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情感机器人的可行性研究报告

作者  |  来源于  |  编辑于2012/2/25 16:07:08  |  浏览  次
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情感机器人的可行性研究报告

一、前言

 

目前的计算机从原理上讲主要是基于逻辑推理式系统,根本不存在情感能力,人工智能也只是逻辑推理能力的体现。让计算机和机器人具有人类式的情感,是许多科学家的梦想。与人工智能技术的高度发展相比,人工情感技术所取得的进展却是微乎其微,情感始终是横跨在人脑与电脑之间无法愈越的鸿沟。很长时间内,情感机器人只能是科幻小说中的重要素材,很少纳入科学家们的研究课题之中。

然而,科学的发展没有禁区,世界上也没有不能认识的事物。既然我们能够实现一般思维的数字化,必然可以实现情感的数字化;既然能够实施人工智能,就必然能够实施人工情感;既然能够制作智能机器人,就必然能够制作情感机器人。这显然只是个时间问题,而绝对不是可能与不可能、现实与不现实的问题。

 

 

二、情感机器人产生的历史必然性

 

人类社会经历了第一次浪潮(农业革命)和第二次浪潮(工业革命)之后,正在展开声势浩大的第三次浪潮——信息革命。信息革命主要包括信息生产和信息处理两个方面。在信息革命时期,科学技术各学科专业的迅速分化和社会生产各行业分工的日趋细化,各种科学技术的大量产生,形成了信息爆炸的局面,信息处理方面的发展水平逐步成为信息革命发展的瓶颈,社会在信息处理方面一旦取得重要成果往往会引发和促进整个人类社会在经济、政治和文化领域的深刻变革,因此计算机技术的发展水平可以看作是信息革命浪潮的中心线索,人工智能(包括人工情感)的发展水平又可以看作是计算机发展的核心内容。

1、科学技术发展的迫切需要。今天,科学技术正在步步逼近自然界的各种极限,目前超高温、超低温、超真空、超导、超强磁场、彻底失重等研究已经取得了很大进展。工业革命有力地促进了各独立学科的专业化发展,信息革命促进了各学科朝着综合性、交叉性、极限性、特异性、精确性的方向发展。尽管如此,科学技术对于人脑自身的研究却举步维艰,虽然人们在生命科学(如生物技术、遗传工程等)上不断取得进展,并在物理层次和生理层次上对于人脑内部结构的认识也不断深入,但是,对于人脑各组成部分的功能特性及其逻辑关系的认识却始终是模糊的。目前,计算机科学的发展经历了算术运算、数学运算、逻辑推理、专家系统和模式识别等五个发展阶段,在人工智能的认知领域已经取得了显著的成果,但在人工智能的情感领域却收获甚微。情感是人类智能的重要组成部分,也是生命科学的重要组成部分,没有情感的智能是残缺不全的,不解决人工情感的理论问题,生命科学中的许多理论问题将无法解决。人工情感又是一门高度综合性的科学,广泛涉及哲学、生理学、心理学、生物学、思维科学、社会学、计算机、医学等多门学科,情感理论的发展状态将会对这些学科的发展状态产生重要的影响,情感理论的发展如果受到制约,必然会对其它学科的发展产生严重的制约。

2、计算机应用扩展的迫切需要。虽然计算机在人工智能方面已经取得了突出的成就,能够在算术运算、数学运算、逻辑推理、专家系统和模式识别等方面出色地完成人所赋予的许多工作任务。然而,这远远不够,人们期待着计算机在替代、帮助、补偿和强化人类劳动的众多方面应该有更多、更好的作为。目前,计算机的应用扩展迫切需要解决三个方面的的问题:一是要建立和谐而自然的人机界面。如今人类生活已经无法离开计算机了,在计算机不断升级的同时,人与计算机之间的交互方式却没有什么明显的改变,基本上是借助于键盘、鼠标等被动式的中介手段,计算机无法理解和适应人的情绪或心境。人们相互之间的沟通与交流是自然而富有感情的,计算机如果没有情感能力,就很难指望它具有类似人一样的高层次智能,也很难期望人机交互真正实现和谐与自然。二是要进一步提高计算机自身运行的速度和效率。大家都知道,一方面计算机对于一些非常复杂而繁琐的问题能够轻松而快速地解决,其运转速度、记忆容量和计算准确率等是任何人都无法跟它相比的,另一方面对于一些非常简单而直观的常识性问题却无所作为,智力远不如一个三岁儿童,这主要是因为人脑能够在情感的引导下,按照某些价值特性参量(如重要性、紧迫性、倾向性、经验性和关联性等)来生产、筛选、组织和使用信息,从而可以简化过程,节约资源,加快速度,减少差错。由此可见,人工情感有一个非常重要而往往容易被人们所忽略的作用,那就是提高计算机自身资源的效率和速度。三是要使计算机的运行具有更多的自主性和创造性。目前的智能机器人都是在人的严格控制之下,在特定的时间和特定的顺序完成所有规定的程序或动作,没有任何自主性和创造性。情感的赋予就能够使机器人具有与人类完全一样的行为灵活性、决策自主性和思维创造性。

