IEEE主席:机器人技术科学与工程的融合

青春燃烧的岁月 · 发表于 2017-9-6 21:46:19

新浪科技讯 11月23日消息，2015世界机器人大会今日在国家会议中心开幕。来自美国、德国、法国、日本、韩国等国家，香港特别行政区、澳门特别行政区和台湾地区等16个国家和地区的高校、科研机构、企业的代表，以及青少年机器人邀请赛的选手，12个国际组织的代表出席了此次大会。
IEEE自动化与机器人学会主席Raja Chatila作题为《机器人技术：科学与工程的融合》的演讲。
以下为实录：
今天我想给大家介绍关于我对机器人的看法，机器人是比较特殊的，它是一个特殊的领域，它实现了科学与工程的融合。我们已经看到对于机器人在应用当中的重要性。刚才Arturo Baroncelli博士已经介绍了非常多的关于机器人使用的数字，在很多领域看到了机器人的身影，它们可以替代人类在非常复杂、有害的环境中工作，并且可以提供帮助，协助人类在家里、在工作场所，协助人类尤其是残障人士，并可以实现人类的复健等，这都是非常好的应用。如何才能让这些功能更加高效并拓展到真实世界当中呢？
这里有一系列的问题。特别是在我们有了机器人之后，我们知道机器人作为智能机器与人类进行互动，这种智能机器人必须要处理持续的观念和行动，并需要控制冗余的触动器与感应器，并建立代表性，整合知识，处理不确定性，它们必须做决策，下一步要做什么，并适应环境，并协调它们的决策以及学习流程，因为它们在学习并且与其他的人进行互动，同时要组织所有的知觉性的架构，这些功能我们可能会提出同一个问题，也就是关于人类来讲也会提出同样的问题，我们是不是把它们看作是人类，因为它们可以做这么多的事情，可以不断地去适应，可以不断地做决策，甚至对于一些动物来讲它们可能并没有那么智慧，但可以做行为预测，可以进行一些组织可以根据自己的一些状态和情况进行行动方面的调整。
对于机器人来讲它们可以做到吗？它们是如何做到的呢？我们必须要在全世界范围内分析，如果站在工程科学的角度来讲，我们希望能够建立这种自动化的机器人，自主的机器人。但是从工程科学以及计算神经学的角度来讲我们需要模拟人类或者是生物与它们之间互动的方式，例如它们如何互动、如何做决策。所以说我们想建立一个大脑模型。这里就实现了在科学以及工程之间的连接融合，因为我们可以使用来自于最新的在科学当中的发现，建立更好的机器人系统，同时这一点是很重要的，我们可以使用机器人系统，更好地去理解或者设计一些数学的模型，去解释到底人类的大脑中，在自然世界当中发生了什么。
这里给大家举一些例子，冗余操纵非常重要，在研究当中很重要，在一些新应用当中也是非常重要的。刚才Baroncelli已经介绍需要做更多的研发来满足人类的发展，必须解决电机控制、解决冗余操纵，这些都是非常复杂的任务，一个系统可以通过多个手指操纵，并进行工作的分配，使它能够完成一些更加细致的动作。通过研究人类控制学，还有对于人类的步态以及动作的控制，我们可以更好地去理解，如何进行仿人机器人设计，让他它能够在不同的限制和环境中完成更加复杂的工作，实现全面的身体控制，也就是实现走动，以及实现日常的人类能够做出的动作的模拟，操纵物体，并且能够将不同程度的自由度和触动器结合在一起，先进系统的代表控制不同程度的自由度，将自由度集成到一个全面控制并且能够非常流畅的一个架构当中去。
另外一个重要的部分，对于机器人来讲它和生物都是有可能会出问题或者造成损害的。（图）这里大家看到的是让机器人能够进行适应和在破坏后的重新配置，让它能够像人或者生物一样能进行自我修复。首先对机器人来讲是用直线来理解的，比如走直线的时候坏掉一腿，如果它不能够理解它到底出现了损害的话，是没有办法处理的。对于人和生物来讲他们不见得非要了解到是什么情况，但他们可以适应自然的生活。基于适应的基础，通过之前他所积累的一些经验，然后去分析，让这个机器人去学习，最初学习如何走路这些知识，融合在一起把它融入到一个行动的模型当中，让它有不同的行走方式，如果真的出现了损害，这个机器人就可以更好地寻找到一种新的方式来进行自我行动的控制，用最有效的方式进行行走。这些也都是基于一些进化论的基础之上的。在这个模型当中，我们可以进行模型的选择，这样可以考虑到最具有自适性的模型，差不多超过了4万多个知识模型。
