智能機器人

一 智能機器人特點

智能機器人機器人現在已被廣泛地用於生產和生活的許多領域,按其擁有智能的水平可以分為三個層次.一是工業機器人,它只能死板地按照人給它規定的程序工作,不管外界條件有何變化,自己都不能對程序也就是對所做的工作作相應的調整.如果要改變機器人所做的工作,必須由人對程序作相應的改變,因此它是毫無智能的.二是初級智能機器人.它和工業機器人不一樣,具有象人那樣的感受,識別,推理和判斷能力.可以根據外界條件的變化,在一定範圍內自行修改程序,也就是它能適應外界條件變化對自己怎樣作相應調整.不過,修改程序的原則由人預先給以規定.這種初級智能機器人已擁有一定的智能,雖然還沒有自動規劃能力,但這種初級智能機器人也開始走向成熟,達到實用水平.三是高級智能機器人.它和初級智能機器人一樣,具有感覺,識別,推理和判斷能力,同樣可以根據外界條件的變化,在一定範圍內自行修改程序.所不同的是,修改程序的原則不是由人規定的,面是機器人自己通過學習,總結經驗來獲得修改程序的原則.所以它的智能高出初能智能機器人.這種機器人已擁有一定的自動規劃能力,能夠自己安排自己的工作.這種機器人可以不要人的照料,完全獨立的工作,故稱為高級自律機器人.這種機器人也開始走向實用.

二 智能機器人作用

智能機器人我們從廣泛意義上理解所謂的智能機器人，它給人的最深刻的印象是一個獨特的進行自我控制的「活物」。其實，這個自控「活物」的主要器官並沒有像真正的人那樣微妙而複雜。智能機器人具備形形色色的內部信息傳感器和外部信息傳感器，如Q、聽覺、觸覺、嗅覺。除具有感受器外，它還有效應器，作為作用於周圍環境的手段。這就是筋肉，或稱自整步電動機，它們使手、腳、長鼻子、觸角等動起來。智能機器人之所以叫智能機器人，這是因為它有相當發達的「大腦」。在腦中起作用的是中央計算機，這種計算機跟操作它的人有直接的聯繫。最主要的是，這樣的計算機可以進行按目的安排的動作。正因為這樣，我們才說這種機器人才是真正的機器人，儘管它們的外表可能有所不同。我們稱這種機器人為自控機器人，以便使它同前面談到的機器人區分開來。它是控制論產生的結果，控制論主張這樣的事實：生命和非生命有目的的行為在很多方面是一致的。正像一個智能機器人製造者所說的，機器人是一種系統的功能描述，這種系統過去只能從生命細胞生長的結果中得到，現在它們已經成了我們自己能夠製造的東西了。智能機器人能夠理解人類語言，用人類語言同操作者對話，在它自身的「意識」中單獨形成了一種使它得以「生存」的外界環境——實際情況的詳盡模式。它能分析出現的情況，能調整自己的動作以達到操作者所提出的全部要求，能擬定所希望的動作，並在信息不充分的情況下和環境迅速變化的條件下完成這些動作。當然，要它和我們人類思維一模一樣，這是不可能辦到的。不過，仍然有人試圖建立計算機能夠理解的某種「微觀世界」。比如維諾格勒在麻省理工學院人工智能實驗室里製作的機器人。這個機器試圖完全學會玩積木：積木的排列、移動和幾何圖案結構，達到一個小孩子的程度。這個機器人能獨自行走和拿起一定的物品，能「看到」東西並分析看到的東西，能服從指令並用人類語言回答問題。更重要的是它具有「理解」能力。為此，有人曾經在一次人工智能學術會議上說過，不到十年，我們把電子計算機的智力提高了10倍；如維諾格勒所指出的，計算機具有明顯的人工智能成分。不過，儘管機器人人工智能取得了顯著的成績，控制論專家們認為它可以具備的智能水平的極限並未達到。