3、社会生产力发展的迫切需要。人类进入信息社会后,信息的爆炸使社会生产力出现了突飞猛进的发展,同时信息的传播速度、处理速度、运算正确率、存贮容量、检索速度等越来越赶不上社会生产力的发展需要,从而使信息处理手段的发展水平逐渐成为社会生产力持续快速发展的决定性因素。目前计算机的人工智能水平已经达到了一个空前的高度,许多方面已经大大超过了人脑的智能水平,可供进一步发展的空间已经越来越狭小,人们急需寻找一个新的突破口,来实现人工智能的又一次历史性飞跃,以满足社会生产力对于信息处理手段不断增长的需要。显然,发展人工情感是实现人工智能水平质的飞跃的重要途径,也是社会生产力形成新的跨跃的重要途径。

总之,计算机的出现揭开了人类社会第三次伟大浪潮——信息革命的序幕,情感机器人的出现将把这次伟大浪潮推向一个全新的发展阶段。在未来几十年,情感机器人或情感电脑也必将成为一个具有勃勃生机的朝阳产业,具有极为巨大的市场前景。

 

 

三、情感机器人的理论来源及根本缺陷

情感机器人就是赋予了人类式情感的机器人,使之具有表达、识别和理解喜乐哀怒的能力。关于情感机器人的理论就是人工情感理论,它有几种不同的表述方式:情感计算(Affective Computing)、人工心理(Artificail Psychology)和感性工学(Kansei Engineering)等。

1、情感计算。情感计算的概念是在1997年由MIT媒体实验室Picard教授提出,她指出情感计算是与情感相关,来源于情感或能够对情感施加影响的计算。中国科学院自动化研究所的胡包刚等人也通过自己的研究,提出了对情感计算的定义-情感计算的目的是通过赋予计算机识别、理解、表达和适应人的情感的能力来建立和谐人机环境,并使计算机具有更高的、全面的智能

    2、人工心理。人工心理理论是由中国北京科技大学教授、中国人工智能学会人工心理与人工情感专业委员会主任王志良教授提出的。他指出,人工心理就是利用信息科学的手段,对人的心理活动(着重是人的情感、意志、性格、创造)的更全面内容的再一次人工机器(计算机、模型算法等)模拟,其目的在于从心理学广义层次上研究人工情感、情绪与认知、动机与情绪的人工机器实现的问题。

3、感性工学。日本从上世纪九十年代就开始了感性工学(Kansei Engineering)的研究。所谓感性工学就是将感性与工程结合起来的技术,是在感性科学的基础上,通过分析人类的感性,把人的感性需要加入到商品设计、制造中去,它是一门从工程学的角度实现能给人类带来喜悦和满足的商品制造的技术科学。

情感机器人的这三种理论有一个根本缺陷,都是从心理学层面上理解情感,不了解情感的哲学本质,没有建立科学的情感数学模型。

 

 

四、情感机器人发展的理论障碍

人工情感包括三个方面:情感识别、情感表达与情感理解(或情感思维)。目前,世界各国的科学家在情感识别与情感表达两个方面所取得的成果非常显著,但在情感理解或情感思维方面却收获甚微。其根本原因在于,到目前为止,没有一个科学家能够真正了解情感的哲学本质及客观目的是什么,没有创立一个全新的、科学的、数学化的情感理论,没有建立一个真正的情感数学模型。

目前的人工智能实际上只是人工认知,它是狭义的人工智能。知、情、意是人类三种基本的思维形式,那么广义的人工智能应该包括人工认知、人工情感和人工意志三个方面,因此要想由狭义的人工智能朝向广义的人工智能发展,就必须首先解决一系列有关情感的基本理论问题:什么是情感?情感的客观目的是什么?认知与情感到底有何区别?等等,而这些深层次的理论问题是当今的哲学、思维科学、生命科学和心理学等没能真正解决的。计算机的人工智能水平在经历了一段时间的突飞猛进之后,如今已经接近了它的理论上的发展极限,显然,不解决上述深层次的、哲学层面上的理论问题,不解决人工智能人工情感情感计算理论所存在的一系列严重的危机与哲学错误,要想研究真正意义的情感机器人是绝对不可能的。

目前的人工情感理论存在三个方面的严重缺陷:

1、不了解情感的哲学本质。情感是人类的一种主观意识,它必然是人脑对于某一种客观存在的主观反映,这种客观存在就是价值(或利益),情感与价值的关系就是主观与客观的关系,因此情感的哲学本质就是人脑对于事物价值特性的一种主观反映,情感的思维实际上就是人脑对于价值的思维,对于情感的计算实际上就是对于价值的计算。而目前所有人工情感的研究者们都不知道这一点,他们总是试图通过测量和计算情感产生过程的各种生理指标(如心率、血压、脑电波、呼吸、瞳孔直径、激素分泌、血液成份等)的变化数据来确定情感强度的变化情况,来研究情感的变化规律,其结果必然是:在主观范围内绕圈子,在表面形式上打循环。事实上,情感的感受强度、表达强度和生理唤醒指标等三个方面只是反映了情感在感受、作用和表达过程中所体现的生理指标,都属于情感的主观表现形式,而不是情感所反映的客观内容。情感所反映的客观内容就是主体所拥有的价值关系或利益关系及其变化,对于情感表现形式所激发的生理指标的计算,只能反映情感的表面形式,而不能反映情感的客观内容,只有对情感所反映的客观内容——价值关系进行计算,才能客观地、准确地、全面地反映情感运行的真实状态。情感是人脑对于事物价值特征的主观反映,其客观目的在于引导人更好地识别价值、消费价值、创造价值和表达价值,因此情感的识别实际上就是价值的识别,情感的表达实际上就是价值的表达,情感的计算实际上就是价值的计算。

