情緒控制對人機在環系統的影響

文/于守山 徐洪 李楠楠

現代智能機器人技術已經到達一個瓶頸，盡管機器人可以完成許多任務，在人類看來，它們始終還是沒有情感的機器。可以被任意下達指令去完成一些任務，而且不會有小情緒，無異于一個沒有靈魂的奴仆。然而對于人類來說，我們更多需要的不是一個能服侍我們的奴隸，而是需要一個可以有心靈交互的玩伴，它將不僅能完成一系列任務，還會對我們的語言動作甚至情緒進行相應反饋。在角色扮演類游戲的設定中，玩家的一些選擇將觸發不同的劇情，影響男女主人公的親密度、默契值，甚至會因為不同的選擇而產生截然不同的結局。

然而在現代智能機器人的研制過程中，開發人員更多的是關注設備將能不斷完成更多的任務。忽略了人類社會中情緒的重大作用，忽略了機器人對人類情緒的反饋部分！

1 研究內容

本文主要針對人體情緒對控制系統干擾問題進行研究，具體分人體系統控制信息傳導機理、人機在環優劣性分析以及電磁兼容問題。

1.1 人體系統控制信息傳導機理

圖1：脊髓反射示意圖

成本問題一直都是制約高新技術產業發展的最主要問題，此處的成本包括經濟成本和時間成本。研制一個高精端機器人需要若干個傳感器，同時也就提高了對處理芯片的要求。人體在對外來的信息進行反射時，一部分是直接傳入脊髓灰質部分的神經中樞，它是處理簡單問題最快速也最直接的反饋回路（見圖1）。另一部分需要通過神經通路傳入大腦皮層，他可以將來自全身的信號進行匯總、篩選并進行相應的處理后反饋給對應的肌肉群或組織群。因此人體中的處理器分為多級無數個，而假設給機器人配置萬分之一的處理器，規模和成本也是相當龐大。

圖2：人體神經網絡結構框架圖

從控制角度分析，控制回路的延長，勢必增加了系統相頻特性的滯后，因此，系統的精準調節是犧牲了低時延而使控制精度得到改善的。當然還可以通過副回路的設計來輔助調節，在多環反饋控制系統中，外反饋處于主導地位，內反饋屬于輔助調節，于是便又有了調節時間適配的問題。如何做到低時延甚至無時延問題將成為研究重點之一，借鑒人體神經網絡結構框架可使研究相對更形象立體。

人體神經網絡結構框架圖如圖2所示。

1.2 人機在環優劣性

由于時延或對高精端技術帶來較為巨大的誤差，如今前沿技術擬把人體加入仿真系統進行回路研究。因為人的參與，會給系統帶來更多的不確定性因素，人的恐懼、應急反射信號也勢必會傳入回路。如果人機在環系統想獲得突破性發展，必須要克服的便是信息篩選與分流，這一問題的克服對信號處理提出了極為嚴苛的要求。

人腦在處理無關信息的方面已經爐火純青，甚至自主神經中的迷走神經在切斷后依舊可以自主調節內臟運行，這顯然已成為難以逾越的鴻溝。當我們的眼睛前出現無關黑點時，一段時間后我們的大腦便會進行自動忽略，在后續的取景中便可看不到這些干擾信號。然而人腦在處理部分突發狀況的應激反應是恐懼、逃避，最典型的表現是觸電握手反射、眨眼反射，這對控制系統的打擊是致命的。而想把人的心理素質訓練的完全違背天性也是不切合實際、無法實現的。因此當前相對容易克服的困難便是實現信息分流，而信息分流又不能僅靠濾波電路處理掉，在此可以對干擾信號設定一個閾值，通過監測輸入信號的強度來達到判斷是否為干擾信號的目的。

已知人體在做出應急反射的同時，可以在短時間內釋放大量的多巴胺因子，這些瞬間信號的引入該定性為干擾信號還是控制信號對系統的輸出誤差影響頗多。

2 電磁兼容問題概述

在電子元件數量日趨增多的情況下，各器件之間的干擾正逐漸凸顯出來，然而國內由于單純追求高性能，故對電磁兼容的理解還較為淺顯，故需盡早對其進行研究分析，而由于各型號設備早已引入，若想重新研制顯然不切實際。若想做到電磁兼容，更好的辦法是對信號進行隔離操作，通過類黑洞系統或電磁吸附系統將雜冗信號剔除，以防其成為干擾源

3 預期發展方向

通過分析當前控制系統發展研究階段，人機在環系統發展前景問題主要集中在四個方面：

（1）如何更好地將情緒語言、面部表情以及行為語言更好地反饋到控制系統中；

（2）如何克服人由于應激反應產生的復雜信號對人機在環系統的干擾；

（3）如何更好地處理誤差使其既能準確反映，又能減少計算量；

（4）如何使相互干擾的各器件做到電磁兼容。

如何精簡有效地解決這幾個問題已成為決定未來人機在環系統的發展速度的關鍵所在。

4 結語

相較于傳統的反饋系統，人機在環系統擁有其無可比擬的獨特優勢，可以充分利用人體器官對外界環境的反射來達到瞬間控制的目的。可同時由于人體系統的引入，帶來極大的不確定性因素，從而增大了系統的誤差源，對系統穩定性提出了更高的要求

多回路反饋系統可以彌補單一回路對系統輸入的誤判，同時也帶來了相頻特性的滯后問題。通過解決相頻滯后問題，達到系統控制低時延、甚至無時延的目的。

在電子元件數量日趨增多的情況下，各器件之間的干擾正逐漸凸顯出來，做到電磁兼容，更好地辦法是進行信號隔離。