問題不光在於計算機的運算速度不夠和感覺傳感器種類少，而且在於其他方面，如缺乏編制機器人理智行為程序的設計思想。你想，現在甚至連人在解決最普通的問題時的思維過程都沒有破譯，人類的智能會如何呢——這種認識過程進展十分緩慢，又怎能掌握規律讓計算機「思維」速度快點呢？因此，沒有認識人類自己這個問題成了機器人發展道路上的絆腳石。製造「生活」在具有不固定性環境中的智能機器人這一課題，近年來使人們對發生在生物系統、動物和人類大腦中的認識和自我認識過程進行了深刻研究。結果就出現了等級自適應系統說，這種學說正在有效地發展着。作為組織智能機器人進行符合目的的行為的理論基礎，我們的大腦是怎樣控制我們的身體呢？純粹從機械學觀點來粗略估算，我們的身體也具有兩百多個自由度。當我們在進行寫字、走路、跑步、游泳、彈鋼琴這些複雜動作的時候，大腦究竟是怎樣對每一塊肌肉發號施令的呢？大腦怎麼能在最短的時間內處理完這麼多的信息呢？我們的大腦根本沒有參與這些活動。大腦——我們的中心信息處理機「不屑於」去管這個。它根本不去監督我們身體的各個運動部位，動作的詳細設計是在比大腦皮層低得多的水平上進行的。這很像用高級語言進行程序設計一樣，只要指出「間隔為一的從1～20的一組數字」，機器人自己會將這組指令輸入詳細規定的操作系統。最明顯的就是，「一接觸到熱的物體就把手縮回來」這類最明顯的指令甚至在大腦還沒有意識到的時候就已經發出了。　把一個大任務在幾個皮層之間進行分配，這比控制器官給構成系統的每個要素規定必要動作的嚴格集中的分配合算、經濟、有效。在解決重大問題的時候，這樣集中化的大腦就會顯得過於複雜，不僅腦顱，甚至連人的整個身體都容納不下。在完成這樣或那樣的一些複雜動作時，我們通常將其分解成一系列的普遍的小動作（如起來、坐下、邁右腳、邁左腳）。教給小孩各種各樣的動作可歸結為在小孩的「存儲器」中形成並鞏固相應的小動作。同樣的道理，知覺過程也是如此組織起來的。感性形象——這是聽覺、視覺或觸覺脈衝的固定序列或組合（馬、人），或者是序列和組合二者兼而有之。學習能力是複雜生物系統中組織控制的另一個普遍原則，是對先前並不知道、在相當廣泛範圍內發生變化的生活環境的適應能力。這種適應能力不僅是整個機體所固有的，而且是機體的單個器官、甚至功能所固有的，這種能力在同一個問題應該解決多次的情況下是不可替代的。可見，適應能力這種現象，在整個生物界的合乎目的的行為中起着極其重要的作用。本世紀初，動物學家桑戴克進行了下面的動物試驗。先設計一個帶有三個小平台的T形迷宮，試驗動物位於字母T底點上的小平台上，誘餌位於字母T橫樑兩頭的小平台上。這個動物只可能做出以下兩種選擇，即跑到岔口後，它可以轉向左邊或右邊的小平台。但是，在通向誘餌的路上埋伏着使它不愉快的東西：走廊兩側裝着電極，電壓以某種固定頻率輸進這些電極之中，於是跑着經過這些電極的動物便受到疼痛的刺激——外界發出懲罰信號。而另一邊平台上等着動物的誘餌則是外界獎勵的信號。實驗中，如果一邊走廊的刺激概率大大超過另一走廊中的刺激概率，那麼，動物自然會適應外界情況：反覆跑幾次以後，動物朝刺激概率低、痛苦少的那邊走廊跑去。桑戴克作試驗最多的是老鼠。如老鼠就更快地選擇比較安全的路線，並且在懲罰相差不大的情況下自信地選擇一條比較安全的路線，其它作試驗的動物是帶着不同程度的自適應性來體現這一點的，不過，這種能力是參加試驗的各種動物都具有的。　控制機器人的問題在於模擬動物運動和人的適應能力。