2、不了解情感的主要功能。目前的人工情感研究者们只知道情感的功能作用在于使人或机器更具有人情味、更友好、更容易形成自然而亲切的人与机交互,营造真正和谐的人机环境。事实是,情感的功能远非如此!情感除了帮助建立机器人的人性化界面,还能够有效地提高思维的效率与速度,而且,情感还有一个更重要的功能,那就是:情感是人的行为灵活性、决策自主性和思维创造性的根本来源。智能机器人主要的缺陷在于:只能按照人预先编制的程序进行动作,不能自主地确立和调整价值目标,不能创造性地制订和修改总体规划及行为方案,不能总结经验和吸取教训。智能机器人一旦具有了情感,就能够以达到既定的意志目标为行为方向,以内设的价值观系统(或情感系统)、认知系统和意志系统为价值计算依据,以实现最大价值率为行为准则,建立一系列价值计算的函数关系式或约束方程式,再根据机器人所处的自然环境和人文社会环境确定若干个边界条件,选定情感和意志的动力特性参数,就可以主动地、创造性地调整整体规划、行为方案和具体动作,然后对行为的最终结果进行价值评价,以便及时地修正价值观系统(或情感系统)、认知系统和意志系统,达到总结经验和吸取教训的目的。

3、不了解情感的内在逻辑程序。目前,人工情感的研究者们完全不了解情感运行的内在逻辑程序,只知道人在进行情感反应时各种生理指标的变化数据。事实上,人在进行情感表达、情感识别和情感思维过程中,遵循着特定的逻辑程序。情感表达的逻辑程序大致是:人通过感觉器官接收刺激信号,大脑就会把以前存储在价值观系统中该事物的主观价值率提取出来,与自身的中值价值率进行比较、判断和计算。当前者大于后者时,就会在大脑中的边缘系统(该组织决定着情感的正负)的奖励区域产生正向的情感反映(如满意、自豪);当前者小于后者时,就会在大脑中的边缘系统的惩罚区域产生负向的情感反映(如失望、惭愧)。大脑然后对价值的目标指向、变化方式、变化时态、对方的利益相关性等进行判断,从而确定和选择情感表达的基本模式。此外,情感识别、情感计算与情感调控也遵循着特定的逻辑程序。如果不了解情感运行的内在逻辑程序,就不可能研制出真正意义的情感机器人。

4、不了解情感的数学模型。目前的心理学没有建立任何的情感数学模型,也不知道情感的数学变化规律。显然,要实现情感的数字化,就必须首先建立情感的数学模型。事实上,人的情感可以通过情感矩阵来进行描述,并可以进行情感的交集运算与并集运算,情感强度的变化有着特定的数学规律。情感是人脑对于事物价值特性的主观反映,虽然,事物的价值率高差在根本上决定着人的情感强度,但在一般情况下,情感的强度并不与事物的价值率高差成正比,而是一种特殊的指数函数关系。

正是上述的理论障碍,在根本上决定了情感机器人的发展局限性。目前,各国所声称拥有情感的机器人,最多只能模拟人的某些情感表达方式,并进行一些简单的情感识别,不可能具有真正意义上的内在情感思维。

 

五、情感机器人的理论框架

情感的产生与运行是一个非常复杂的过程,情感机器人的研发必须建立在科学的情感理论的基础之上,才是现实的,没有一个全新的科学的情感理论作指导,要研发真正意义上的情感机器人是不可能的。这种全新的情感理论必须突破心理学的局限,也必须突破社会科学的局限,成为一门独立的、横跨自然科学与社会科学的交叉性科学理论,其根本目的在于:情感数字化。这种全新的情感理论就是数理情感学,它以统一价值论为理论前提,采用数理逻辑方法分析情感现象与情感规律的科学。

归纳起来,统一价值论数理情感学主要通过如下步骤共同完成情感机器人的理论框架。

1、实现所有不同价值的统一度量。改造物理学的耗散结构论,从物理学角度定义价值概念(即广义有序化能量),使价值理论建立在自然科学的基础之上;实现生活资料使用价值的统一度量;然后,实现劳动价值的统一度量;实现生产资料使用价值的统一度量。这样一来,所有价值都有着统一、明确而稳定的度量标准或度量尺度:能量尺度(焦耳)。

