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任福继:引领机器人产业革命新时代

来源:  发布时间:2016-03-15

  近年来,在计算机技术、MEMS技术等的推动下,机器人开始由传统工业制造领域迅速扩展到医疗生物、矿产勘探、教育娱乐、救援救助等多个领域。“冷冰冰”的工业机器人,开始有了性质上的转变,智能服务机器人渐渐“抬头”。在2015年刚刚召开的世界机器人大会上,众多智能情感机器人的亮相无一不彰显着机器人的未来走向。
  
  
——记日本工程会首届院士、合肥工业大学先进智能机器研究院院长任福继
  
本刊记者 黄 健
  
  “问世间情为何物?直教人生死相许……”《一席》节目讲坛上,一位身穿白衬衫、西服裤的学者略显神秘地吟诵着。“情感计算与智能机器人”的演讲序幕缓缓拉开。
  光影中的主讲人就是十多年来“痴迷”于机器人研发的任福继教授,2009年他就作为唯一的华人学者被遴选为日本工程会首届院士。
  “直教人生死相许的,不仅仅是人,还有我们的机器人。我就是要让机器也具有情感……”任福继边说边点击了下播放器,讲坛的大屏幕上出现了一个与之相貌相似的机器人向着观众招手,“女士们先生们,下午好!欢迎大家来到一席堂”。
  其实,早在2000年,任福继就敏锐地意识到随着工业机器人在医疗、生物制造等多领域的广泛应用,未来工业机器人势必会由工业制造向智能服务迈进。而服务机器人也并非只是机械地帮助人们洗衣、擦地,而是能与人类进行“情感”交流,甚至是无障碍“对话”。
  
认知情感 开启情感机器人的探索之路
  
  上世纪80年代,日本工业机器人的应用在世界上占比高达三分之二,直接把日本国民生产总值拉到世界第二。进入90年代后,日本企业巨头、政府高层及科研工作者开始更深层次的设想,那就是“将机器人导入到家庭”。但接下来的大量实验研究表明,现代智能机器人基本能按人的指令完成比较复杂的工作,如深海探测、作战、侦查、搜集情报、抢险、服务等工作,模拟完成人类不能或不愿完成的任务,或者采用接近于人体皮肤的工业制品,打造外表与人无异的机器人……可是机器人始终并不能够成为家庭中的一份子。
  也是在这一时期,在日本人工智能领域从事研究工作的任福继,在国际上首次提出自然语言处理、自然语言理解的“超函数”理论,并将该理论成功应用到“多语翻译”领域,荣获日本自然科学源内奖。他把智能科学进行细分,提出“多语言、多功能、多媒体智能化”概念,创建了一个崭新的学科领域。同时,他也在密切关注着机器人技术的发展动向。
  在智能科学领域上的卓越成就,让任福继成为日本各大学会交流会议广泛邀请的对象。一次偶然机会,他接触到了情感计算的概念。这让本身就拥有人工智能领域丰富研究经验的他,接受得非常快,“情感原来可以用来计算,通过计算居然可以模拟出情感”。
  这时的任福继迅速意识到“若让机器人走进家庭,就必须让它与人在精神层面上交互”。他认为,从人的进化层面来讲,直立行走、使用语言、具备情感及思考力,是区别于其它动物的主要特征。而目前所生产应用的工业机器人没有情感,只是一架架冷冰冰的机器,只有人形躯壳,无法与人产生“情感共鸣”。机器人如果要进入人的生活,那么就要具备人的特征,只有这样才能达到“人机共生”。
  解决了机器人为什么有情感这个问题之后,接下来就要考虑让冰冷的机器人拥有人的“七情六欲”。那如何把这些“情感”添加到机器人身上呢?任福继反复思索。
  