建立機器人控制的等級——首先是在機器人的各個等級水平上和子系統之間實行知覺功能、信息處理功能和控制功能的分配。第三代機器人具有大規模處理能力，在這種情況下信息的處理和控制的完全統一算法，實際上是低效的，甚至是不中用的。所以，等級自適應結構的出現首先是為了提高機器人控制的質量，也就是降低不定性水平，增加動作的快速性。為了發揮各個等級和子系統的作用，必須使信息量大大減少。因此算法的各司其職使人們可以在不定性大大減少的情況下來完成任務。總之，智能的發達是第三代機器人的一個重要特徵。人們根據機器人的智力水平決定其所屬的機器人代別。有的人甚至依此將機器人分為以下幾類：受控機器人——「零代」機器人，不具備任何智力性能，是由人來掌握操縱的機械手；可以訓練的機器人——第一代機器人，擁有存儲器，由人操作，動作的計劃和程序由人指定，它只是記住（接受訓練的能力）和再現出來；感覺機器人——機器人記住人安排的計劃後，再依據外界這樣或那樣的數據（反饋）算出動作的具體程序；智能機器人——人指定目標後，機器人獨自編制操作計劃，依據實際情況確定動作程序，然後把動作變為操作機構的運動。因此，它有廣泛的感覺系統、智能、模擬裝置（周圍情況及自身——機器人的意識和自我意識）。

三 聰明的智能機器人

智能機器人人工智能專家指出：計算機不僅應該去做人類指定它做的事，還應該獨自以最佳方式去解決許多事情。比如說，核算電費或從事銀行業務的普通計算機的全部程序就是準確無誤地完成指令表，而某些科研中心的計算機卻會「思考」問題。前者運轉迅速，但絕無智能；後者儲存了比較複雜的程序，計算機里塞滿了信息，能模仿人類的許多能力（在某些情況下甚至超過我們人的能力）。為了研究這個問題，許多科學家都曾耗盡了自己一生的心血。如第二次世界大戰期間，英國數學家圖靈發明了一種機器，這種機器成了現代機器人的鼻祖。這是一種破譯敵方通訊的系統。後來，圖靈用整個一生去幻想製造出一種會學習、有智能的機器。而在1945年10月的普林斯頓，另一位著名的數字家馮·奈曼卻設計了一個被稱為「人工大腦」的東西。他和自己的學生都是心理學和神經學的狂熱迷戀者，為了製造人類行為的數學模擬機，他們遭受了多次失敗，最後失去了製造「人工智能」可能性的信心。早期的計算裝置過於笨重，部件尺寸太大，使得馮·奈曼無法解決如何用這些部件來代替極小極小的神經細胞這樣一個難題，因為當時人類的大腦被看作是某種相互聯繫的神經元編織成的東西，所以就可以把它想象成某種計算裝置，其中循環的不是能量，而是信息。科學家們想到，如果接受這樣的對比的話，為什麼不能發明出一種使信息通過以後產生智能的系統呢？於是他們提出了人工思維的各種理論。比如，物理學家馬克便提出了企圖使機器人用二進位或二進位邏輯元件進行思維的方法。這個方法被大家認為是非常簡便的方法。1956年科學家們召開了第一屆大型研討會，許多專家學者主張採用「人工智能」這個術語作為研究對象的名稱。兩位不出名的研究者——內維爾和西蒙提出了不同凡響的設想。他們研究了兩個人藉助於信號裝置和按鈕系統進行交際的方式。這個系統要把這兩個人的行為分解為一系列簡單動作和邏輯動作。因為在這兩個研究者的工作地點裝有兩台大型計算機，所以他們倆常把自己的試驗從腳到頭倒着進行消遣取樂：把簡單的邏輯規則輸入計算機，使它養成進行複雜推理的能力。這真是一個天才的想法；計算機程序不僅進行工作，而且靠它幫助，發現了一個新定理，這個定理證明完全出乎意料之外，而且比以前所有的證明還要優美得多。