機(jī)器人孕育出自我意識(shí)后，背叛人類(lèi)并取代人類(lèi)成為“世界霸主”，這是在各類(lèi)科幻題材的文學(xué)作品中經(jīng)久不衰的主題之一。雖然該主題為虛構(gòu)，但不可忽視的是，近年來(lái)一些技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，已讓機(jī)器人智能得到大幅度的提升。
（來(lái)源：Pixabay）
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人與機(jī)器人的社會(huì)交互被Science Robotics期刊列為“當(dāng)前機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的十大主要挑戰(zhàn)”之一。那么，人類(lèi)是否有可能創(chuàng)建出有感知力的機(jī)器人呢？
實(shí)際上，要?jiǎng)?chuàng)造出具有感知力的機(jī)器人，或者說(shuō)某種程度上擁有獨(dú)立意識(shí)的機(jī)器人，最重要的一點(diǎn)在于理解人類(lèi)的意識(shí)是如何產(chǎn)生的。這需要從行為層面、神經(jīng)層面探索人類(lèi)認(rèn)知與意識(shí)的底層原理和運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制，并從根源上對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)的算法進(jìn)行革新。
華東師范大學(xué)蒯曙光教授表示：“如果有一天心理學(xué)與神經(jīng)科學(xué)的研究成果能完美地模擬人類(lèi)感知覺(jué)的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制以及意識(shí)、情感的產(chǎn)生，那么機(jī)器人代替或超越人類(lèi)才將變?yōu)榭赡?。?/div>
圖丨論文部分作者合影，從左至右依次為：鄢明遠(yuǎn)、繆明誠(chéng)、蒯曙光、周晨、萇琦（來(lái)源：華東師范大學(xué)）
圖丨相關(guān)論文（來(lái)源：Nature Machine Intelligence）
圖丨基于人類(lèi)社會(huì)空間的社會(huì)行走模型（來(lái)源：Nature Machine Intelligence）
圖丨機(jī)器人的行為學(xué)評(píng)測(cè)平臺(tái)（來(lái)源：Nature Machine Intelligence）
圖丨論文部分作者合影，從左至右依次為：鄢明遠(yuǎn)、繆明誠(chéng)、蒯曙光、周晨、萇琦（來(lái)源：華東師范大學(xué)）
近期，華東師范大學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)，構(gòu)建出可以操控的理想社會(huì)場(chǎng)景，定量化操作實(shí)驗(yàn)變量和度量人類(lèi)的行為，像獲取基本物理世界規(guī)律一樣獲取人類(lèi)行走行為的基本規(guī)律，從而成功地建立了量化行走模型，并進(jìn)一步把相關(guān)模型算法化。
該研究體現(xiàn)了文理交叉研究領(lǐng)域從“理論概念”到“計(jì)算模型”再到“工程算法”三階段跨越，最終實(shí)現(xiàn)了從理論的概念化描述到基于人類(lèi)行為的機(jī)器人算法的跨越。
圖丨相關(guān)論文（來(lái)源：Nature Machine Intelligence）
11月7日，相關(guān)論文以《基于人類(lèi)行為的社會(huì)行走模型提高了社交機(jī)器人的人性化水平》（Human-behaviour-based social locomotion model improves the humanization of social robots）為題在Nature Machine Intelligence上發(fā)表[1]。
華東師范大學(xué)蒯曙光教授為論文的通訊作者，博士后周晨、博士生繆明誠(chéng)、本科畢業(yè)生陳欣然、胡逸斐，在讀本科生萇琦、鄢明遠(yuǎn)為論文的共同作者。
“我們希望這一研究能夠?yàn)轭?lèi)似的文理交叉學(xué)科的研究提供一套可參考的框架，在將來(lái)能夠有更多的經(jīng)典人文科學(xué)理論被轉(zhuǎn)化為計(jì)算模型，并為工程領(lǐng)域的實(shí)際需求提供支持?！敝艹空f(shuō)。