2、推导出广义价值规律最大有序化法则推导出最大价值率法则(价值率就是单位时间内产出价值与投入价值的比值,在经济领域,价值率就是利润率); 最大价值率法则推导出选择倾向性法则中值价值率法则 中值价值率法则推导出广义价值规律。广义价值规律的基本内涵就是:事物的价值率不断趋近于主体的中值价值率。或者说,事物的价值率高差(即事物的价值率与主体的中值价值率之差)不断趋于零。

3、揭示认知、情感与意志的哲学本质及相互关系知(认知)、情(情感)、意(意志)是人类心理活动的三种基本形式,分别是对事实关系、价值关系和自身行为关系的一种主观反映;价值关系是一种特殊的事实关系,自身行为关系是一种特殊的价值关系,因此,情感是一种特殊的认知,意志又是一种特殊的情感;认知主要是关于是如何的认识,情感主要是关于应如何的认识,意志主要是关于怎么办的认识;情感以认知为基础,认知以情感为导向,意志以情感为基础,情感以意志为导向。

4、建立情感的数学模型。情感与价值观的哲学本质都是人脑对于事物价值特性的一种主观反映,其中,情感是对事物价值特性的间接性和相对性反映,而价值观是对事物价值特性的直接性和绝对性反映;价值观的客观目的在于识别事物的价值率,可以采用所有不同事物的价值率所组成的数学矩阵来描述一个人的价值观系统(即={ωi×jm×n);情感的客观目的在于识别事物的价值率高差,可以采用所有不同事物的价值率高差所组成的数学矩阵来描述一个人的情感系统(即={μi×jm×n);情感矩阵与相应的作用系数矩阵一起,可以进行交集运算与并集运算;情感系统中的每个情感元素又可以由若干个情感子元素所组成的情感矩阵来构成,从而构成二维和多维的情感矩阵。

5、建立意志的数学模型。意志的哲学本质都是人脑对于自身行为价值特性的一种主观反映意志的客观目的在于识别和处理自身行为的价值率,可以采用所有不同行为方式的价值率高差所组成的数学矩阵来描述一个人的意志系统(即={xi×jm×n);意志矩阵与相应的作用系数矩阵一起,可以进行交集运算与并集运算;意志系统中的每个意志元素又可以由若干个意志子元素所组成的意志矩阵来构成,从而构成二维和多维的意志矩阵,即超复杂行为的意志由若干复杂行为的意志矩阵所组成,复杂行为的意志又由若干简单行为的意志矩阵所组成,简单行为的意志由若干本能行为的意志矩阵所组成。

6、阐述情感运行的内在逻辑程序。情感表达的逻辑程序大致是:接收事物的刺激信号,提取该事物的价值观,比较人自身的中值价值率,确定情感的强度与方向,选择情感表达模式,接收和处理情感表达所产生的反馈信号;情感识别的逻辑程序大致是:接收事物的刺激信号,检测和提取特征参数,比较情感模式,产生情感反映,存储情感信息到情感矩阵之中;情感计算的逻辑程序大致是:将事物的价值率高差对数转换为情感强度,对情感强度进行交集、并集运算,产生新的情感强度,将情感强度指数还原为新事物的价值率高差;情感修正的逻辑程序大致是:人通过感觉与思维,了解到某事物的实际价值率高差,与大脑中情感矩阵所记忆该事物的主观价值率高差,存在一定的差异,人就会修正对于该事物的情感强度。

7、阐述意志运行的内在逻辑程序。意志表达(即行为实施)的逻辑程序大致是:接收某种价值目标事物的刺激信号,提取能够最有效实现该价值目标的多种相关行为的主观价值率(即行为价值观),比较自身的中值价值率,确定多种相关行为的意志强度与意志方向,选取具有最大意志强度的相关行为,并组织实施该相关行为。意志计算(即行为设计)的逻辑程序大致是:确立价值目标(根据自身生存与发展的需要),设计整体方案(按照最大价值率法则,把超复杂行为分解为若干个复杂行为,并通过意志的并集运算与交集运算,计算出该超复杂行为的意志强度),制定实施细则(按照最大价值率法则,把复杂行为分解为若干个简单行为,并通过意志的并集运算与交集运算,计算出该复杂行为的意志强度),落实具体行为(按照最大价值率法则,把简单行为分解为若干个本能行为,并通过意志的并集运算与交集运算,计算出该简单行为的意志强度),将上述各个层次的意志强度指数还原为相应的行为价值率高差。意志修正的逻辑程序大致是:人通过感觉与思维,了解到某行为的实际价值率高差,与大脑中意志矩阵所记忆该行为的主观价值率高差,存在一定的差异,人就会修正对于该事物的意志强度。

8、设立情感与意志的调控机制。建立各种情感模式与价值变化的对应关系,并根据实际需要,设置与调控各种情感模式;推导出情感强度第一定律(即情感强度与事物的价值率高差的对数成正比,μmlog(1+Δ)),并根据实际需要,设置与调控情感的强度系数;对情感八大动力特性(强度性、稳定性、细致性、层次性、效能性、周期性、时序性与差异性)进行精确定义,并根据实际需要,设置与调控情感的动力特性;对意志的八大动力特性进行精确定义,并根据实际需要,设置与调控意志的动力特性。情感调控的客观目的就是为了使情感的动力特性与主体所处的价值关系的变化特性相适应。意志调控的客观目的就是为了使意志的动力特性与主体各种行为价值关系的变化特性相适应。