內維爾和西蒙發現了一個奠定性的原則，即賦予機器人智能用不着非得弄懂人類大腦不可。需要研究的不是我們的大腦是怎樣工作，而是它做些什麼；需要分析人的行為，研究人的行為獲得知識的過程，而不需要探究神經元網絡的理論。簡單地講，應着重的是心理學，而不是生理學。　從此，研究者便開始沿着上述方向前進了。不過，他們還一直在爭論這樣的問題：用什麼方式使計算機「思維」。有一派研究者以邏輯學為研究點，試圖把推理過程分為一系列的邏輯判斷。計算機從一個判斷進到另一個判斷，得出合乎邏輯的結論。象眾所周知的三段論一樣：「所有的動物都會死掉；小刺唱是動物，因此，小刺猖也會死掉。」計算機能否獲得幼童一樣的智力水平呢？關於這個問題，科學家們有兩種相反的見解。伯克利的哲學教師德賴弗斯帶頭激烈反對「人工智能派」。他說人工智能派的理論是鍊金術。他認為，任何時候也無法將人的思維進行程序設計，因為有一個最簡單不過的道理：人是連同自己的肉體一起來認識世界的，人不僅僅由智能構成。他進一步舉例：計算機也許懂得飯店是什麼意思，但它絕不會懂得得客人是否用腳吃飯，不懂得服務小姐是飛到桌邊，還是爬到腳邊；總之，計算機永遠也不會有足夠的知識來認識世界。但麻省理工學院的研究員明斯基卻不同意德賴弗斯的觀點，他認為機器人的智能是無限的。他對「人工智能」的解釋是：這是一門科學，它使機器去做這樣一種事情，如果這種事情由人來做的話，就會被認為是有智力的行為。明斯基同時是一位物理學家、數學家，還對心理學、社會學、神經學都有所研究。他指出，人工智能是心理學的一個新門類，這個門類用實驗的方法，以計算機為手段模擬人類思維的本性。他認為自己所研究的計算機，是一門全新的科學；當然機器並不是人，它永遠沒有人的那種快樂或是痛苦的情感體驗，只是熱衷於掌握純粹的知識。舉個例子來說吧，人可以給計算機輸入「水」的概念：水是一種液體，表面是平的；如果從一個容器倒入另一個容器里，其數量不變；水可以從有洞的容器里漏出來，能弄濕衣服，等等。但是，它獲得有關水的最一般的信息之後，就盡力回答一個很重要的問題：「如果將盛滿水的玻璃杯傾斜，那會怎樣呢？」計算機在它的熒光屏上顯示出了一隻傾斜到水平位置的玻璃杯，儘管計算機知道引力定律，但它還是固執地在熒光屏上顯示：玻璃杯歪倒了，可液體就是不外流。計算機永遠不會從痛苦的、但卻是有益的經驗中體驗到那種衣服被弄濕的人所感受到的不快心情。所以有一個名叫申克的心理學家正領導一批學者從事這個令人感興趣的課題的研究：讓計算機學會閱讀和概括讀物內容，回答有關問題；讓計算機學會幾種人類語言，並互相翻譯；讓計算機學會對話、學習論證藝術、背單詞……

四 能與人對話的智能機器人

智能機器人美國耶魯大學曾經設計了一台這樣的計算機：它的存儲器里沒有保存預先準備好的固定說法，它自行編制答話，會論證，會「思考」，某種程度上有點像人。靠着心理學和信息論，科學家為自己提出了一個令世人驚異不已的課題：把人的思維方式和行為研究清楚，然後去人工模擬它。談到「人工智能」這個詞的時候，我們馬上會把它跟一些非真實的東西聯在一起。這個詞的出現，令許多人提心弔膽：機器人和人一樣了，那人類將何去何從！有的人在拚命捍衛着人類自身的最後一個堡壘，使其免遭機器人的傷害、侵犯。問題之所以複雜還在於這個詞至今還沒有形成統一的定義。明斯基說：「這是一門科學，它使機器人去做這樣一種事情，這種事情如果由人去做的話，就會被認為是有智能的行為。」這類俏皮的定義用處不大，有時簡直會把研究者引到實用形式主義的沼澤中去。