編輯 | 青暮
2021年12月9日，由粵港澳大灣區(qū)人工智能與機(jī)器人聯(lián)合會(huì)、雷峰網(wǎng)(公眾號(hào)：雷峰網(wǎng))合辦的第六屆全球人工智能與機(jī)器人大會(huì)（GAIR 2021）在深圳正式啟幕，140余位產(chǎn)學(xué)領(lǐng)袖、30位Fellow聚首，從AI技術(shù)、產(chǎn)品、行業(yè)、人文、組織等維度切入，以理性分析與感性洞察為軸，共同攀登人工智能與數(shù)字化的浪潮之巔。大會(huì)次日，思爾實(shí)驗(yàn)室主任、前深圳市人工智能與機(jī)器人研究院執(zhí)行院長(zhǎng)、國(guó)際歐亞科學(xué)院院士、IEEE Fellow李世鵬在GAIR大會(huì)上做了《人工智能與機(jī)器人前沿研究之思考》的演講。李世鵬博士，IEEE Fellow，國(guó)際歐亞科學(xué)院院士。歷任深圳市人工智能與機(jī)器人研究院首席科學(xué)家和執(zhí)行院長(zhǎng)、科大訊飛集團(tuán)副總裁及訊飛研究院聯(lián)席院長(zhǎng)、微軟亞洲研究院創(chuàng)始成員與副院長(zhǎng)。李院士在多媒體、IoT及AI等領(lǐng)域頗具影響力。他擁有203項(xiàng)美國(guó)專利并發(fā)表了330多篇被引用了的論文（H指數(shù)：82）。被Guide2Research列為世界頂尖1000名計(jì)算機(jī)科學(xué)家之一。培養(yǎng)出四位MIT TR35創(chuàng)新獎(jiǎng)的獲得者。是（科技部）新一代人工智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟發(fā)起人之一及聯(lián)合秘書(shū)長(zhǎng)。在演講中，李世鵬介紹并展望了人工智能與機(jī)器人前沿研究方向，他指出：未來(lái)機(jī)器學(xué)習(xí)突破深度學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)瓶頸或許可以借助認(rèn)知科學(xué)的方法得到突破，學(xué)習(xí)范式可從依靠“大數(shù)據(jù)”轉(zhuǎn)變成依靠“大規(guī)則”；人機(jī)協(xié)作也要進(jìn)化為人機(jī)“諧”作，只有將耦合、交互、增強(qiáng)、互補(bǔ)等目標(biāo)納入研究方向，才能實(shí)現(xiàn)人機(jī)的無(wú)縫連接。以下是演講全文，AI科技評(píng)論做了不改變?cè)獾恼恚?/span>
今天的演講題目是《人工智能與機(jī)器人前沿研究之思考》，分為三個(gè)部分，先談人工智能和機(jī)器人研究全景，然后聚焦研究方向，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、運(yùn)動(dòng)智能、人機(jī)諧作、群體協(xié)作；最后進(jìn)行總結(jié)。
人工智能相關(guān)研究的關(guān)鍵元素有三個(gè)：人、機(jī)器人/物聯(lián)網(wǎng)以及AI。之所以將機(jī)器人和物聯(lián)網(wǎng)歸為一類，是因?yàn)檫@兩者是物理世界和虛擬世界的接口。如果三個(gè)元素兩兩之間發(fā)生聯(lián)系就會(huì)形成一個(gè)新的學(xué)科，例如機(jī)器人和AI相結(jié)合會(huì)產(chǎn)生智能體，AI和人類相結(jié)合會(huì)產(chǎn)生人機(jī)耦合以及增強(qiáng)智能，而機(jī)器人和人類相融合會(huì)形成增強(qiáng)機(jī)體。隨著人工智能與機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展，研究對(duì)象不再局限在單個(gè)智能體，而是越來(lái)越多地對(duì)多個(gè)智能體的協(xié)作進(jìn)行研究，例如人類社會(huì)群體如何更好地相融合？如何設(shè)計(jì)出能夠精妙協(xié)作的機(jī)器群體？
總體而言，我認(rèn)為重要的基本研究方向是：機(jī)器學(xué)習(xí)、運(yùn)動(dòng)智能、人機(jī)諧作、群體協(xié)作。