量化计算 建立情感数据库
  
  “从人机交互的历史演进来看,经历了手工作业阶段、作业控制语言及交互命令语言阶段、图形用户界面阶段、多模态人机交互阶段到高级人机交互多个阶段”,任福继在“第七届全国认知科学会议暨第一届中国与世界认知科学国际会议”主题报告中着重强调了高级人机交互的概念,“到这一阶段后,机器才能够达到或无限接近人与人的交互”。
  “具有情感的高级人机交互是实现人机和谐、友好共存的有效途径。”但机器是无生命的,人是有生命的,两者之间的区别就在于有无情感。而人的情感多种多样,又是虚空无形,因此在情感的主动采集、高效融合、选择感知和意图理解等环节上的调控是否精确,是提升人机交互效果的关键。
  那么,要抓住人类特有的情感要素,首先就是感知多种情感、进行量化分析!任福继想到了情感计算!目前,为让机器人感知人类情感并产生与人类相似的情感,比较流行的研究手段是脑认知,即对人类大脑进行科学计算。
  任福继却认为,与其直接剖析复杂脑结构,认知脑功能,不如反向而行,通过外界信息(如语言、语音、面部表情、手势姿态等)的逆向推演,利用情感计算的手段,模拟与情感之间的关系,间接地认识脑功能,认知情感机制。
  “高级人机交互要想突破现有技术瓶颈,关键取决于对智能机器人赋予的情感计算与交互能力。而以智能机器为载体、以多元感知为手段、以情感计算为突破是实现高级人机交互的有效途径。”于是,他带领团队设置了“机器人个性化人格库”,在此基础上创建了“人类情感认知与机器情感创生”的工学模型,把人的情感认知与机器的情感创生出来了。
  另外,考虑到在外界影响下人的情感类型会不同,他带领团队又提出了令世界瞩目的“心状态转移网络”理论。任福继介绍说,“首先将人的内心情感分为n个状态,假设它对应于信息处理过程中的n个离散状态,我们称为心状态。当各状态在受到外界刺激时,依据这之前的状态将向另外的状态转移,这就是这个时间点后的情感状态。根据大数据,可以分析得到这个心状态转移网络。”
  任福继团队把提出的“人类情感认知与机器情感创生”与“心状态转移网络”的研究成果形成论文,荣获IEEE、ICAI国际会议杰出论文奖,技术水平已领先世界。
  可是,新问题又来了。心状态转移网络这“情感”大数据的创建与应用,怎么在机器人身上实现呢?于是,任福继带领团队开始筹划起了“丰心工程”项目。
  
丰心工程 为情感机器人安上“心脑”
  
  情感机器人的用途只是交流情感、陪护人吗?诚然不是。它还能够识别人的情绪、判断人的心理,像“人”一样预测人的未来行为。
  人往往会把一些情感有意识或无意识地潜藏起来,并不外露。会排斥亲人、朋友,但可能会被记述在纸、博客、微博、空间等各个“相对封闭”的角落,渴望与陌生人进行些许交流。而这些不广为人知的记述往往能够反映出一个人内心最为真实的想法。若机器人能认知这些情感,了解人的内心世界,并与人进行情感交流,那世间会不会少些抑郁症患者、少些自杀悲剧呢?
  这就是“丰心工程”项目的前期设想。2007年,任福继带领团队正式创立“丰心工程”,开始了情感语料库的构建工作。
  “把情感语料库输入到机器人身上,让机器拥有“大脑”功能,能够根据人的语言表达来认知人的情感并自身生成适当的情感语句,与人进行相互交流”,即“用工程的方法去感知人的情感及心理状态,由此丰富人们的内心”。
  “丰心工程”的创建,让机器人拥有情感的研究进程又向前迈进了一大步。
  任福继举了个例子。2008年汶川大地震后,国内某县委宣传部副部长承受着幼子遇难的巨大悲痛,全身心完成抗震救灾工作后自缢身亡。在他生前的博客中,有写道:“……儿子,你走了,带走了我们所有的希望……”“……假如,某一天,我死了,爸爸,请您不要哭泣,我真的活得太难了,人生为什么总是充满苦难,充满艰辛,充满离愁……”
  假设当时有情感机器人,通过这些文本识别出情感,就可以发现他“选择自杀”的危险信号,就能够找出一条更完美的解决途径,避免悲剧发生。“利用我们研制出来的情感机器人,可以明显计算出他的自杀曲线已濒临危险边界”,任福继认为文本情感的计算,是情感机器人的必备功能。
  除此之外,通过大量考察,任福继还从语音、表情、姿态等情感状态上建立语料库,试图从客观上尽量还原出人的心理状况。此项科研成果得到了业界广泛认可,由他主持的“基于先进智能的心理健康的感知与计算”也被列为国家自然科学基金重点项目。其成果获吴文俊人工智能科学技术奖创新奖一等奖。
  
