深度学习: 智能时代的核心驱动力量

电影经常将人工智能描述为像人类一样走路和说话的机器人。不要指望AI看上去像1984年的科幻电影《终结者》里操着德国口音的终结者那样。不过，你会与2013年的科幻电影《她》中萨曼莎一样的AI声音交流，并和2017年科幻电影《星球大战：原力觉醒》中R2-D2和BB-8一类的机器人进行互动。AI已经是日常生活的一部分。认知设备，比如亚马逊Echo智能音箱的语音助理Alexa，已经能和你交谈，并很高兴能让你的生活更轻松，更有满足感，就像2017年电影《美女与野兽》中的时钟和茶具一样。生活在一个拥有那样物种的世界里会是什么样子呢？来看看我们迈向社交机器人的第一步吧。

目前，人工智能的进展主要集中在感官和认知方面，运动和行为智能的进展还未见端倪。有时我演讲的开场白便是，大脑是已知宇宙中最复杂的设备。但我的妻子比阿特丽斯是一位医生，她经常提醒我说，大脑只是身体的一部分，而身体比大脑更复杂，尽管身体的复杂性（从运动性演变而来）是不同的。

我们的肌肉、肌腱、皮肤和骨骼能够积极地适应世界的变迁、地心引力和其他同类。从内部来说，我们的身体是化学加工的奇迹，可以将食物转化为做工精细的身体部件。它们是由内而外工作的终极3D打印机。我们的大脑从身体各个部分的内脏传感器获得输入，这些传感器不断监测身体内部活动，包括最高层次的皮层表征，就内部优先事项做出决定，并在所有相互竞争的要求之间维持平衡。从真正意义上来说，我们的身体是大脑不可或缺的组成部分，这是具身认知（embodied cognition）的核心原则。^[10]

哈维尔·莫维兰（Javier Movellan）（图12–1）来自西班牙，曾经是加州大学圣迭戈分校神经计算研究所机器感知实验室的教员和联合主任。他相信，通过打造能够与人类互动的机器人，我们将比采用传统实验研究更多地了解认知。他搭建了一个机器人婴儿，当你对它微笑时，它也对你微笑，颇得路人的喜爱。哈维尔研究了婴儿与母亲的互动，他得出的结论是，婴儿会尽量从母亲那里获得更多的微笑，同时尽量减少自己的努力。^[11]

哈维尔搭建的最著名的社交机器人Rubi看起来像是一个天线宝宝（Teletubby），有着丰富的面部表情，眉毛能够扬起表现出有兴趣，相机眼睛能够转来转去，手臂也可以抓取东西（见图12–2）。在加州大学圣迭戈分校儿童早期教育中心，18个月大的幼儿通过Rubi腹部的平板与它进行互动。

幼儿很难取悦，他们的注意力非常短暂。他们玩几分钟玩具就会失去兴趣，把它们扔到一边。他们会如何与Rubi互动呢？为了安全起见，Rubi不是按照工业强度打造的，于是第一天，男孩们就扯掉了它的胳膊。经过一些修理和加载软件补丁后，哈维尔再次进行了尝试。这一次，机器人要执行的程序是，当手臂被拉开时要放声大哭。这阻止了男孩们的“暴力”行为，并且让女孩们争相拥抱Rubi。这是社交工程领域学到的重要一课。

幼儿通过指向房间内的物体（如时钟）与 Rubi玩耍。如果Rubi不能在0.5~1.5秒的时间窗口内将视线移向物体，那么幼儿就会失去兴趣并走开。如果反应太快，Rubi的机械性就太明显了；如果反应太慢，Rubi又会让孩子们感到很无聊。一旦互惠关系形成，孩子们就会将Rubi看作是一个有感情的生命，而不是一个玩具。当Rubi被带走（到维修店进行升级）后，孩子们会感到不安。他们会被告知Rubi感到不舒服，会在家休息一天。在一项研究中，Rubi被要求教幼儿学习芬兰语单词，他们学习的速度和学英语单词一样快；教他们学习一首流行歌曲的效果就更明显了。^[12]

之前对将Rubi引入课堂环境的顾虑之一，是教师可能会担心自己在某一天被机器人取代。但事实恰恰相反：老师对Rubi表示欢迎，因为它可以作为一位辅助管理班级秩序的助手，特别是在教室里有访客时。一个能够彻底革新早期教育的实验是“千个Rubi项目”（thousand Rubi project）。这个想法是批量生产Rubi，将它们放在上千个教室中，每天通过互联网从数千次实验中收集数据。教育研究的一个问题是，在一所学校适用的方案可能不适用于另一所学校，因为学校之间存在很多差异，特别是教师之间的差异。“千个Rubi项目”也许能够考察许多关于如何改进教育实践的想法，并且可以探究在各地服务于不同社会经济群体的学校之间的差异。虽然能够让项目开展起来的资源一直没有到位，但这仍然是一个好主意，应该有人来跟进。

双腿站立的机器人很不稳定，需要一个复杂的控制系统来防止它们翻倒。而且事实上，婴儿需要12个月才能学会走路而不会摔倒。在第2章中已经做过简短介绍的罗德尼·布鲁克斯（见图12–3），想要打造能够像昆虫一样走路的6条腿机器人。他发明了一种新型控制器，可以对6条腿的动作进行排序，能够让机器人蟑螂向前移动并保持稳定。他那开创性的想法是，让腿部与环境进行的机械交互作用代替抽象的计划和计算。他认为，要让机器人完成日常任务，它们较高的认知能力应该基于感官运动（sensorimotor）与环境的相互作用，而不是抽象的推理。大象具有高度的社会性，有着强大的记忆力，并且还是器械天才，^[13]但它们不会下国际象棋。^[14] 1990年，布鲁克斯继续创立了iRobot，迄今为止已经卖掉了超过1000万个Roombas扫地机器人来清洁更多的地板。

工业机器人具有坚硬的关节和强大的伺服电机，这使得它们看起来和感觉起来都很机械化。2008年，布鲁克斯创立了Rethink Robotics公司，该公司设计出了一个关节柔韧，可以转动手臂的机器人Baxter。它的每个手臂可以按要求来移动，还会自行编程以重复执行过的动作顺序，人们不必再编写一个程序来移动Baxter的手臂了。

莫维兰比布鲁克斯更进一步，开发出了一种名为“Diego San”（在日本制造）的机器人宝宝^[15]，其电动机是气动的（由气压驱动），对比大多数工业机器人使用的刚性转矩电机，Diego San所有的44个关节都更柔软（见图12–4）。制作它们是基于这样一个灵感：当我们拿起某件东西时，我们身体中的每一块肌肉都会在一定程度上被牵动（如果我们一次只移动一个关节，看起来就会像机器人）。这使我们能够更好地适应不断变化的负载情况以及与世界的互动。大脑可以同时自然流畅地控制身体中的所有自由度——所有关节和肌肉——而DiegoSan项目的目标是找出大脑是怎么做到这一点的。Diego San的脸上有27个运动部件，可以表达各种各样的人类情感。^[16] 机器人宝宝的动作非常逼真。虽然哈维尔有几个成功的机器人项目，但Diego San并不是其中之一。他并不知道如何使机器人婴儿的表现像人类婴儿那样流畅。