引領機器人產業革命新時代

黃健

近年來，在計算機技術、MEMS技術等的推動下，機器人開始由傳統工業制造領域迅速擴展到醫療生物、礦產勘探、教育娛樂、救援救助等多個領域。“冷冰冰”的工業機器人，開始有了性質上的轉變，智能服務機器人漸漸“抬頭”。在2015年剛剛召開的世界機器人大會上，眾多智能情感機器人的亮相無一不彰顯著機器人的未來走向。

“問世間情為何物？直教人生死相許……”《一席》節目講壇上，一位身穿白襯衫、西服褲的學者略顯神秘地吟誦著。“情感計算與智能機器人”的演講序幕緩緩拉開。

光影中的主講人就是十多年來“癡迷”于機器人研發的任福繼教授，2009年他就作為唯一的華人學者被遴選為日本工程會首屆院士。

“直教人生死相許的，不僅僅是人，還有我們的機器人。我就是要讓機器也具有情感……”任福繼邊說邊點擊了下播放器，講壇的大屏幕上出現了一個與之相貌相似的機器人向著觀眾招手，“女士們先生們，下午好！歡迎大家來到一席堂”。

其實，早在2000年，任福繼就敏銳地意識到隨著工業機器人在醫療、生物制造等多領域的廣泛應用，未來工業機器人勢必會由工業制造向智能服務邁進。而服務機器人也并非只是機械地幫助人們洗衣、擦地，而是能與人類進行“情感”交流，甚至是無障礙“對話”。

認知情感 開啟情感機器人的探索之路

上世紀80年代，日本工業機器人的應用在世界上占比高達三分之二，直接把日本國民生產總值拉到世界第二。進入90年代后，日本企業巨頭、政府高層及科研工作者開始更深層次的設想，那就是“將機器人導入到家庭”。但接下來的大量實驗研究表明，現代智能機器人基本能按人的指令完成比較復雜的工作，如深海探測、作戰、偵查、搜集情報、搶險、服務等工作，模擬完成人類不能或不愿完成的任務，或者采用接近于人體皮膚的工業制品，打造外表與人無異的機器人……可是機器人始終并不能夠成為家庭中的一份子。

也是在這一時期，在日本人工智能領域從事研究工作的任福繼，在國際上首次提出自然語言處理、自然語言理解的“超函數”理論，并將該理論成功應用到“多語翻譯”領域，榮獲日本自然科學源內獎。他把智能科學進行細分，提出“多語言、多功能、多媒體智能化”概念，創建了一個嶄新的學科領域。同時，他也在密切關注著機器人技術的發展動向。

在智能科學領域上的卓越成就，讓任福繼成為日本各大學會交流會議廣泛邀請的對象。一次偶然機會，他接觸到了情感計算的概念。這讓本身就擁有人工智能領域豐富研究經驗的他，接受得非常快，“情感原來可以用來計算，通過計算居然可以模擬出情感”。

這時的任福繼迅速意識到“若讓機器人走進家庭，就必須讓它與人在精神層面上交互”。他認為，從人的進化層面來講，直立行走、使用語言、具備情感及思考力，是區別于其它動物的主要特征。而目前所生產應用的工業機器人沒有情感，只是一架架冷冰冰的機器，只有人形軀殼，無法與人產生“情感共鳴”。機器人如果要進入人的生活，那么就要具備人的特征，只有這樣才能達到“人機共生”。

解決了機器人為什么有情感這個問題之后，接下來就要考慮讓冰冷的機器人擁有人的“七情六欲”。那如何把這些“情感”添加到機器人身上呢？任福繼反復思索。

量化計算 建立情感數據庫

“從人機交互的歷史演進來看，經歷了手工作業階段、作業控制語言及交互命令語言階段、圖形用戶界面階段、多模態人機交互階段到高級人機交互多個階段”，任福繼在“第七屆全國認知科學會議暨第一屆中國與世界認知科學國際會議”主題報告中著重強調了高級人機交互的概念，“到這一階段后，機器才能夠達到或無限接近人與人的交互”。

“具有情感的高級人機交互是實現人機和諧、友好共存的有效途徑。”但機器是無生命的，人是有生命的，兩者之間的區別就在于有無情感。而人的情感多種多樣，又是虛空無形，因此在情感的主動采集、高效融合、選擇感知和意圖理解等環節上的調控是否精確，是提升人機交互效果的關鍵。

那么，要抓住人類特有的情感要素，首先就是感知多種情感、進行量化分析！任福繼想到了情感計算！目前，為讓機器人感知人類情感并產生與人類相似的情感，比較流行的研究手段是腦認知，即對人類大腦進行科學計算。

任福繼卻認為，與其直接剖析復雜腦結構，認知腦功能，不如反向而行，通過外界信息（如語言、語音、面部表情、手勢姿態等）的逆向推演，利用情感計算的手段，模擬與情感之間的關系，間接地認識腦功能，認知情感機制。

