仿真人：無限接近人類

邱林

在形形色色的人工智能設備中，也許最為引人關注的就是仿真人——其外觀和能力均呈現出“無限接近人類”的趨勢。

隨著人工智能的發展，機器人的功能日漸強大，從送貨無人機、外賣機器人到機器人護士，它們已經進入了我們生活的方方面面。在形形色色的機器人中，仿真人是最亮眼的，它們不僅外觀與人類一般無二，而且在新技術的加持下，正變得越來越智能化，擁有了與人相似的皮膚、脂肪、神經網絡乃至語言邏輯系統。

密集靈敏的傳感器——皮膚

近日，日本昭和大學與機器人生產商Tmsuk合作研發出一款新型機器人，它與傳統的機器人有所不同，完全仿照真人進行設計，其身高和體重都與真人相當。

據日本《大人之科學》雜志報道，參照真人設計制造的仿真人不算新鮮事物。昭和大學這款仿真人的特別之處在于，其皮膚由一種特殊的材料制成，并植入了先進的微型傳感器，不僅與人類的皮膚非常相似，而且使仿真人具備了最基本的觸覺——痛覺。它還可以用與人類一樣的聲音和表情，來表達自己對于痛感的反應，看上去有些不可思議。

目前在仿真人的設計研發領域，視覺和聽覺都可以通過傳感器很好地加以實現，具備嗅覺的仿真人也已經通過加裝氣體分子感應器而開發成功。但是對于人工智能的感知系統來說，觸覺的實現仍是一大難題。

對于人類來說，觸覺在感知和改變世界方面起著至關重要的作用。觸覺與視覺相結合，才能做出有效的動作。對于仿真人，靈敏的觸覺可以消除它們處理柔軟、易碎和可變形物體時的誤差。

在人工智能領域，仿真人實現觸覺不僅需要精度極高的傳感器來感知外力，還需要準確判定外力作用的位置、角度，并預判機器人與外力施加者之間的相互作用。據估算，機器人要實現與人類相近的觸覺，需要在1平方厘米的智能皮膚上配置數百個甚至上千個觸覺傳感器。開發這樣的智能皮膚是一項具有挑戰性的工作。

全球人工智能領域的研究機構和企業都有科研人員致力于開發智能皮膚。美國麻省理工學院和哈佛大學的研究人員取得了重要成果，他們將超過550個微型傳感器均勻分布在1平方厘米的智能皮膚上，可以識別觸碰到的物體的硬度、溫度等特征。這種微型傳感器由微小的電極、電路和壓阻膜構成，能夠記錄并識別其所接觸的物體的各方面特征。

麻省理工和哈佛大學的這項技術成果可用于假肢和仿真人的開發設計。日本昭和大學成為該技術的第一批實踐者，借助它令仿真人有了痛覺。有趣的是，昭和大學開發這款仿真人的主要用途是供牙科專業的實習生練習牙科手術技巧——實習生通過仿真人逼真的反應，可以發現并改進自己工作中的不足，從而避免在面對真人患者的時候動作生硬、精神緊張。

昭和大學的研究團隊表示，他們將不斷強化仿真人的觸覺系統，以實現對更大范圍的力度、溫度乃至濕度的感知，從而“無限接近真人的觸覺”。

分布式能量系統——脂肪

據美國《科學機器人》雜志報道，在機器人的工業設計中，如何容納電池是需要考慮的一個重要方面。電池一般會占據機器人可用機載空間的20%左右，也占據其整體重量的20%。對于仿真人來說，由于其外觀與人類相同，如何在其體內布置電池成為一大難題。

美國密歇根大學的工程師開發出一種新型電池，其設計靈感來自于人體內的脂肪——形狀不規則，可以分布在體內的任何一個地方，從而大大提高了仿真人內部空間的利用率。

工程師們利用鋅電池為仿真人提供動力。這種電池的化學反應劑被包在由水基聚合物凝膠和芳綸納米纖維制成的薄膜中，形狀可以改變，反應劑不會泄漏。其供電原理是：在鋅電極和空氣分子之間傳遞氫氧化物離子，形成電流。

工程師們首先將這種新型鋅電池作為小型機器人的動力系統。電池被連接到機器人的馬達上，結果證實它可以替代機器人普遍使用的鋰電池，而且具備一定的優勢。這種新型電池既可以作為仿真人的動力源，又可以將精密部件包裹起來，起到一定的保護作用。特殊的結構使它成為仿真人的首選能源。