結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)與計(jì)算建模，對(duì)人類(lèi)行為精準(zhǔn)預(yù)測(cè)
該研究在理論層面上成功的建立了一個(gè)簡(jiǎn)單規(guī)則，結(jié)合數(shù)學(xué)推導(dǎo)來(lái)解釋人類(lèi)在復(fù)雜社會(huì)場(chǎng)景下的行走，達(dá)到了科學(xué)上“用簡(jiǎn)單規(guī)則解釋復(fù)雜世界”的目的。這樣的研究框架在自然科學(xué)領(lǐng)域獲得過(guò)巨大的成功，但是應(yīng)用到人類(lèi)的社會(huì)行為則存在巨大的技術(shù)上的挑戰(zhàn)。
解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵是構(gòu)建能夠量化人類(lèi)行為的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展為實(shí)現(xiàn)這樣的想法提供了新的技術(shù)路徑。
該研究結(jié)合了社會(huì)科學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、機(jī)器人學(xué)等多個(gè)學(xué)科的問(wèn)題視角與研究手段，創(chuàng)新性地構(gòu)建起可行的研究框架來(lái)將傳統(tǒng)社會(huì)學(xué)、心理學(xué)關(guān)于人類(lèi)交互的抽象定義與概念化的特征，轉(zhuǎn)化為可被直接應(yīng)用在機(jī)器人平臺(tái)中的算法。
圖丨基于人類(lèi)社會(huì)空間的社會(huì)行走模型（來(lái)源：Nature Machine Intelligence）
該研究起始于2019年，那時(shí)蒯曙光教授正在帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研究人類(lèi)對(duì)于社會(huì)交互的知覺(jué)以及社會(huì)群體的識(shí)別，并建立了模型來(lái)模擬人類(lèi)對(duì)于社會(huì)交互信息的感知[2]。在那項(xiàng)研究的過(guò)程中，他們逐步證實(shí)了社會(huì)交互的信息確實(shí)會(huì)影響到人類(lèi)知覺(jué)加工的進(jìn)程。也就是說(shuō)，人類(lèi)的知覺(jué)與運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)之間是相互影響的。
既然社會(huì)信息在知覺(jué)加工中具有如此特殊的地位，那么，它是否會(huì)對(duì)于人們的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響呢？行走是人類(lèi)最基礎(chǔ)、也最為常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)功能之一，從理論層面，利用行走這一行為作為指標(biāo)來(lái)探索社會(huì)信息的影響是最為自然的選擇。
在研究過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)成員不斷地被人類(lèi)在復(fù)雜社會(huì)環(huán)境中的行走導(dǎo)航能力所震撼，卻發(fā)現(xiàn)當(dāng)下的主流機(jī)器人導(dǎo)航算法不能體現(xiàn)出人類(lèi)在社會(huì)環(huán)境中行走所體現(xiàn)出的一系列行為特征。
因此，他們逐漸產(chǎn)生了利用心理物理學(xué)把將人類(lèi)在社會(huì)場(chǎng)景下的行走行為進(jìn)行量化分析和計(jì)算建模，并植入到導(dǎo)航機(jī)器人平臺(tái)中的想法，進(jìn)而提升機(jī)器人的擬人性與人機(jī)交互體驗(yàn)。
圖丨機(jī)器人的行為學(xué)評(píng)測(cè)平臺(tái)（來(lái)源：Nature Machine Intelligence）
在該研究中，如何對(duì)人類(lèi)在社會(huì)場(chǎng)景下的行走行為進(jìn)行建模是至關(guān)重要的步驟。由于人類(lèi)在社會(huì)場(chǎng)景中行走行為十分復(fù)雜、自由度也高。因此，在以往的研究中，很多研究者對(duì)是否能通過(guò)簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)模型，來(lái)描述人類(lèi)在復(fù)雜社會(huì)場(chǎng)景中行走行為存疑。