 

六、国外情感机器人的发展状况

日本已经形成举国研究感性工学的高潮。1996年日本文部省就以国家重点基金的方式开始支持情感信息的信息学、心理学研究的重大研究课题,参加该项目的有十几个大学和研究单位,主要目的是把情感信息的研究从心理学角度过渡到心理学、信息科学等相关学科的交叉融合。每年都有日本感性工学全国大会召开。与此同时,一向注重经济利益的日本,在感性工学产业化方面取得了很大成功。日本各大公司竞相开发、研究、生产了所谓的个人机器人(Personal Robot)产品系列。其中,以SONY公司的AIBO机器狗(已经生产6万只,获益近10亿美元)和QRIO型以及SDR4X型情感机器人为典型代表。日本新开发的情感机器人取名IF”,可从对方的声音中发现感情的微妙变化,然后通过自己表情的变化在对话时表达喜怒哀乐,还能通过对话模仿对方的性格和癖好。

美国MIT展开了对情感计算的研究,IBM公司开始实施蓝眼计划和开发情感鼠标20084月美国麻省理工学院的科学家们展示了他们最新开发出的情感机器人“Nexi”,该机器人不仅能理解人的语言,还能够对不同语言做出相应的喜怒哀乐反应,还能够通过转动和睁闭眼睛、皱眉、张嘴、打手势等形式表达其丰富的情感。这款机器人完全可以根据人面部表情的变化来做出相应的反应。它的眼睛中装备有CCD(电荷耦合器件)摄像机,这使得机器人在看到与它交流的人之后就会立即确定房间的亮度并观察与其交流者的表情变化。

欧洲国家也在积极地对情感信息处理技术(表情识别、情感信息测量、可穿戴计算等)进行研究。欧洲许多大学成立了情感与智能关系的研究小组。其中比较著名的有:日内瓦大学 Klaus Soberer领导的情绪研究实验室。布鲁塞尔自由大学的D. Canamero领导的情绪机器人研究小组以及英国伯明翰大学的A. Sloman领导的 Cognition and Affect Project。在市场应用方面,德国Mehrdad Jaladi-Soli等人在2001年提出了基于EMBASSI系统的多模型购物助手。EMBASSI是由德国教育及研究部(BMBF)资助并由20多个大学和公司共同参与的,以考虑消费者心理和环境需求为研究目标的网络型电子商务系统。英国科学家已研发出名为灵犀机器人Heart Robot)的新型机器人,这是一种弹性塑胶玩偶,其左侧可以看到一个红色的,而它的心脏跳动频率可以变化,通过程式设计的方式,让机器人可对声音、碰触与附近的移动产生反应。

 

七、我国情感机器人的发展状况

我国机器人的研究始于20世纪70年代后期,863计划就将机器人技术作为一个重要的发展主题,国家投入几个亿的资金开始了机器人研究。目前,中科院沈阳自动化所、原机械部的北京自动化所、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、清华大学、中科院北京自动化所、北京科学大学等单位都做了非常重要的研究工作,代表性产品有工业机器人、水下机器人、空间机器人、核工业机器人。

我国对人工情感和认知的理论和技术的研究始于20世纪90年代,大部分研究工作是针对人工情感单元理论与技术的实现。哈尔滨工业大学研究多功能感知机,主要包括表情识别、人脸识别、人脸检测与跟踪、手语识别、手语会成、表情合成、唇读等内容,并与海尔公司合作研究服务机器人。清华大学进行了基于人工情感的机器人控制体系结构的研究。北京交通大学进行多功能感知机和情感计算的融合研究。中国科学院自动比研究所主要研究基于生物特征的身份验证。中科院心理学所、生物所主要注重情绪心理学与生理学关系的研究。中国科技大学开展了基于内容的交互式感性图像检索的研究。中国科学院软件所主要研究智能用户界面。浙江大学研究虚拟人物及情绪系统构造等。

我国国内开展的研究项目主要有:脸部运动编码系统可应用于人脸表情的自动识别与合成;“MPEG-4 V2视觉标准可以组合多种表情以模拟混合表情;针对人的肢体运动而设计的运动和身体信息捕获设备;基于生物特征的身份验证系统语调表情构造系统根据语音的时间、振幅、基频和共振峰等,寻找不同情感信号特征的构造特点和分布规律;可穿戴式计算机可用于增强和补偿人的感知功能。

 

八、情感机器人的学术动态

当前国际人工智能领域对人工情感和认知领域的研究日趋活跃。美国人工智能协会(AAAI)在199819992004年连续组织召开专业的学术会议对人工情感和认知进行研讨,我国国内的研究者也开展了许多的研究工作和学术活动。200312月在北京召开了第一届中国情感计算及智能交互学术大会。200510月在北京召开的第一届情感计算和智能交互国际学术会议,集合了世界一流的情感计算、人工情绪和人工心理研究的著名专家学者。这说明我国的人工情感和人工心理的研究在逐步展开并向国际水平看齐。

 