如何理解环境，如何理解周围的环境、如何理解要操纵的物体。人类试图理解周围的物体，不仅对它们进行观察同时对它们进行操纵。对于观察和操纵就意味着观感以及行动，这些都可以集成在一起，机器人能够理解周围的物体的承受性，不仅是看起来是怎么样的，还要真正理解它周围所处的环境。（图）这个机器人正在进行物体的观察和模拟，它希望能够进行操纵，来理解它的行动，然后它就可以引出一个对这个物体的模型，不仅是基于它自己的一些观点和属性，从而更加有效的做决策，知道如何操作，以及相关的行动。
机器人和人类一样它们彼此必须要进行互动也要与人类进行互动，这是非常重要的一个问题，我们所创建的机器人不仅仅是把它们放在火星上，机器人也要应用在日常生活中，因此机器人需要帮助人类做一些行动，完成一些工作，它们必须和人类进行有效互动，而且机器人必须要能够去计划它们的行动，要能够对人类做出响应。正因为如此，机器人必须和人类有共同点，共同的完成任务。共同点意味着它们能够了解人类的一些指令，了解人类希望它们做些什么，这样它们可以高效的和人类互动，而且对于人类合作伙伴来说，机器人的行动必须让我们感到舒服，这是基于一个理论即我们要把自己放在他人的立场，设身处地的为他人着想，这也是人类和机器人之间互动的基础。这种互动还有设身处地为他人着想非常重要，从这里我们能够看到人类和机器人有共同的一些任务，机器人帮助人类清理桌子，人会将一些物体放到机器人手中，因此机器人和人类必须在共同完成任务时相互帮助。这是基于共同行动理论的。这个理论是来自哲学家和心理学家的，他们研究了人的行动和与人的互动。要进行互动，当然人所要做的事情会减少，因为我们希望机器人能够帮助我们做事情，而不仅仅是和我们共同完成工作。
（图）这是一个例子，这个例子当中机器人把一个物体递交到人的手中，是基于人的感知，还有人类可以接触到的一个区域，是基于已经创建的一个人类模型，机器人能够把这个物体拿过来交给人，按照一种特别适合的方式，把人够不到的物体交到人的手中。这里可以看到，我们必须创建一种人机共同完成工作的模型，这样可以促使机器人以最佳的方式完成工作。这是人和机器人的联合行动。
（图）我们怎么把机器人的能力、行动、概念、感知、决策集成到一个单一系统中，以便以最高效的方式控制机器人。我们看神经科学，大脑当中特定领域的一些运作机制，这些大脑区域对于我们决策是至关重要的。在这个方面也有一些研究指出怎么样利用这些大脑的部位帮助人类做出决策。从这样的神经学研究当中我们可以设计出一个系统、一种架构，我们可以把它用在机器人身上，把它称之为机器人的认知架构。该认知架构可以把所有机器人的设备、能力、模块进行集成。它们利用这些模块进行感知采取行动，机器人还有自己的知识，自己的信息，我们可以把机器人的感知，它们的知识和环境进行集成，机器人通过学习和互动来积累知识，它们根据这些知识做出决定。这些架构设计都是自人类最基本的目标。人类的这些动机可以纳入到计算机的流程当中，这样机器人的行动可以进行预期，可以根据将来世界的需求设计和预期机器人的行动，这样的话可以让机器人在高效的现实世界当中采取行动作出反应，帮助人类完成任务。
最后简单给大家做一下总结。来自工程学和神经学当中的一些理论和模型是彼此的相互补充，能够促进彼此的增长和发展，促进了机器人系统的进一步的发展，能够促进机器人进行很好的控制或者更好的感知，做出更好的决定，学习与人类进行互动，同时可以使机器人更好的了解自然的流程，可以把科学和机械学进行整合。机器学不仅仅是对于神经学的应用来说是非常独特的，机器人学也是一个非常独特的领域，它可以把科学和工程结合在一起，可以让我们了解到我们的生活、了解到人类。同时在工程学方面我们创建机器，这些机器可以促进人类进一步发展，能把科学和工程在机器人身上合二为一、融为一体。谢谢。