機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展離不開(kāi)深度學(xué)習(xí)加持，它給行業(yè)帶來(lái)許多研究成果，并賦能了語(yǔ)音識(shí)別、人臉識(shí)別、物體識(shí)別、自動(dòng)駕駛等方面，推動(dòng)人工智能產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。
雖然成果頗豐，但成也蕭何敗也蕭何。深度學(xué)習(xí)依賴于大數(shù)據(jù)，其瓶頸也在于大數(shù)據(jù)。例如國(guó)內(nèi)的智能語(yǔ)音技術(shù)盡管處于行業(yè)領(lǐng)先，但仍依賴技術(shù)積累和數(shù)據(jù)積累。現(xiàn)在想要讓深度學(xué)習(xí)發(fā)揮巨大威力，仍然需要大量數(shù)據(jù)的加持，如果想讓深度學(xué)習(xí)從一個(gè)領(lǐng)域擴(kuò)展到另一個(gè)領(lǐng)域，也少不了數(shù)據(jù)支撐。
如何突破？研究者已經(jīng)探索了多條路徑，其中一個(gè)解決方案是：擴(kuò)展深度學(xué)習(xí)框架。例如優(yōu)化深度學(xué)習(xí)算法、知識(shí)圖譜+深度學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)+深度學(xué)習(xí)等等。另一條路徑是因果推理，其目標(biāo)是借助人類舉一反三的能力，期望超越數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，進(jìn)而探索數(shù)據(jù)之間的因果性，從而得到數(shù)據(jù)之間的邏輯推理。第三條路徑是類腦計(jì)算，從生物學(xué)角度，探索人腦認(rèn)知元素和機(jī)制，以仿真方法再現(xiàn)人類大腦。個(gè)人認(rèn)為認(rèn)知科學(xué)是突破深度學(xué)習(xí)框架的著力點(diǎn)。理由是人類認(rèn)知過(guò)程有兩點(diǎn)需要我們?nèi)ミM(jìn)一步借鑒：生而知之、學(xué)而知之。生而知之是指部分認(rèn)知能力與生俱來(lái)，新生兒的腦神經(jīng)有很多先天的連接。它給我們的啟示是：現(xiàn)在的大多深度學(xué)習(xí)算法，大部分都是從零開(kāi)始訓(xùn)練，而沒(méi)有充分或者高效利用先驗(yàn)知識(shí)或者已有模型。如何利用“現(xiàn)有知識(shí)”是深度學(xué)習(xí)的下一個(gè)熱門(mén)方向。學(xué)而知之是指大部分認(rèn)知能力是后天學(xué)習(xí)到的，尤其是早期學(xué)習(xí)。通過(guò)學(xué)習(xí)腦神經(jīng)建立了更多的連接。孩子很多能力，包括感知、應(yīng)對(duì)、語(yǔ)言、讀寫(xiě)和理解，甚至分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的思路和能力在很小時(shí)候已經(jīng)基本定型；以后基本都是知識(shí)的積累。這意味著腦神經(jīng)元很早的時(shí)候就連接定型成一個(gè)元模型，剩下的是只是利用這個(gè)元模型去解決具體領(lǐng)域的問(wèn)題。這個(gè)與當(dāng)前的大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練模型有著驚人的相似之處。學(xué)而知之的另一層次是：人類學(xué)習(xí)過(guò)程依靠多源的、多傳感的、多模態(tài)的、多角度的數(shù)據(jù)，例如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)和語(yǔ)境等聯(lián)合信息，而今天的深度學(xué)習(xí)依靠大都是一段語(yǔ)音、一張照片，因此，未來(lái)AI模型的輸入數(shù)據(jù)可能不僅是單一的數(shù)據(jù)，而是多個(gè)信號(hào)源的融合。如何模仿人類學(xué)習(xí)的過(guò)程，這是認(rèn)知科學(xué)對(duì)深度學(xué)習(xí)的另一個(gè)啟示。