“高級人機交互要想突破現有技術瓶頸，關鍵取決于對智能機器人賦予的情感計算與交互能力。而以智能機器為載體、以多元感知為手段、以情感計算為突破是實現高級人機交互的有效途徑。”于是，他帶領團隊設置了“機器人個性化人格庫”，在此基礎上創建了“人類情感認知與機器情感創生”的工學模型，把人的情感認知與機器的情感創生出來了。

另外，考慮到在外界影響下人的情感類型會不同，他帶領團隊又提出了令世界矚目的“心狀態轉移網絡”理論。任福繼介紹說，“首先將人的內心情感分為n個狀態，假設它對應于信息處理過程中的n個離散狀態，我們稱為心狀態。當各狀態在受到外界刺激時，依據這之前的狀態將向另外的狀態轉移，這就是這個時間點后的情感狀態。根據大數據，可以分析得到這個心狀態轉移網絡。”

任福繼團隊把提出的“人類情感認知與機器情感創生”與“心狀態轉移網絡”的研究成果形成論文，榮獲IEEE、ICAI國際會議杰出論文獎，技術水平已領先世界。

可是，新問題又來了。心狀態轉移網絡這“情感”大數據的創建與應用，怎么在機器人身上實現呢？于是，任福繼帶領團隊開始籌劃起了“豐心工程”項目。

豐心工程 為情感機器人安上“心腦”

情感機器人的用途只是交流情感、陪護人嗎？誠然不是。它還能夠識別人的情緒、判斷人的心理，像“人”一樣預測人的未來行為。

人往往會把一些情感有意識或無意識地潛藏起來，并不外露。會排斥親人、朋友，但可能會被記述在紙、博客、微博、空間等各個“相對封閉”的角落，渴望與陌生人進行些許交流。而這些不廣為人知的記述往往能夠反映出一個人內心最為真實的想法。若機器人能認知這些情感，了解人的內心世界，并與人進行情感交流，那世間會不會少些抑郁癥患者、少些自殺悲劇呢？

這就是“豐心工程”項目的前期設想。2007年，任福繼帶領團隊正式創立“豐心工程”，開始了情感語料庫的構建工作。

“把情感語料庫輸入到機器人身上，讓機器擁有“大腦”功能，能夠根據人的語言表達來認知人的情感并自身生成適當的情感語句，與人進行相互交流”，即“用工程的方法去感知人的情感及心理狀態，由此豐富人們的內心”。

“豐心工程”的創建，讓機器人擁有情感的研究進程又向前邁進了一大步。

任福繼舉了個例子。2008年汶川大地震后，國內某縣委宣傳部副部長承受著幼子遇難的巨大悲痛，全身心完成抗震救災工作后自縊身亡。在他生前的博客中，有寫道：“……兒子，你走了，帶走了我們所有的希望……”“……假如，某一天，我死了，爸爸，請您不要哭泣，我真的活得太難了，人生為什么總是充滿苦難，充滿艱辛，充滿離愁……”

假設當時有情感機器人，通過這些文本識別出情感，就可以發現他“選擇自殺”的危險信號，就能夠找出一條更完美的解決途徑，避免悲劇發生。“利用我們研制出來的情感機器人，可以明顯計算出他的自殺曲線已瀕臨危險邊界”，任福繼認為文本情感的計算，是情感機器人的必備功能。

除此之外，通過大量考察，任福繼還從語音、表情、姿態等情感狀態上建立語料庫，試圖從客觀上盡量還原出人的心理狀況。此項科研成果得到了業界廣泛認可，由他主持的“基于先進智能的心理健康的感知與計算”也被列為國家自然科學基金重點項目。其成果獲吳文俊人工智能科學技術獎創新獎一等獎。

立足現實 跑贏情感機器人市場

雖然中國在情感機器人技術方面，取得了一定程度的發展。但仍需認清現有格局，把握未來方向。

近年來，機器人的使命已開始逐漸“跳出”傳統工業制造范疇，“觸角”開始迅速延伸到其他領域。擁有不同功能的專用服務機器人被深入研發。“要在精確的情感體系調控下，量化生產專用服務機器人”成為大勢所趨。

由軟銀開發的情感機器人“佩貝”的出現，可以看作是第一款商業化情感機器人。隨后，2015年“雙11”活動期間，由國內知名機器人制造商——科沃斯公司發布的各種家庭服務情感機器人，比如“窗寶”“地寶”等，掀起“狂卷風”般的購買浪潮；在2015年世界機器人大會上，又涌現出多款“寶貝”，尤其是美女情感機器人“Geminoid F”的出現，吸引了眾人眼光。在老人護理、患者看護、兒童陪伴、學習教育、智慧家庭、和諧社區、服務中心、咨詢機構、醫療健康、通信交流、游戲娛樂等諸多方面，一些情感機器人都得到應用。比如合肥工業大學與中航工業洪都共同研制開發的“情感輪椅”，由里奧推出的“兒童陪護機器人”等都被應用到實際生活中。

