體語言。相同的系統使得里奧還能回憶他自己最近的行為和反應，甚至是他執行那些行為的時間和目的。博林指出，在社交中里奧的傳感器、馬達和注意力系統之間相互影響，最終產生新的思維技巧。將這個過程當作計算機認知能力的成長，里奧的新成績包括為了引導一個人接近從沒見過的物體而識別出他對該物體的情感反應。在與人類伙伴合作完成一項任務時，里奧還成功地調整了他所注視的方向。

這樣的本領使得里奧能以相當微妙的方式從人類老師那里學習。博林說：“里奧也時常出錯，但是他能利用一種內置構造來組織理解周圍環境中另外一個人的觀點，并從社交中學習。”

推動對認知的理解

如今，像里奧這樣的機器人正在幫助人們解開諸如語言和記憶等生物智能和認知技能的本質。

科學家還需要在最終的社交學習者——嬰兒和幼兒中驗證發育的原則。新的研究認為，認知發育的提高，取決于孩子與他們的看管人之間的日常協作。這種經驗刺激孩子注意到事物之間的聯系，就像孩子能夠認識到，無論媽媽是否拿了一個特別的玩具，媽媽的嘴里依然能發出媽媽的聲音。

這與研究人員在里奧身上觀察的學習過程類似，正是感覺、行為和其他非認知功能的神經系統變得日益纏繞，促進了學習。史密斯說：“這就是認知的全部內容。”

里奧創造了精神研究的新進展。他表現出的是新一波的人工智能，其設計理念不再是循規蹈矩，而是具有學習功能。美國亞特蘭大埃默利大學的心理學家勞倫斯·巴薩羅說，在社交機器人這樣一個新興發展領域，像里奧這樣的機器人能試圖與人交流并從人類那里學習，新一代的機器人可能最終將提供進入人類精神發育途徑的關鍵認識。