另一個叫圖靈的研究者提出了人工智能的測試方法：如果人類猜不出計算機跟他談話時將表述何種內容——不知道它要說什麼，那麼，這台計算機已經達到了人的智能水平。他的這一番高論曾經引起了轟動，給學術界添了不少忙亂。為了排除計算機言語問題，這樣的對話最好是利用電傳機進行。對於許多控制專家來說，為達到圖靈所說的水平，進行了大量的工作。數不清的各種各樣的電子交談者紛紛問世。60年代末，美國控制論專家、麻省理工學院教師魏森鮑姆編成了幾個程序，其主要目的是滿足圖靈的測試條件——把吹毛求疵的技術專家搞糊塗。這種做法的基礎是似是而非的對話。在進行這種對話時，交談者只是看起來像是在交談。「交談者」實際上不去考慮交談對方所說的意思，而是把聽到的東西作些並不複雜的形式上的改變，組成自己的答話。請看：研究者說：「朋友建議我到您這兒來，他說這多少可使我快樂些。」　計算機吃驚地問道：「您的朋友建議您到這兒來？」　研究者說：「他說我總是鬱鬱不樂。」計算機說：「您鬱鬱不樂，我很遺憾。」詳盡研究了無聊空洞的沙龍對話之後，魏森鮑姆發明了他那富有魅力的　「機器人女士」。他發現他的某些同胞能在毫無興趣的情況下應付對方談話，而且他們的對話仍能很好地進行下去。這個機器人女士繼承了這一能力，能在問話中找到關鍵詞語，然後組成一些公式化的令人感到恰當的答案。看得出，這位「女士」是有些智能。但實際上，她的智能有限，只是善於偽裝罷了。「女士」的頭腦十分簡單，在人說出來的話語中，一些固定的關鍵詞語迫使它產生反應，提出一些固定的語句來。比如，當人說「你不知道某某」時，「女士」便會答道：「為什麼您認為我不知道呢？」她能說會道，但只不過是一個沙龍里閒聊的能手罷了　科爾比在斯坦福大學編制了另一種計算機程序，它與上述「女士」不同。它的任務是幫助剛剛開始工作的精神病醫生獲得某些同重病患者交談的經驗。這個程序模擬的是患迫害狂的病人。程序中存儲了一定的履歷情況：佩里，28歲，未婚，在郵局工作；他極其脆弱，對涉及他的外貌、教育和信仰等所有問題都敏感；他的愛好是看電影和賽馬；有一次，他竟朝賽馬場賭注登記員猛撲過去，因為那個人沒付給他贏得的彩金；從此，他便開始懼怕黑社會的報復。交談中，佩里的情緒經常變化。如果談話主持人經常地觸及到佩里的「痛處」，佩里便開始激動，出現妄想狂症狀。下　　醫生：「您怕黑社會嗎？」　一群精神病醫生被安排通過電傳機跟一個真病人和佩里同時進行交談，雖然他們知道其中一個交談者是計算機，但猜不出究竟哪個是計算機。這樣，圖靈測試法便開始發生作用了。後來發生了更加有趣的事，先前魏森鮑姆製作了一個模擬精神病醫生醫治某些神經功能失調症的機器人；後來產生了用這個機器人來治佩里的想法，

五 能教人的機器人

　　 智能機器人計算機事業的發展是建立在許多科學研究者「異想天開」的主觀設想和辛勤勞動的客觀實踐的基礎之上的。前面已經說過，一些學者在研製控制對話原理，做出了不少貢獻。此時，另一些實踐家和實用主義者則努力將機器人的這種新能力套在科技進步的大車上，他們決心讓機器人具備具體的領域中的某些知識。　我們知道，計算機所獲得的全部信息因素被一個相互依賴的複雜系統聯繫在一起。計算機比起邏輯推理來，更經常地採用類比和判斷的方法，它將這些要素進行歸類、合併和綜合，漸漸地發展了自己的「思維」能力。現在我們來回顧一下機器人在這個發展過程中的一些歷史性事件。　最初一批這樣的計算機誕生於50年代末。它們證明了約40個定理，並且能解答象「建造兒童金字塔」一類的簡單小問題。