再者，人類學(xué)習(xí)過(guò)程是一個(gè)從樣本示例到原理歸納的過(guò)程，而不是僅停留在樣本示例層面；目前深度學(xué)習(xí)卻都是停留在樣本層面。那么，未來(lái)是否能夠構(gòu)造類人的機(jī)器學(xué)習(xí)框架，無(wú)論輸入什么樣的數(shù)據(jù)，只要邏輯相通，都會(huì)收斂到一致的模型？突破深度學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)瓶頸，可以嘗試構(gòu)建規(guī)則的眾包系統(tǒng)，讓人類教機(jī)器學(xué)習(xí)過(guò)程，其目的不是輸入數(shù)據(jù)，而是讓機(jī)器學(xué)習(xí)規(guī)則。由于我們?cè)噲D從日常的活動(dòng)中學(xué)習(xí)規(guī)則，這種規(guī)則普通人都可以標(biāo)注示教，這就打破了以前專家系統(tǒng)地需要“專家”的局限。這種從“大數(shù)據(jù)”過(guò)渡到“大規(guī)則”模型構(gòu)建方式顯然也更符合人類的認(rèn)知。
眾所周知，在機(jī)器人領(lǐng)域，波士頓動(dòng)力公司的產(chǎn)品最“像人”，如上動(dòng)圖，機(jī)器人跳舞絲毫看不出生硬的感覺(jué)。但受計(jì)算資源、能量、運(yùn)動(dòng)控制的限制，它只能運(yùn)行幾十分鐘。其實(shí)，波士頓動(dòng)力機(jī)器人的運(yùn)行方式是基于電機(jī)驅(qū)動(dòng)，存在很多缺點(diǎn)，例如剛性運(yùn)動(dòng)、自重比較大、反應(yīng)速度和靈活性的矛盾以及耗能大。
對(duì)比人類和其他動(dòng)物的運(yùn)行方式，肌肉、骨骼、傳感和神經(jīng)的結(jié)合可以在低能耗情況下，實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)行。這給研究者的啟示是，機(jī)器人的運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)該像人一樣滿足：高效、靈活、精確、魯棒、剛?cè)岵?jì)、輕量、自適應(yīng)等指標(biāo)。當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)智能可能在某一個(gè)維度表現(xiàn)優(yōu)秀，但綜合考量仍然有很多缺點(diǎn)。
因此，運(yùn)動(dòng)智能的一個(gè)重要研究方向是：仿生。仿照動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)智能，例如運(yùn)動(dòng)控制采用逼近反饋式，運(yùn)動(dòng)過(guò)程視變化隨時(shí)靈活調(diào)整。
如果說(shuō)機(jī)器人是靠“內(nèi)力”驅(qū)動(dòng)，而醫(yī)療微納米機(jī)器人是“外力”研究方向的代表。例如依靠磁力，小機(jī)器人精確地將藥物從一個(gè)管道運(yùn)送到另一個(gè)管道。在人機(jī)諧作層面，區(qū)別于協(xié)作，“諧作”代表人機(jī)協(xié)作中的耦合、交互、增強(qiáng)、互補(bǔ)、協(xié)作、和諧等意思。人機(jī)諧作的目標(biāo)是：不需要告訴機(jī)器人類的意圖，機(jī)器就能領(lǐng)會(huì)，從而達(dá)到人機(jī)的無(wú)縫連接。在達(dá)成人機(jī)諧作的過(guò)程中，重點(diǎn)研究人機(jī)自然交互、感知及增強(qiáng)。具體可能包括：生物特征檢測(cè)和識(shí)別、人機(jī)接口、腦機(jī)接口、語(yǔ)音識(shí)別、動(dòng)作識(shí)別、表情識(shí)別、語(yǔ)言理解、意圖理解、體態(tài)感知、無(wú)隙增強(qiáng)，以及在擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)與遠(yuǎn)程現(xiàn)實(shí)的延伸等等。