哥倫比亞工程師讓機(jī)器人學(xué)會(huì)了解自己而不是周圍的環(huán)境。

正如任何運(yùn)動(dòng)員或時(shí)尚人士都知道的那樣，我們對自己身體的看法并不總是正確或現(xiàn)實(shí)的，但它是我們在社會(huì)中的行為方式的一個(gè)關(guān)鍵因素。當(dāng)你打球或穿衣服時(shí)，你的大腦一直在為運(yùn)動(dòng)做準(zhǔn)備，這樣你就可以移動(dòng)你的身體而不會(huì)撞到、絆倒或跌倒。

人類在嬰兒時(shí)期就開發(fā)了我們的身體模型，機(jī)器人也開始這樣做。哥倫比亞工程公司的一個(gè)團(tuán)隊(duì)今天透露，他們已經(jīng)開發(fā)出一種機(jī)器人，這是第一次可以在沒有任何人類幫助的情況下從頭開始學(xué)習(xí)其整個(gè)身體的模型。研究人員在最近發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人》雜志上的一篇論文中解釋了他們的機(jī)器人如何建立自己的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，以及它如何利用該模型來計(jì)劃運(yùn)動(dòng)、完成目標(biāo)并在一系列場景中避開障礙物。甚至對它身體的損傷也會(huì)被自動(dòng)檢測和糾正。

機(jī)器人可以通過視覺自建模學(xué)習(xí)全身形態(tài)，以適應(yīng)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和控制任務(wù)。圖片來源：Jane Nisselson 和 Yinuo Qin/ Columbia Engineering

機(jī)器人看著自己，就像嬰兒在鏡子大廳里探索自己

研究人員將機(jī)械臂放置在由五個(gè)流媒體攝像機(jī)組成的圓圈內(nèi)。機(jī)器人通過攝像頭觀察自己，自由地?cái)[動(dòng)。就像嬰兒第一次在鏡子大廳里探索自己一樣，機(jī)器人擺動(dòng)和扭曲以了解其身體如何準(zhǔn)確地響應(yīng)各種運(yùn)動(dòng)指令。大約三個(gè)小時(shí)后，機(jī)器人停了下來。它的內(nèi)部深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)完成了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)動(dòng)作與它在環(huán)境中占據(jù)的體積之間的關(guān)系的學(xué)習(xí)。

“我們真的很想知道機(jī)器人是如何想象自己的，”機(jī)械工程教授兼哥倫比亞創(chuàng)意機(jī)器實(shí)驗(yàn)室主任霍德利普森說，該實(shí)驗(yàn)室是這項(xiàng)工作的完成地。“但你不能只窺探神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它是一個(gè)黑匣子。” 在研究人員與各種可視化技術(shù)斗爭之后，自我形象逐漸浮現(xiàn)。“這是一種輕輕閃爍的云，似乎吞沒了機(jī)器人的三維身體，”利普森說。“隨著機(jī)器人的移動(dòng)，閃爍的云朵輕輕地跟著它移動(dòng)。” 機(jī)器人的自我模型精確到其工作空間的 1% 左右。

自建模機(jī)器人將導(dǎo)致更自力更生的自主系統(tǒng)

機(jī)器人在沒有工程師協(xié)助的情況下進(jìn)行自我建模的能力很重要，原因有很多：不僅可以節(jié)省勞動(dòng)力，還可以讓機(jī)器人跟上自身的磨損，甚至可以檢測和補(bǔ)償損壞. 作者認(rèn)為，這種能力很重要，因?yàn)槲覀冃枰�自治系統(tǒng)更加自力更生。例如，工廠機(jī)器人可以檢測到某些東西沒有正確移動(dòng)，并進(jìn)行補(bǔ)償或?qū)で髱椭��?

“我們?nèi)祟愶@然有一個(gè)自我概念，”該研究的第一作者陳博元解釋說，他領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)工作，現(xiàn)在是杜克大學(xué)的助理教授。“閉上你的眼睛，試著想象如果你采取一些行動(dòng)，比如向前伸展你的手臂或向后退一步，你自己的身體會(huì)如何移動(dòng)。在我們大腦的某個(gè)地方，我們有一個(gè)自我的概念，一個(gè)自我模型，它告訴我們我們所處的周圍環(huán)境的體積，以及隨著我們的移動(dòng)而變化的體積。”

機(jī)器人的自我意識(shí)

這項(xiàng)工作是 Lipson 數(shù)十年來尋求賦予機(jī)器人某種形式的自我意識(shí)的方法的一部分。“自我塑造是一種原始的自我意識(shí)形式，”他解釋道。“如果機(jī)器人、動(dòng)物或人類擁有準(zhǔn)確的自我模型，它就能在世界上更好地發(fā)揮作用，做出更好的決策，并具有進(jìn)化優(yōu)勢。”

研究人員意識(shí)到圍繞通過自我意識(shí)授予機(jī)器更大自主權(quán)的限制、風(fēng)險(xiǎn)和爭議。利普森很快承認(rèn)，正如他所指出的，這項(xiàng)研究中展示的那種自我意識(shí)“與人類相比微不足道，但你必須從某個(gè)地方開始。我們必須緩慢而謹(jǐn)慎地前進(jìn)，這樣我們才能在將風(fēng)險(xiǎn)降至最低的同時(shí)獲得收益。”