类人机器人

现代的人形机器人

类人机器人

类人机器人,也称人形机器人,是指能够模仿人类双腿步行的仿生机器人。类人机器人不仅具有一定的智能水平,还有比一般机器人更加复杂的结构、传感、驱动和控制系统。从外观特点来看,类人机器人基本具备人类的基本形态,四肢、头部等结构完备。[0]1972年,早稻田大学的加藤一郎 (Ichiro Kato) 教授设计出世界上第一款全尺寸的类人智能机器人WABOT-1。1986年起,本田公司开始进行一系列类人机器人研发,从最初版只具有双足的机器人E0到具有双臂和双足的机器人P1。1996年,本田研发的类人机器人P2是世界上第一款能够利用自身电源和计算能力的全尺寸类人机器人。2000年,本田在P2机器人的基础上研发出了著名的ASIMO机器人。2016~2017年,Boston Dynamics公司发布了新一代Atlas类人机器人。[1][2]

类人机器人,也称人形机器人,是指能够模仿人类双腿步行的仿生机器人。类人机器人不仅具有一定的智能水平,还有比一般机器人更加复杂的结构、传感、驱动和控制系统。从外观特点来看,类人机器人基本具备人类的基本形态,四肢、头部等结构完备。[1]

1972年,早稻田大学的加藤一郎 (Ichiro Kato) 教授设计出世界上第一款全尺寸的类人智能机器人WABOT-1。1986年起,本田公司开始进行一系列类人机器人研发,从最初版只具有双足的机器人E0到具有双臂和双足的机器人P1。1996年,本田研发的类人机器人P2是世界上第一款能够利用自身电源和计算能力的全尺寸类人机器人。2000年,本田在P2机器人的基础上研发出了著名的ASIMO机器人。2016~2017年,Boston Dynamics公司发布了新一代Atlas类人机器人。[2][3]

此外,其类人的交互模式使其可以更好的完成辅助人类以及交互娱乐的功能。而针对实验需求的类人机器人可以帮助人类更好的探究人类自身的认知,智力,心理等多方面特点。在科技前沿领域,人工智能和类人机器人不仅仅是“前者赋予后者灵魂”的关系,两者更是相互刺激、双向促进的。[2][3][4]

现代研究

谷歌公司正与牛津大学的两支人工智能研究小组合作,研制先进的类人机器人。第一支研究小组的任务是帮助机器人更好地了解用户的想法和意图,第二支研究小组的任务是通过深度学习技术提高机器人的视觉识别能力。

有报道称,谷歌正在研制超快量子芯片,模拟人类大脑,让搜索和软件更加直观。被谷歌收购的人工智能创业公司DeepMind联合创始人、谷歌工程部副总裁杰米斯-哈萨比斯在博客中表示:“对于当前的人工智能研究来说,这无疑是一个非常令人兴奋的时刻。我们在很多方面不断取得进步,其中包括图像识别和语言理解能力。我们很高兴地宣布与牛津大学展开合作,加快谷歌的研究步伐。”

谷歌DeepMind部门正与牛津大学的两支人工智能研究小组合作,研制先进的类人机器人。2014年初,牛津大学的纳多-德-弗莱塔斯教授、菲尔-布鲁索姆教授、爱德华-格莱特博士和卡尔-莫里茨-赫曼博士组建了深蓝实验室(Dark Blue Labs),研究如何帮助机器人更好地理解用户的想法和意图。此外,牛津大学的卡伦-希蒙亚博士、马科斯-加德伯格博士和安德鲁-泽瑟曼教授也加入DeepMind的研究,他们都是电脑视觉系统方面的专家。作为牛津大学“视觉工厂”(Vision Factory)的联合创始人,他们的目标是利用深度学习技术改进视觉识别系统。在2014年的ImageNet比赛中,希蒙亚和泽瑟曼研发的一个系统获奖。

类人机器人
类人机器人

谷歌DeepMind部门雇请了这7位创始人以及牛津大学的另外3名教授,共同研制类人机器人。哈萨比斯表示:“这些令人兴奋的合作说明谷歌DeepMind致力于帮助英国学术界的研发工作,促进具有强大实力的科学研究实验室的进一步发展壮大。”