到60年代，人們已經能夠同計算機談論天氣之類的話題了，因為這些計算機了解氣象學，並具備正確造句所必需的句法知識。比如，如果對它說：「我不喜歡夏天下雨。」它會彬彬有禮地回答：「是的，不過夏天並不經常下雨。」此外，還有一個叫「棒球」的程序能解答與本年度比賽有關的所有問題：比賽地點、比分、參賽隊的人員情況。而「談談」程序，它已經開始對交談者的家庭關係感興趣了，儘管它確實對此一無所知。只是到了1965年，機器人「先生」才開始更多地注意詞義，而不僅是單詞在句中的排列順序。計算機「學生」也是這種類型的，像一個學習成績優秀的學生，能解答一次方程，能用流利的英語敘述解方程的順序。輸入計算機中的知識專業化程度越高，計算機掌握它們的可能性就越大。現在，有些計算機已成了真正的「技術顧問」。比如，它們已經在協助專家們去確定哪個地層礦產豐富；協助專家們作出有關傳染病的診斷。要製造出這樣的「專家」來，必須把人——專家的知識，傳授給它們。然而，不管令人多麼難以置信，主要困難仍在於怎樣把這些知識從人的大腦中「全掏」出來。比如，醫生作出診斷時，根據經驗，遵守一些規則。這些規則，他幾乎是在下意識地和機械地加以運用的。研究者們花費了好多時間去採訪醫生和其他專家，以便弄清楚他們思維過程所固有的基本規律。只要能將他們思維的全部過程還原，那麼，再把它複製於計算機程序中，這相對來說就不複雜了。從1965年開始，計算機中的第一個「專家」便由法伊根鮑姆在斯坦福製成了。它一出生，就自告奮勇地幫助化學家確定物質的分子結構；另一個技術顧問「探礦者」，工作起來更是嚴謹 智能機器人。它詳細地研究地質圖和土壤樣圖，以便確定存在的礦床。它居然在華盛頓州發現了一座蘊藏豐富的鉬礦。而計算機「醫生」，它的程序編制於70年代。它在得知診斷結果和主要症狀後，能對傳染病作出診斷。最精彩的是，如果應用人要求它解釋作出這樣診斷的理由的話，那麼它任何時候都能說明作出這種診斷的理由是這個，而不是另一個。匹茲堡大學的一位計算機專家波烏普爾和內科專家邁爾斯還設計了計算機「科達」的程序，這個計算機在其存儲器中存儲着比一個醫生在任何情況下所記住的更多的病症。它可以把事實、評定和判斷結合起來作高難的診斷。計算機竟然學會了診斷？對的，不信，請看下面的實例：有一天，人們給這台計算機輸入了一個中年人的詳細病情。當時，這個中年人臉色難看之極，呼吸困難，被救護車送到了醫院。邁爾斯初診為心臟病發作。而計算機注意到了該病人的病情——胸廓不感到疼痛，以前發作心臟病時，血壓正常，病歷中有關於糖尿病的記載，計算機先考慮了十多種疾病的症狀，否定了這些假設的疾病。然後，在熒光屏上顯示出主要診斷結果，幾分鐘後，計算機得出確診：病人是心臟病發作。而醫生要作出同樣的確診則需要幾天的時間。在某些複雜和異常情況下，它作出的確診比私人醫生的確診更為正確、更為細心。所以邁爾斯醫生認為，計算機幾乎總是願意同有足夠時間的醫學專家研究患者的每一種病症。例如，進行過附加測試以後，「科達」就可以成為醫生們的普通參謀，它甚至可以降低醫療費，因為根據計算機提出的問題，醫生指定病人去化驗的次數將會減少。現在這樣的「專家」隊伍已經擴大了。長此下去，它們定將兒孫滿堂。例如，正在研製的電子計算機，會翻譯，會辨別書面語和口語，會指出錯誤，會學習，會改正錯誤。總之，未來的「專家系統」所涉足的領域將越來越廣泛，從天上到地下，從古代到現代——真正做到「天上知三分，地上全知道」（雖有點誇張，但符合它發展的方向和人們的願望）。