九、情感机器人的价值功能

        情感机器人的价值功能具体体现在:

     1、界面友好性。人在操作使用机器人时,如果机器人能够对人的面部表情、自然语言、身体姿态及对键盘和鼠标的使用特征等进行观察,以识别和理解人的情感,并通过图像、文字、语音等做出智能而友好的反应,产生生动而真实的使用环境,帮助使用者获得高效而亲切的感觉,形成自然而亲切的交互,营造真正和谐的人机环境。机器人对不同性格利益相关性、价值取向、情感特征、个人爱好和专业特长等做出不同的反应,也有利于使用者掌握其性格脾气和功能特性,有利于在智能玩具和游戏中构筑拟人化的风格和更加逼真的场景。还可以通过对不同类型的用户建模(如操作方式、表情特点、态度喜好、认知风格、知识背景等),以识别用户的情感状态,并以适合的方式呈现信息,在对当前的操作作出即时反馈的同时,还要对情感变化背后的意图形成新的预期,并激活相应的数据库,及时主动地提供用户需要的新信息。

 

2、智能效率性。价值思维与认知思维的根本差异,在于前者是具有方向性和目的性的,后者则没有。电脑或机器人一旦赋予了情感,就可以按如下的价值特性顺序要求来生产、吸收、组织和使用信息,从而可以简化思维过程,节约思维资源,加快思维速度,减少思维差错:一是价值重要性顺序,如主体将会优先发现、优先识别、优先摄取和优先使用具有较大价值量或价值率的信息;二是时间紧迫性顺序,如根据事物的变化时间紧迫性的顺序决定逻辑推理的过程是采取模糊、粗略而简明的方法,还是采取精确、严密而详尽的方法;三是利益倾向性顺序,如对于有利于(或不利于)维护自身利益的理论观点,主体总会优先发现支持(或否定)其成立的依据和证据;四是利益相关性顺序,如在对于事物的起因、现状和发展方向进行分析时,主体总是力图把自己的作用、自身的经验、自身的利益(或命运)与该事物联系起来;五是价值连续性顺序,如对于过去不友好的电脑使用者通常提供不友好的使用界面;六是价值变化的敏感性顺序,如对于陌生事物的观察与分析以及对有关信息的处理,采取较为谨慎的态度,以防虚假信息的出现或病毒的感染;七是价值知识的经验性顺序,如通过综合分析电脑使用者的相貌、体形、操作方式、操作内容、交往对象(或网站)、工作时间等,可对他的能力、性格、职业、爱好等进行经验性判断,从而为其提供高效、快捷的界面服务;八是价值特性的关联性顺序,如在对事物的起因、现状和发展方向进行分析时,主体将会参照与该事物存在价值关联性的事物的起因、现状和发展方向。总之,有了情感(或意志)的引导与调控,主体的思维(或行为)就会具有明确的目的性和方向性,从而显著地提高思维(或行为)的效率和速度。这就是为什么人脑的思维效率能够在许多方面超过电脑的根本原因。

3、行为灵活性。如果没有建立情感系统和意志系统,机器人就只能根据既定的程序、方法和手段,毫无选择地、毫无灵活性地完成既定的工作任务,最多也只能根据已经预计的某些特殊情况,个别地、机械地变更其程序、方法和手段。机器人一旦赋予人类式的情感,就能够以实现最大价值率为行为准则,根据价值观系统的引导,灵活地改变行为方案,以应对复杂多变的自然环境和社会环境。

4、决策自主性。一般机器人没有任何自主决策能力,一切按照设计者的意志办事。而情感机器人能够以达到既定的意志目标为行为方向,以内设的价值观系统(或情感系统)、认知系统和意志系统为价值计算依据,综合比较多个整体规划和行为方案的价值关系,再根据实际情况的变化,自主地选择、独立地决策具有最大价值率的整体规划和行为方案,并付诸实施。

5、思维创造性。信息是价值的真正源泉,对于既定的意志目标,具有情感的机器人能够根据最大价值率法则,不断自主地变更整体规划、行为方案、知识体系、价值观、思维方式等,并对变更之后的行为结果进行价值评价,凡是能够产生价值增长的新的整体规划、行为方案、知识体系、价值观、思维方式等,都包含着一定的信息,都包含着思维方面的创造与发明,都会被情感机器人所吸收和采用。

6、人际交往性。价值是人类生存与发展的动力源,社会和个人所追求的物质目标和精神目标都是价值目标的具体体现,任何形式的社会关系(如经济的、政治的和文化的关系)在本质上都是价值关系(或利益关系),一切形式的目标管理在本质上都是以特定价值内容为主导方向的价值管理,人类社会的一切矛盾都可归结为利益关系的矛盾,社会结构的一切变革实质上都是利益关系的调整与重构,总之,利益关系的处理与调整是社会事务(社会管理或社会服务)和人际交往的核心内容,而这一点正是通过情感系统和意志系统对人的思维与行动进行引导和控制来实现的,因此赋予情感与意志是机器人能否参与社会事务和人际交往的关键。情感的客观目的在于正确反映主体所拥有的价值关系,并为主体调整其价值关系提供决策依据和行为驱动力,机器人一旦赋予了情感和意志,就可以像人一样应对自如地处理其所拥有(或赋予)的价值关系,参与社会事务和人际交往。