作为合作的一部分,谷歌DeepMind将与牛津大学计算机学系和工程系合作成立一个研究机构。哈萨比斯称:“我们非常欢迎机器学习研究领域的高端研究人员加入谷歌DeepMind团队,这种合作能够潜在地加快他们的研究步伐。这是非常令人兴奋的事情。”

据报道,谷歌正在研制超快量子芯片,希望有一天机器人能够像人类一样思考。这家总部设在加州的科技巨头与著名物理学家约翰-马蒂尼斯合作研制立基于量子理论的处理器。谷歌的目标是设计和研制能够在亚原子尺度下运转的芯片,使其拥有远超过现有处理器的运算速度。标准电脑处理用1和0表达的二元数据,量子计算利用亚原子粒子的行为对数据进行编码。专家们认为量子位——能够同时拥有两种状态——可以大幅提高运算速度和能力。

Martinis教授现在加州大学圣芭芭拉分校任职,是最著名的人工智能研究员之一。在大张旗鼓进行研究的同时,谷歌也清楚地意识到人工智能机器学习研究的危险和挑战。1月,他们成立了一个伦理委员会——DeepMind-谷歌伦理委员会,监督这些研究领域,确保研究计划不会“越界”。DeepMind-谷歌伦理委员会负责制定一系列规定和限制,监督这项技术的运用。[5]

形态特征

类人机器人是外观和功能与人一样的智能机器人。研制出性能优异的类人机器人,其最大的难关就是双足直立行走。因为机器人与人的学习方式不一样,机器人要先学跑,再学走。研制出外观和功能与人一样的性能优异的类人机器人,其最大的难关就是双足直立行走。

组成结构

类人机器人的心脏系统是一个32位的微型处理器,可以经由PC或Mac操作程序。身上各个部位装有多种传感器,有:光学传感器,使机器人可以“看见”周围事物,以区分事物大小和颜色;有声音传感器,使机器人可以听到周围声音;还有触碰传感器,使机器人有反应接触。有的类人机器人还装有超声波传感器,使机器人能听到人耳听不见的超声波。

类人机器人
类人机器人

主要功能

类人机器人系统分为传感、驱动、规划和控制四个部分。从物理、认知和社会性等各个层面模仿人的外观和功能,但需要特别指出的是类人机器人终究不能成为人。

类人机器人具备的基本功能包括:自我维持(如自动充电)、自主学习(指在没有外界帮助下学习或获取新的知识,适应环境变化的能力)、趋利避害,以及与人和环境安全交互。[6]

研究方向

类人机器人涉及心理学、生理学生物学、神经和认知科学甚至哲学、语言学等领域,集机械、电子、材料、计算机人工智能、机器人和控制技术多门学科于一体,有着十分宽泛的研究题材,吸引了广泛的关注。有的研究机械硬件设计,有的注重它模仿人的认知过程,有的更在意它在服务和娱乐行业的商业用途。概括来讲,主要集中在下面的几个研究方向:

感知

包括计算机视觉,味觉、嗅觉、声呐、红外、触觉、距离等各类传感器信息处理技术,以及诸如前庭视觉反射的各种潜意识生理机制,涉及传感信息融合和感知信息分类。[6]

机器人与人交互

研究控制和执行任务过程中的人为因素,实现机器人与人的有效交互。由于类人机器人体积大又重,交互过程人身安全要有保证。目前机器人与人的交互仅限于固定的单词以及简单的手势和脸部表情交流,交流的深度和广度都有待于提高。[6]

自适应学习

类人机器人的智能来源于学习,使它能够调整自己的行为应对环境发生的变化,并组合已有行为能力学习新的任务。机器人的学习能力受制于获取的传感信息、学习方式和训练时间。作为常规的学习算法,监督和无监督的机器学习能够产生鲁棒的、普遍性的行为。学习是实现类人机器人智能控制的一项重要任务。这样,机器人接收的指令将是“做什么”,而不是告诉它“怎么做”。类人机器人的行为计算模型,将模拟人类通过感官和运动神经实现传感信息学习的机制。[6]

