讓機(jī)器人像人一樣走路

[本刊訊] 華東師范大學(xué)蒯曙光團(tuán)隊(duì)利用虛擬現(xiàn)實(shí)結(jié)合計(jì)算建模的方法，對(duì)人類社會(huì)的行走行為進(jìn)行量化，設(shè)計(jì)出基于人類行為特性的算法，顯著提升了機(jī)器人的擬人性及人機(jī)交互體驗(yàn)，有效解決了機(jī)器人融入社會(huì)場(chǎng)景的問(wèn)題，構(gòu)建了人類行為理論和導(dǎo)航算法間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了人類社會(huì)行走理論從概念、模型到算法的跨越。研究成果于2022年11月7日發(fā)表在《自然—機(jī)器智能》（Nature Machine Intelligence）上。

隨著智能時(shí)代的到來(lái)，服務(wù)機(jī)器人越來(lái)越多地走進(jìn)人類生活。如何讓機(jī)器人變得更人性化、更能理解人，并與人類進(jìn)行高質(zhì)量的社會(huì)交互，成為服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為解決這一難題，需要將人類社會(huì)交互行為的理論概念轉(zhuǎn)化為能夠植入機(jī)器人平臺(tái)的算法。人類的社會(huì)能力相對(duì)于當(dāng)前的人工智能算法具有無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。這種優(yōu)勢(shì)在行走這一自然行為中得到淋漓盡致的展現(xiàn)。比如，假想在一個(gè)社會(huì)場(chǎng)景中，一個(gè)人在行走中會(huì)基于謙讓而盡量避免干擾他人的社會(huì)交互，這種對(duì)人類而言稀松平常的行為與決策，對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)則有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)。

該研究旨在解決兩個(gè)重要問(wèn)題：一是如何把人類社會(huì)行走行為定量化和模型化，從而構(gòu)建量化的模型預(yù)測(cè)人類的行走路徑；二是如何把這些模型植入工程算法中，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人導(dǎo)航算法的提升。

雖然心理學(xué)、人類學(xué)、社會(huì)學(xué)等領(lǐng)域?qū)θ祟惿鐣?huì)交互行為長(zhǎng)期關(guān)注，建立了諸多理論，但它們多停留在現(xiàn)象描述層面，缺乏完整的量化計(jì)算模型。團(tuán)隊(duì)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)心理學(xué)研究方法，在虛擬場(chǎng)景中構(gòu)建了一個(gè)理想社會(huì)行走實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，利用它定量化測(cè)量了人類社會(huì)交互空間及社會(huì)行走特性。在行為學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上采用計(jì)算建模方法構(gòu)建人類行走行為數(shù)學(xué)模型，提出基于個(gè)人社會(huì)空間的社會(huì)行走模型，并在多個(gè)虛擬環(huán)境及真實(shí)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中證明了該模型在復(fù)雜社會(huì)場(chǎng)景中的魯棒性。

在獲取社會(huì)行走行為的計(jì)算模型后，基于實(shí)際工程需求將該模型進(jìn)行算法化，植入機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，檢驗(yàn)基于人類智能的算法是否可提升機(jī)器人的社會(huì)性與擬人性。結(jié)果從多方面證明，基于人類行為特性的計(jì)算模型可有效提升人機(jī)交互的體驗(yàn)，以及機(jī)器人的擬人性與社會(huì)性。

（曉 工）