 

十、情感机器人的社会影响

        将情感注入计算机或机器人具有十分重要的意义,它使电脑向人脑的方向迈进了一大步,大大增强其使用功能,扩展了其应用范围。如果机器人具有与人一样的情感和意志,就具有了独立的人格、自控的行为、自主的决策、创新的思维和自由的意志,就能够在复杂的环境条件下,了解和猜测主人的价值取向、主观意图和决策思路,灵活性、积极地、创造性地进行活动,使其运行过程具有更明确的目标性、更高的主动性和更强的创造性,圆满完成主人交给的各种复杂的工作任务,从而在更大的工作范围取代人。届时,从纯逻辑的角度来看,人与机器人就再没有任何根本性差异了,这将是人工智能技术的一次重大飞跃,必然会对人类社会的各个方面产生深刻的影响,主要体现在:

        1、经济结构的调整。情感机器人能够参与社会事务和人际交往以后,就会在越来越多的社会管理领域、生产领域和生活服务领域取代人,机器人将会成了一支越来越庞大的劳动大军,那么机器人的机体制造厂、软件开发公司、程序调整中心、医院、美容店、餐馆、俱乐部、学校、托儿所、职介所等行业将会迅速发展起来,社会的生产结构和经济结构将会出现重大调整。

        2、社会关系的调整。机器人的行为效应(如违法犯罪后果、社会与经济收益等)应该由谁来承担,是研制者、制造者、控制者还是所有者?机器人如果杀了人,应该如何处理?是全部拆卸或分解,还是重新调整程序?如果机器人被人所,人应该如何承担法律和经济责任?一方面应该如何使机器人遵纪守法,另一方面应该如何维护机器人的合法权益?机器人是否具有继承权?人与机器人、机器人与机器人之间的经济与法律纠纷应该如何处理?机器人是否具有选择权和被选举权,是否可以竞选市长?

        3、伦理观念的变迁。由于情感与意志的赋予,机器人与人之间的界线就会越来模糊,机器人具有了人性,参与了社会事务与人际交往,人应该如何对待机器人,如何处理人与机器人以及机器人之间的关系,如何评价机器人所取得的成绩,如何看待机器人的缺点和错误。机器人作为二等公民,应该如何确立其社会地位,如何看待和处理人与机器人以及机器人之间的亲情友情爱情

        4、生活方式的变更。随着机器人越来越多地替代了人类从事简单重复性工作、恶劣环境和高强度的工作,人类将会主要从事自由性、自主性、创造性和复杂性较强的工作,其工作时间的随意性、工作地点的游动性、工作内容的自主性、工作报酬的随机性和工作方式的选择性不断提高,必须会使人们的生活内容和生活方式发生着深刻的变化,包括个人消费、人际交往和家庭结构等方面的变化。此外,人将会越来越多地与机器人打交道,机器人家庭保姆将会大规模地进入家庭,并具有了越来越强的心理功能和精神功能,打电话时的第一句话可能是请问,你是人吗?请你的主人接电话

 

5、社会隐患的增多。机器人具有了情感以后,能够进行独立思考和自主行为,由于其信息的处理速度快,信息的贮存量大,运转的准确性高,在许多方面具有比人类更多的优势,他们一旦哗变,其后果不堪设想,其灾难性不会亚于核武器的大规模引爆。机器人参与社会生活以后,社会矛盾日趋复杂化,将会大大提高社会的不稳定性;机器人进入家庭(如家庭保姆、健康顾问、精神陪护等)以后,由于赋予了机器人以心理功能和精神功能,家庭矛盾也日趋复杂化,将会提高家庭的不稳定性。

6、人机一体化的发展。情感在人的思维活动中占据极为重要的地位,决定和制约着人的行为活动和其它思维活动的基本框架与总体方向,人工情感的全面实现不仅可以使计算机具有友好的、人性化的人机界面,更重要的是能够使机器人或计算机具有更高的信息处理速度与效率,具有独立的决策能力和行为控制能力,具有创造性和开拓性的思维能力。到了那个时候,从纯逻辑的角度来看,人与机器人之间已经没有任何区别了,只有机器体与肉体之间的区别了,人与机器人之间就可以实现全面的融合:一方面,机器人的一些部件(包括思维部件),可以实现肉体化;另一方面,人身上的一些部件(包括思维部件),可以实现非肉体化;第三方面,机器人与人可以进行相互转化。例如,一个人的肉体老化后,可以将其大脑中所有的认知、情感与意志方面的信息提取出来,输入机器人的大脑中暂时贮存下来,并由该机器人代为本人继续行使有关的社会职责,等本人的克隆体制作完成后,再把机器人的大脑中的有关信息移植到过来。总之,将来的情感机器人与人类可能并没有明显的界限和本质的区别,它们各有所长,各有所短,分别适合于不同的社会生产与社会生活的环境条件,彼此可以相互转换、相互渗透、相互促进。人与机器之间的矛盾与冲突,并不是你死我活的、你争我斗,而是和谐同存肝胆相照荣辱与共互利互惠相互尊重的关系。