直立行走

在粗糙不平的地形和很陡的斜坡上行走,或者上下楼梯,这些对类人机器人而言是一个艰难的任务。它的问题不仅在于腿的向前或向后机械运动,而在于整个机器人身体的快速动态平衡能力。[6]

手臂灵巧作业

现今的类人机器人已经能够完成一些灵巧度很高的操作,比如抓球、玩杂耍、跳舞、远程外科手术和倒咖啡等。类人机器人手臂研究有明显的进步,现在的手臂更轻便、圆滑、柔顺,手指也更加灵巧。然而,完成灵巧操作的重点还在于手臂的自适应控制。[6]

研发案例

类人机器人是开发难度最高的机器人之一,因为大家希望从它身上看到人的表情和反应。目前,类人机器人可以用于娱乐和服务。科学家们正在开发更智能的软件,使机器人能和人交流并具备学习能力。从某种角度说,类人机器人的研发是真正考验人类智慧的行为。

在上海2010世博会陕西馆中展示了“唐明皇”和“杨贵妃”形象出现的机器人。它们就是娱乐用的类人机器人,世博会期间,这两个高仿真机器人将在陕西馆的宫殿大殿内笑脸迎客,并与游客进行影像互动。游客可以聚集在陕西馆外欣赏真假“唐明皇与杨贵妃”的表演,不少游客表示该表演十分有趣,机器人能眨眼睛十分逼真。由于演员配合度高,有时甚至真假难辨。据悉,在每天的特定时段,两名演员会站在高仿真机器人“唐明皇杨贵妃”旁,与它们同步转身、举手、说话,成为陕西馆的亮点。

贾斯汀

类人机器人“贾斯汀”拥有两个机械臂以及长着4根指头的手,是由那波利大学和德国航天局共同研制的。这款机器人非常灵巧,能够胜任包括做咖啡在内的很多复杂工作。借助4轮可移动基座,贾斯汀可以四处走动,传感器和彩色摄像机则帮助它实时了解周围环境并独立完成任务。

阿特拉斯

“阿特拉斯”是一款拥有高度机动能力的类人机器人,由美国佛罗里达人机交互研究所设计,在设计上能够应对复杂地形。它可以靠两足行走,上肢举起和搬运重物。在遇到较为复杂的地形时,“阿特拉斯”手脚并用,应对挑战。谷歌还研发了一个系统,允许机器人从网上下载新性格。

类人机器人
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俄罗斯

2016年2月,俄罗斯开发了一款可以转换无线电传播完美复制人体“一对一动作”的类人机器人,该款机器人可以完美模仿人类进行焊接金属、捏扁易拉罐等简单的动作,甚至连活动频繁的上肢体操运动也能流畅的完成。[7]

机器人事件

机器人突然“出手”

英国金融时报》报道,这名不幸身亡的工作人员是大众的承包商,事发时正与同事一起安装机器人,但机器人却突然抓住他的胸部,然后把他重重地压向一块金属板,最终导致这名工作人员因伤重不治身亡。

德国大众汽车公司发言人海科·希尔威格说,这起事故发生于距法兰克福约100公里的包纳塔尔工厂。这个机器人并非流水线上与工人一起工作的机器人,而是在安全笼中的。希尔威格强调说,这款机器人通常是在一个封闭区域工作的,负责抓取汽车零件并进行相关操作。

然而,事发时,这名工作人员正在安装机器人,所以他也在安全笼中,而他的同事站在笼外,没有受伤。希尔威格说,这个机器人在整件事情中没有出现技术故障,也没有遭到损坏。

德新社报道,德国检察机关已经就事件原因启动调查。检察官正在考虑是否提出指控,但指控对象目前还难以界定。

参考资料 7

  1. 「科普中国军事科技」日新月异的类人机器人会梦见上战场吗? — 光明网
  2. 人形机器人走向何方 — 中国新闻网
  3. 类人机器人 — 机器之心
  4. 人形机器人时代即将到来? — 人民数据
  5. 谷歌牛津合作研制类人机器人:像人一样思考 — 新浪
  6. 俄罗斯类人机器人诞生 可太空行走 — 网易军事
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