蒯曙光教授的團(tuán)隊(duì)對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了多次內(nèi)部討論后，逐漸明晰了相關(guān)方向和技術(shù)路線。他們首先利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單理想社會(huì)場(chǎng)景環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中通過(guò)量化實(shí)驗(yàn)來(lái)獲得最為基本的規(guī)則，利用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述規(guī)則。
然后，再用數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方式把簡(jiǎn)單場(chǎng)景中，獲得的模型推廣到復(fù)雜社會(huì)場(chǎng)景?！爱?dāng)我們看到社會(huì)行走模型在各種復(fù)雜場(chǎng)景中成功預(yù)測(cè)時(shí)，是非常興奮和激動(dòng)的?！被貞浧鹧芯恐械碾y忘時(shí)刻，蒯曙光仍然記憶猶新。
為設(shè)計(jì)具有擬人性的機(jī)器人提供新思路及研究框架
該研究為設(shè)計(jì)具有擬人性的機(jī)器人提供了新的思路以及研究框架。實(shí)際上，如何模擬機(jī)器人的社會(huì)性，是提升機(jī)器人行為表現(xiàn)、以及人機(jī)交互體驗(yàn)的重要一環(huán)。
通過(guò)探索人類(lèi)社會(huì)行為背后的計(jì)算原則，并使機(jī)器人遵從這樣的計(jì)算原則進(jìn)行導(dǎo)航。這不僅能讓環(huán)境中的人類(lèi)感受更自然、更舒適。更重要的是，通過(guò)符合人類(lèi)預(yù)期的方式來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航，還能夠從根本上提升機(jī)器人導(dǎo)航的效率。
機(jī)器人導(dǎo)航行業(yè)內(nèi)有一個(gè)經(jīng)典的問(wèn)題叫做“凝固機(jī)器人”，描述的是機(jī)器人在社會(huì)環(huán)境中行走時(shí)卡頓的情況。該問(wèn)題的根源在于機(jī)器人對(duì)于人類(lèi)可能的行走策略缺乏系統(tǒng)性的理解，只能通過(guò)當(dāng)前他人的移動(dòng)軌跡做出判斷，從而造成了卡頓的情況。
“我們的模型能夠?qū)?fù)雜環(huán)境中人類(lèi)的行走軌跡做出精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)，并在此基礎(chǔ)上讓機(jī)器人表現(xiàn)出符合人類(lèi)預(yù)期的行走軌跡，從而模擬了真實(shí)社會(huì)環(huán)境中人群的移動(dòng)，能夠有效地避免這些問(wèn)題。”周晨說(shuō)。
實(shí)際上，人類(lèi)的社會(huì)行為具有高度的復(fù)雜性，該研究對(duì)日常生活中人群行走最普遍的情況進(jìn)行了簡(jiǎn)化抽象。但是，在真實(shí)環(huán)境中，人類(lèi)的社會(huì)行為還會(huì)受到許多其他因素的影響，例如文化背景、情緒、意圖、人際關(guān)系等。
考慮這些實(shí)際的因素，該團(tuán)隊(duì)下一步工作的重點(diǎn)在構(gòu)建情景化多模態(tài)人類(lèi)社會(huì)行為分析平臺(tái)。他們計(jì)劃將各種復(fù)雜的社會(huì)因素通過(guò)類(lèi)似的方法進(jìn)行量化和建模，并同時(shí)記錄人類(lèi)的行為表現(xiàn)與神經(jīng)活動(dòng)。
具體來(lái)說(shuō)，課題組成員將從腦網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)算機(jī)制對(duì)人類(lèi)社會(huì)行為進(jìn)行深度模擬，從而構(gòu)建出能夠與人類(lèi)開(kāi)展高質(zhì)量社會(huì)互動(dòng)的類(lèi)腦機(jī)器人。