擁有自我意識(shí)的機(jī)器人iCub：我是如何實(shí)現(xiàn)感知周圍世界的

1961年，世界上第一只工業(yè)機(jī)器人出現(xiàn)在通用汽車的生產(chǎn)線上，它的名字叫做Unimate。半個(gè)世紀(jì)之后，機(jī)器人已經(jīng)遍布各行各業(yè)，不過(guò)大部分仍然集中在工業(yè)領(lǐng)域中，它們大多數(shù)被固定在地上，在流水線上工作。現(xiàn)在，隨著機(jī)器人的發(fā)展，越來(lái)越多機(jī)器人已經(jīng)走出了實(shí)驗(yàn)室、走出了工廠，走進(jìn)了我們的生活。機(jī)器人已經(jīng)打破了以往的呆板形象，變得可隨處移動(dòng)，外表越來(lái)越像人類。更重要的，它們開(kāi)始擁有自我意識(shí)，并能和環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)。

意大利熱亞那的IIT（意大利科技學(xué)院）研究人員打造了一款人型機(jī)器人，它的名字叫iCub(i取自《我，機(jī)器人》里的i ;Cub取自于《叢林之書(shū)》的狼群養(yǎng)大的人類小男孩man-cub)，身長(zhǎng)104cm，體形跟一個(gè)5歲大的小孩差不多。四肢活動(dòng)范圍可達(dá)53度，具有觸覺(jué)和肢體協(xié)調(diào)能力，可以抓東西、玩捉迷藏，甚至還會(huì)跟著音樂(lè)跳舞。它的眼睛和頭部可以跟蹤運(yùn)動(dòng)中小球的移動(dòng)軌跡，手臂上安裝有定制化的壓力傳感器。

可以說(shuō)，許多科技粉都十分熟悉這款機(jī)器人，它的名氣源于實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人從“聽(tīng)從命令”到“擁有自我意識(shí)”的跨越，在機(jī)器人發(fā)展史上具有開(kāi)創(chuàng)意義。伴隨著學(xué)習(xí)能力的逐步提高，iCub未來(lái)將可能成為電影角色“大白”那樣的機(jī)器人助手，它不會(huì)把你看成主人，而是當(dāng)成朋友、閨蜜，因?yàn)樗梢詢A聽(tīng)你的煩惱，甚至逗你開(kāi)口一笑，再為你出個(gè)點(diǎn)子解決困擾。

在打造iCub的過(guò)程中，研究人員強(qiáng)調(diào)“認(rèn)知能力的學(xué)習(xí)”，并將其作為開(kāi)源平臺(tái)，通過(guò)與環(huán)境交互和與人交互來(lái)獲得各類行為能力和認(rèn)知能力。 它吸收了真正的大腦運(yùn)作的方式。研究人員設(shè)計(jì)的iCub控制系統(tǒng)，模擬了哺乳動(dòng)物大腦中的關(guān)鍵過(guò)程。這些過(guò)程之間的交互，由分布式自適應(yīng)控制支配。這個(gè)系統(tǒng)是以大腦的認(rèn)知結(jié)構(gòu)為模型建立起來(lái)的。

研究人員要著手建立一個(gè)模擬人類的生態(tài)自我的過(guò)程，關(guān)鍵在于讓機(jī)器人意識(shí)到自己的身體以及它如何和周圍的環(huán)境互動(dòng)。 iCub 要實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，需要一個(gè)內(nèi)部的“身體圖式”，這一模型將物理部件和身體姿勢(shì)聯(lián)系起來(lái)。其他機(jī)器人學(xué)家可能會(huì)直接為“身體圖式”編程，但意大利科技學(xué)院不這樣，它們賦予iCub自行解決的能力。它進(jìn)行一些微小隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，并觀察行為后果，從中學(xué)習(xí)。人類在子宮內(nèi)和嬰兒早期展現(xiàn)出相似的探索行為，術(shù)語(yǔ)叫做 motor babbling（牙牙學(xué)語(yǔ)）。換句話說(shuō)，機(jī)器人可以將虛擬的復(fù)雜行為和視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)反饋聯(lián)系起來(lái)，這樣當(dāng)它輸出行為時(shí)會(huì)預(yù)期到感官反饋。這類似于嬰兒學(xué)習(xí)拿物件和學(xué)說(shuō)話的過(guò)程，這意味著人類以大致相似的方式了解自己的身體。

利用這種方法，研究人員努力訓(xùn)練 iCub，讓它在自己和他人之間做出區(qū)分，這正是生態(tài)自我的一個(gè)基本方面。motor babbling 程序還讓機(jī)器人學(xué)習(xí)如何擺出特定的既定姿勢(shì)。將這種身體模型和對(duì)附近和表面物件的了解相結(jié)合，使得 iCub能夠在不碰撞東西的情況下四處行動(dòng)。

因此，他們做了一次實(shí)驗(yàn)，其主要目標(biāo)就是能讓 iCub在保持特定姿勢(shì)時(shí)還能與周圍進(jìn)行多種接觸。而為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，他們首先需要知道機(jī)器人身體的哪些部分需要接觸。同時(shí)，我們還需要知道能夠保持機(jī)器人穩(wěn)定性的壓力和扭矩。

要讓 iCub在保持既定姿勢(shì)時(shí)還能與周圍環(huán)境進(jìn)行接觸，關(guān)鍵點(diǎn)是低水平關(guān)節(jié)力矩控制、任務(wù)空間反轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)控制、認(rèn)為計(jì)劃、解除壓力和關(guān)節(jié)力矩預(yù)測(cè)。它們對(duì)于機(jī)器人保持平衡非常重要，特別是任務(wù)空間反轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)控制器，它可以用來(lái)發(fā)現(xiàn)這些扭矩，來(lái)讓機(jī)器人在保持某一特定姿勢(shì)時(shí)保持平衡。

那在實(shí)現(xiàn)了iCub與環(huán)境接觸的技能之后，如何讓它與環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)呢？研究團(tuán)隊(duì)給出的答案是這樣的：他們以一種特殊的方式編碼 iCub和周圍環(huán)境的互動(dòng)，這樣就能讓它更清楚地理解和當(dāng)下情景的聯(lián)系。

因此，這樣一來(lái)，iCub便擁有了自我意識(shí)和感知周圍環(huán)境的能力。不過(guò)，擁有“讀心術(shù)”的機(jī)器人或多或少有些可怕，但不管怎么說(shuō)，能夠擁有這樣一個(gè)“好閨蜜”，何樂(lè)而不為呢？

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