就能量密度而言，鋅電池很難與先進鋰電池媲美。為此，研究人員不斷改進鋅電池的成分和結構，將其能量密度提高了100倍。但這還不是極限，研究人員指出，將現有的鋅電池的能量密度再提高7倍，就可以取代鋰電池，而它能任意改變形狀的特性是鋰電池望塵莫及的。

《科學機器人》指出，技術人員還需進行更多的實驗來開發分布式能量系統——它就像人類體內儲存的脂肪，在需要的時候可以分解釋放能量，這是仿真人能量系統的發展方向。未來科學家也許能找到比鋅電池更好的供電系統。

動作操控系統——神經網絡

以仿真人的標準來衡量，目前的工業機器人是“笨拙”的。雖然它們可以在工業裝配線上不厭其煩地重復同一個動作，還能保持超高的精度，但只要目標零件被移動一點點，或者將其換成不同的零件，那么工業機器人就會“崩潰”。一些仿真人雖與人類一般無二，但無法做出和人類一樣的細巧動作，即使它們反復練習，仍會給人以機械、僵硬的感覺。

美國舊金山的OpenAI公司近日推出一種新型仿真人動作操控系統，成功操控仿真人用一只手靈活地翻轉簡易魔方。該系統利用新型軟件，通過“深度機器學習”讓仿真人在虛擬狀態下學習抓取并轉動魔方，然后再讓它進行實際操作。操控系統指引仿真人進行隨機嘗試，并在不斷達到一個個目標的過程中逐漸強化“深度機器學習”能力。

據美國《大眾科學》雜志報道，雖然讓仿真人做出像人類那樣的靈活動作非常困難，但如果研究人員能很好地利用OpenAI公司的動作操控系統，那么仿真人就有望學會組裝電子產品、將餐具放進洗碗機，以及將臥床的人扶起來。

OpenAI公司能夠成功開發仿真人動作操控系統，主要得益于神經網絡模型技術的發展。此前該技術發展的最大障礙是開發平臺不統一。全世界的開發人員和科學家建立了多種開發平臺，然后各自在特定的框架中升級并評估機器人神經網絡模型。雖然他們都取得了一定的成果，但應用人員發現，很難將這些模型的優勢集中到一個模型中，各個操控系統的工具包之間缺乏兼容性和互操作性。

為消除障礙，“臉書”（Facebook）與微軟建立了一個開放式機器人操控系統開發平臺，允許將各個平臺的神經網絡模型技術集成在一起使用。從2019年到2020年，該平臺成為行業先進技術的集結地，OpenAI公司的操控系統正是在這個平臺上開發的。隨著更多基于該平臺的仿真人操控技術問世，仿真人的行動能力有望“無限接近人類”。

詞匯關聯軟件——語言邏輯系統

也許很多人已經習慣了應用人工智能語音助手——手機上的語音輔助系統、智能音箱的語音助手等，但它們都沒有真正做到“智能化”。

亞馬遜和谷歌的研發團隊正在加速推進這方面的工作，其目標是讓仿真人能夠與人類連續對話，“就像兩個人在聊天一樣”。仿真人詞匯關聯軟件的改進，加上更好的語音合成系統，可以讓人們從簡單地向人工智能助手下達指令，升級到與仿真人交談。仿真人的詞匯關聯軟件用于捕捉詞語之間的語義關系，它相當于人類的語言邏輯系統，可以使仿真人更好地理解人類的語言，而不僅僅是服從簡單的命令。在此基礎上，仿真人可以執行基于對話的任務，包括處理大量煩瑣的事務，例如做會議記錄、預訂餐廳、協調行李托運、查找信息以及在網絡上購物等等。

《大眾科學》指出，在仿真人的詞匯關聯軟件中，數據量是呈幾何數量級增長的，在這個過程中，“深度機器學習”顯得尤為重要。它是自動駕駛技術、圖像識別技術、動作操控技術以及詞匯關聯技術等幾乎所有人工智能技術發展的基礎。簡單地說，“深度機器學習”是人工智能進行自主學習的能力，也是仿真人“無限接近人類”的基石。

編輯：姚志剛 winter-yao@163.com