立足现实 跑赢情感机器人市场
  
  虽然中国在情感机器人技术方面,取得了一定程度的发展。但仍需认清现有格局,把握未来方向。
  近年来,机器人的使命已开始逐渐“跳出”传统工业制造范畴,“触角”开始迅速延伸到其他领域。拥有不同功能的专用服务机器人被深入研发。“要在精确的情感体系调控下,量化生产专用服务机器人”成为大势所趋。
  由软银开发的情感机器人“佩贝”的出现,可以看作是第一款商业化情感机器人。随后,2015年“双11”活动期间,由国内知名机器人制造商——科沃斯公司发布的各种家庭服务情感机器人,比如“窗宝”“地宝”等,掀起“狂卷风”般的购买浪潮;在2015年世界机器人大会上,又涌现出多款“宝贝”,尤其是美女情感机器人“Geminoid F”的出现,吸引了众人眼光。在老人护理、患者看护、儿童陪伴、学习教育、智慧家庭、和谐社区、服务中心、咨询机构、医疗健康、通信交流、游戏娱乐等诸多方面,一些情感机器人都得到应用。比如合肥工业大学与中航工业洪都共同研制开发的“情感轮椅”,由里奥推出的“儿童陪护机器人”等都被应用到实际生活中。
  任福继认为,在不久的将来,情感丰富的专业服务机器人会越来越受人们的青睐。据统计,目前至少有48个国家在发展机器人,至少25个国家涉及服务机器人的研制开发。
  2015年5月,日本“机器人革命行动委员会”正式创立,立志要建立世界机器人创新基地,把活用在中小企业、农业、护理及医疗、环境等方面的机器人数量做到世界第一,引领世界机器人的物联网时代。欧美各国一方面继续扩大工业机器人的后续研发,一方面加大服务机器人的研发投入,意欲在机器人革命时代占领一席之地。韩国也不甘落后,在服务机器人上也狠下功夫。
  任福继介绍说,第一次第二次的工业革命,让世界格局重新洗牌。现在世界又迎来了第三次机器人革命,对各国而言都是机会。强者更强,弱者变强。因此,未来机器人市场资源的占有与否、占有多少,都源自于机器人所具备的“智商”与“情商”。目前的机器人市场早已如火如荼。考察目前机器人产业的发展态势,他表示,“传统工业机器人的技术多以欧美、日本为首,近四成的机器人数量在日本。中国在工业机器人的核心研制技术上面很薄弱,但当机器人的工作场所由工业领域扩大到专业服务领域时,世界各国的研制技术都很薄弱,没有哪个国家、哪个企业拥有绝对优势”。因此,大家水平差不多,处于同一起跑线,那就看谁“跑的快”,谁就能抢占市场先机。
  任福继指出,我们应从计算机科学、人工智能、机械工程、机器人学、心理学、语言学、社会学、病理及美学等多学科领域去研制具有智能情感的服务机器人。就目前而言,各国在服务机器人的“脑智”与“心智”研发上,都处在起步阶段。因此,中国要想赶超,就要在机器人的“脑智”与“心智”上下功夫,多取得一些原创成果,掌握先端技术,才会拥有更多话语权。
  在任福继看来,利用情感计算来认知人类情感及生成机器情感,是他们当前亟待解决的难题,也是能否抢占机器人产业市场的关键。他说,科学研究的过程中总会存在不确定性因素,结果与初衷相悖离的情况经常出现。“比如我们原本想通过情感计算研制出情感机器人,可我的一个博士早在8年前就通过情感技术开发了“心灵扫描”技术,应用到了游戏中”。在服务机器人“脑智”和“心智”的建设上,科研必须要把握全过程,才能达成量化生产、服务于民的科研目的。
  
不忘初心 为中国科教事业献计献策
  
  从1986年任福继考入中科院计算所博士研究生后赴日留学,凭借多项领先于世界水平的科研成果与累积的国际声望,2009年他作为唯一的华人学者被遴选为日本工程会首届院士;与诺贝尔获奖者高锟、美国商务部长骆家辉等被全球150家媒体评选为“2009年全球华人十大新闻人物”前三名……
  任福继在语言工程、智能信息工程、情感计算及机器人研发方面躬耕十多年,享誉世界的同时,他也把自己长期积累的丰富学识与经验回馈给了自己的祖国和社会。作为全国人大、全国政协两会的海外列席代表,他对中国教育事业提出“千人计划联谊会”等多项建设性意见,并曾受到多名国家领导人接见。他还担任了多所高校的研究顾问、兼职教授,为加强中国与国际的交流,为促进科教事业发展出谋划策,为众多的科研同行指点迷津。
  2010年,合肥工业大学正式成立先进智能机器研究院,随后建立了计算机与信息学院情感计算所。在日本国立德岛大学任职的任福继应邀担任院长。他以具有情感的先进智能机器人为核心应用点,主持参与多项国家自然科学基金项目、安徽省自然科学基金项目、国家“863”项目、企业委托项目及中日联合项目等,在开展大量前沿性研究的同时,为情感计算及情感机器人的研究领域培养了一批优秀的科研人才……
  目前,任福继已经申请了“云机器人”与“机器人学校”专利。“未来,机器人们会像人类一样,具有学校”。在先进智能机器研究院研发中的高仿真人形机器人及中国美女机器人,在情感表达方面达到世界领先水平。任福继团队正在给这些未来人类的伙伴创造“心”和“脑”,也使它们能像人类一样不断进化,增强“智商”与“情商”。
  功崇惟志,业广惟勤。我们无比笃定在不久的将来,中国学者必将让智能机器人技术将走向世界前列。让服务智能型机器人成为一个拥有丰富“情感”的仿真人,走进我们每一个家庭,和人类进行“情感交流”,为我们“排忧解难”。到那时,世界将迎来一个与人类友好共生的机器人时代。
  
  
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2024年4月

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