人機(jī)增強(qiáng)智能方面，今天的機(jī)器學(xué)習(xí)框架大都是基于大數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)框架，肯定會(huì)遇到機(jī)器智能處理不了的情景。這對(duì)于某些高風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域，例如自動(dòng)駕駛、金融等來(lái)說(shuō)是致命的。針對(duì)這一問(wèn)題，當(dāng)前的解決方案是“人類接管”。這會(huì)涉及三個(gè)核心問(wèn)題：- 核心問(wèn)題1：機(jī)器智能如何感知自己處理不了一些情況，而主動(dòng)要求人來(lái)接管？
- 核心問(wèn)題2：什么時(shí)候人類可以完全放手給機(jī)器自主完成任務(wù)？
- 核心問(wèn)題3：什么樣的人機(jī)交互設(shè)計(jì)能充分發(fā)揮人和機(jī)器各自的長(zhǎng)處，同時(shí)又無(wú)需非必要地麻煩對(duì)方？
三個(gè)核心問(wèn)題如果無(wú)法解決，會(huì)導(dǎo)致一些困境。例如，以自動(dòng)駕駛為例，目前安全員并不是開(kāi)了“自動(dòng)”功能就一勞永逸，仍然需要時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路況與路線，一刻都不能分神。這其實(shí)增加了安全員的負(fù)擔(dān)，因?yàn)樵跊](méi)有自動(dòng)駕駛的時(shí)候，人類對(duì)自己的駕駛環(huán)境會(huì)有一定的預(yù)測(cè)，而機(jī)器駕駛的情況人類無(wú)法預(yù)測(cè)。人機(jī)增強(qiáng)機(jī)體也屬于人機(jī)諧作的一個(gè)領(lǐng)域，能夠幫助人類增強(qiáng)物理機(jī)體能力，完成一些人類自身體力完不成的事情。但機(jī)器可能過(guò)于復(fù)雜，需要人類培訓(xùn)后才能操作。人機(jī)增強(qiáng)機(jī)體的未來(lái)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器和諧共處，操控起來(lái)如同人類的自己的器官一樣自然。其中，涉及的核心研究課題包括：機(jī)器感知人的意圖、人的姿態(tài)、理解人的自然語(yǔ)言命令、肢體語(yǔ)言等等，從而讓機(jī)器以最適合人類接受、恰到好處的平滑方式幫助人解決問(wèn)題。目前單智能體已經(jīng)可以完成許多任務(wù)，但如何發(fā)揮每個(gè)智能體集合起來(lái)的威力？這涉及群體協(xié)作的研究方向。在倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)景下，存在許多抓取分類的機(jī)器人，如果能夠有效調(diào)度，那么必將大大提高工作效率。當(dāng)前主流的調(diào)度方式是中心化的控制方式，但面對(duì)成千上萬(wàn)的規(guī)模的智能體，則需要非中心化的控制，允許智能體之間存在自主行為，在相互協(xié)作的同時(shí)，還能“做自己的事”。即單獨(dú)的有智能可獨(dú)立行動(dòng)的智能體，通過(guò)協(xié)作而達(dá)到的更高效的群體/系統(tǒng)智能和行為。智能體群體協(xié)作目前涉及的規(guī)則包括，群體行為模型和激勵(lì)機(jī)制、群體智能協(xié)同決策。這一方面，螞蟻是我們的學(xué)習(xí)對(duì)象。另外，在自動(dòng)駕駛方面，越來(lái)越多自主駕駛機(jī)器人出現(xiàn)，它們之間如何做到協(xié)同感知和協(xié)同控制也是當(dāng)今熱門(mén)話題。上述四個(gè)方面屬于基礎(chǔ)性的研究，任何一個(gè)領(lǐng)域出現(xiàn)了突破，那將對(duì)其領(lǐng)域以及下游應(yīng)用而言都是革命性的突破，也將帶來(lái)工業(yè)數(shù)智化原創(chuàng)技術(shù)的創(chuàng)新，會(huì)讓我們?cè)诟?jìng)爭(zhēng)中占領(lǐng)優(yōu)勢(shì)地位!
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