拥有自我意识的机器人iCub:我是如何实现感知周围世界的

2016-08-16 10:32:15     作者:熊蒙      来源:雷锋网

论一个机器人“好闺蜜”的养成。

1961年,世界上第一只工业机器人出现在通用汽车的生产线上,它的名字叫做Unimate。半个世纪之后,机器人已经遍布各行各业,不过大部分仍然集中在工业领域中,它们大多数被固定在地上,在流水线上工作。现在,随着机器人的发展,越来越多机器人已经走出了实验室、走出了工厂,走进了我们的生活。机器人已经打破了以往的呆板形象,变得可随处移动,外表越来越像人类。更重要的,它们开始拥有自我意识,并能和环境进行互动。

意大利热亚那的IIT(意大利科技学院)研究人员打造了一款人型机器人,它的名字叫iCub(i取自《我,机器人》里的i ;Cub取自于《丛林之书》的狼群养大的人类小男孩man-cub),身长104cm,体形跟一个5岁大的小孩差不多。四肢活动范围可达53度,具有触觉和肢体协调能力,可以抓东西、玩捉迷藏,甚至还会跟着音乐跳舞。它的眼睛和头部可以跟踪运动中小球的移动轨迹,手臂上安装有定制化的压力传感器。

可以说,许多科技粉都十分熟悉这款机器人,它的名气源于实现了机器人从“听从命令”到“拥有自我意识”的跨越,在机器人发展史上具有开创意义。伴随着学习能力的逐步提高,iCub未来将可能成为电影角色“大白”那样的机器人助手,它不会把你看成主人,而是当成朋友、闺蜜,因为它可以倾听你的烦恼,甚至逗你开口一笑,再为你出个点子解决困扰。

在打造iCub的过程中,研究人员强调“认知能力的学习”,并将其作为开源平台,通过与环境交互和与人交互来获得各类行为能力和认知能力。 它吸收了真正的大脑运作的方式。研究人员设计的iCub控制系统,模拟了哺乳动物大脑中的关键过程。这些过程之间的交互,由分布式自适应控制支配。这个系统是以大脑的认知结构为模型建立起来的。

研究人员要着手建立一个模拟人类的生态自我的过程,关键在于让机器人意识到自己的身体以及它如何和周围的环境互动。 iCub 要实现这点,需要一个内部的“身体图式”,这一模型将物理部件和身体姿势联系起来。其他机器人学家可能会直接为“身体图式”编程,但意大利科技学院不这样,它们赋予iCub自行解决的能力。它进行一些微小随机运动,并观察行为后果,从中学习。人类在子宫内和婴儿早期展现出相似的探索行为,术语叫做 motor babbling(牙牙学语)。换句话说,机器人可以将虚拟的复杂行为和视觉听觉反馈联系起来,这样当它输出行为时会预期到感官反馈。这类似于婴儿学习拿物件和学说话的过程,这意味着人类以大致相似的方式了解自己的身体。

利用这种方法,研究人员努力训练 iCub,让它在自己和他人之间做出区分,这正是生态自我的一个基本方面。motor babbling 程序还让机器人学习如何摆出特定的既定姿势。将这种身体模型和对附近和表面物件的了解相结合,使得 iCub能够在不碰撞东西的情况下四处行动。

因此,他们做了一次实验,其主要目标就是能让 iCub在保持特定姿势时还能与周围进行多种接触。而为了实现目标,他们首先需要知道机器人身体的哪些部分需要接触。同时,我们还需要知道能够保持机器人稳定性的压力和扭矩。

要让 iCub在保持既定姿势时还能与周围环境进行接触,关键点是低水平关节力矩控制、任务空间反转动态控制、认为计划、解除压力和关节力矩预测。它们对于机器人保持平衡非常重要,特别是任务空间反转动态控制器,它可以用来发现这些扭矩,来让机器人在保持某一特定姿势时保持平衡。

那在实现了iCub与环境接触的技能之后,如何让它与环境进行互动呢?研究团队给出的答案是这样的:他们以一种特殊的方式编码 iCub和周围环境的互动,这样就能让它更清楚地理解和当下情景的联系。

因此,这样一来,iCub便拥有了自我意识和感知周围环境的能力。不过,拥有“读心术”的机器人或多或少有些可怕,但不管怎么说,能够拥有这样一个“好闺蜜”,何乐而不为呢?

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