任福繼認為，在不久的將來，情感豐富的專業服務機器人會越來越受人們的青睞。據統計，目前至少有48個國家在發展機器人，至少25個國家涉及服務機器人的研制開發。

2015年5月，日本“機器人革命行動委員會”正式創立，立志要建立世界機器人創新基地，把活用在中小企業、農業、護理及醫療、環境等方面的機器人數量做到世界第一，引領世界機器人的物聯網時代。歐美各國一方面繼續擴大工業機器人的后續研發，一方面加大服務機器人的研發投入，意欲在機器人革命時代占領一席之地。韓國也不甘落后，在服務機器人上也狠下功夫。

任福繼介紹說，第一次第二次的工業革命，讓世界格局重新洗牌。現在世界又迎來了第三次機器人革命，對各國而言都是機會。強者更強，弱者變強。因此，未來機器人市場資源的占有與否、占有多少，都源自于機器人所具備的“智商”與“情商”。目前的機器人市場早已如火如荼。考察目前機器人產業的發展態勢，他表示，“傳統工業機器人的技術多以歐美、日本為首，近四成的機器人數量在日本。中國在工業機器人的核心研制技術上面很薄弱，但當機器人的工作場所由工業領域擴大到專業服務領域時，世界各國的研制技術都很薄弱，沒有哪個國家、哪個企業擁有絕對優勢”。因此，大家水平差不多，處于同一起跑線，那就看誰“跑的快”，誰就能搶占市場先機。

任福繼指出，我們應從計算機科學、人工智能、機械工程、機器人學、心理學、語言學、社會學、病理及美學等多學科領域去研制具有智能情感的服務機器人。就目前而言，各國在服務機器人的“腦智”與“心智”研發上，都處在起步階段。因此，中國要想趕超，就要在機器人的“腦智”與“心智”上下功夫，多取得一些原創成果，掌握先端技術，才會擁有更多話語權。

在任福繼看來，利用情感計算來認知人類情感及生成機器情感，是他們當前亟待解決的難題，也是能否搶占機器人產業市場的關鍵。他說，科學研究的過程中總會存在不確定性因素，結果與初衷相悖離的情況經常出現。“比如我們原本想通過情感計算研制出情感機器人，可我的一個博士早在8年前就通過情感技術開發了“心靈掃描”技術，應用到了游戲中”。在服務機器人“腦智”和“心智”的建設上，科研必須要把握全過程，才能達成量化生產、服務于民的科研目的。

不忘初心 為中國科教事業獻計獻策

從1986年任福繼考入中科院計算所博士研究生后赴日留學，憑借多項領先于世界水平的科研成果與累積的國際聲望，2009年他作為唯一的華人學者被遴選為日本工程會首屆院士；與諾貝爾獲獎者高錕、美國商務部長駱家輝等被全球150家媒體評選為“2009年全球華人十大新聞人物”前三名……

任福繼在語言工程、智能信息工程、情感計算及機器人研發方面躬耕十多年，享譽世界的同時，他也把自己長期積累的豐富學識與經驗回饋給了自己的祖國和社會。作為全國人大、全國政協兩會的海外列席代表，他對中國教育事業提出“千人計劃聯誼會”等多項建設性意見，并曾受到多名國家領導人接見。他還擔任了多所高校的研究顧問、兼職教授，為加強中國與國際的交流，為促進科教事業發展出謀劃策，為眾多的科研同行指點迷津。

2010年，合肥工業大學正式成立先進智能機器研究院，隨后建立了計算機與信息學院情感計算所。在日本國立德島大學任職的任福繼應邀擔任院長。他以具有情感的先進智能機器人為核心應用點，主持參與多項國家自然科學基金項目、安徽省自然科學基金項目、國家“863”項目、企業委托項目及中日聯合項目等，在開展大量前沿性研究的同時，為情感計算及情感機器人的研究領域培養了一批優秀的科研人才……

目前，任福繼已經申請了“云機器人”與“機器人學校”專利。“未來，機器人們會像人類一樣，具有學校”。在先進智能機器研究院研發中的高仿真人形機器人及中國美女機器人，在情感表達方面達到世界領先水平。任福繼團隊正在給這些未來人類的伙伴創造“心”和“腦”，也使它們能像人類一樣不斷進化，增強“智商”與“情商”。

功崇惟志，業廣惟勤。我們無比篤定在不久的將來，中國學者必將讓智能機器人技術將走向世界前列。讓服務智能型機器人成為一個擁有豐富“情感”的仿真人，走進我們每一個家庭，和人類進行“情感交流”，為我們“排憂解難”。到那時，世界將迎來一個與人類友好共生的機器人時代。