 

十一、机器人的发展历程

机器人技术的形成,归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入,由于人力的缺乏,战后的汽车工业、机械制造业等迫切需要一种机器人来从事繁重的体力劳动,以提高生产效率,降低人的劳动强度。

机器人技术的发展主要基于两个目的:一是,机器人可以干人不愿意干的事,从而把人从有毒的、有害的、高温的或危险的的环境中解放出来;二是,机器人可以干人不能干的事,许多高强度、高速度、高复杂性、高重复单调性工作,人是无法适应的,一些太空领域、深海领域、恶劣环境领域和微观领域的工作,人也无法适应。

机器人有四个发展阶段。

第一代机器人:示教再现型机器人。1947年,为了搬运和处理核燃料,美国橡树岭国家实验室研发了世界上第一台遥控的机器人。1962年美国又研制成功PUMA通用示教再现型机器人,这种机器人通过一个计算机,来控制一个多自由度的一个机械,通过示教存储程序和信息,工作时把信息读取出来,然后发出指令,这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果,再现出这种动作。比方说汽车的点焊机器人,它只要把这个点焊的过程示教完以后,它总是重复这样一种工作。

第二代机器人:感觉型机器人。示教再现型机器人对于外界的环境没有感知,这个操作力的大小,这个工件存在不存在,焊接的好与坏,它并不知道,因此,在20世纪70年代后期,人们开始研究第二代机器人,叫感觉型机器人,这种机器人拥有类似人在某种功能的感觉,如力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉等,它能够通过感觉来感受和识别工件的形状、大小、颜色。

第三代机器人:情感识别与表达型机器人。20世纪90年代各国纷纷提出了情感计算感性工学人工情感人工心理等理论,为情感识别与表达型机器人的产生奠定了理论基础。主要的技术成果有:基于图像或视频的人脸表情识别技术,基于情景的情感手势、动作识别与理解技术,表情合成和情感表达方法和理论,情感手势、动作生成算法和模型,基于概率图模型的情感状态理解技术,情感测量和表示技术,情感交互设计和模型等。这种机器人能够比较逼真地模拟人的许多种情感表达方式,能够较为准确地识别几种基本的情感模式。但是,这种机器人没有内在的情感逻辑系统,不能真正地进行情感思维与情感计算。

第四代机器人:情感理解型机器人。经过二十多年的潜心研究,仇德辉创立了统一价值论数理情感学,为情感理解型机器人的产生奠定了理论基础。数理情感学建立在统一价值论的基础之上,揭示了情感的哲学本质就是人脑对于事物价值特性的主观反映,情感的客观目的在于引导人如何正确地识别价值、消费价值、创造价值和表达价值;首次提出了情感可以采用数学矩阵的方式来进行描述,推导出情感强度三大定律,并采用数学的方式来定义和计算情感的八大动力特性;数理情感学详细阐述了情感与意志运行的内在逻辑程序以及情感内部逻辑系统的基本结构;等等,基本上解决了情感机器人的主要理论问题,从而揭开了情感机器人真正登上历史舞台的序幕。

 

十二、情感机器人的经济前景

        当初,生产和使用机器人的主要目的是为了帮助人们从繁重的体力和危险的环境中解放出来。发达国家的使用经验表明:使用工业机器人可以降低废品率和产品成本,提高了机器的利用率,降低了工人误操作带来的残次零件风险等,改善劳动条件,加快产品更新换代,消除枯燥无味的工作,节约劳动力,提供更安全的工作环境,减少劳动风险,提高企业竞争力。 

        随着机器人技术的不断发展,机器人的应用不断从制造业领域向非制造业领域扩展。一大批非工业机器人如家用机器人、服务机器人、医学机器人、军用机器人、娱乐机器人(宠物机器人)、微型机器人、特种机器人(包括管道机器人、爬壁机器人、水下机器人、自动导引车和排险机器人等)开发出来,并投入使用。

        近几年,机器人的数量大幅度增长,至2008年底,世界各地已经部署了100万台各种工业机器人,其中,日本机器人数量据世界首位,一直保持机器人王国地位,拥有全世界60%左右的机器人。国际机器人技术联合会2004年统计,全球共有60.7万台家用机器人投入使用,到2007年底,全球投入使用的家用机器人可能增加到410万台。家用机器人生产厂商科林·安格尔认为:随着机器人技术的发展和数字产品的价格下降,家用机器人必将成为未来数字家庭的主导,完全有理由想象,10年之后每个家庭都将拥有一台机器人。

比尔·盖茨,30前他毅然弃学,创立微软,成为个人电脑普及革命的领军人物;30年后的今天,他再次在《科学美国人》杂志向世界预言,机器人领域即将重复个人电脑崛起的道路,只要点燃机器人普及的导火索,这场革命必将与个人电脑一样,彻底改变这个时代的生活方式。

 

展望21世纪,机器人将是一个与20世纪计算机的普及一样,会深入地应用到各个领域,在21世纪的前20年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期,也是智能机器人发展的一个关键时期。

尽管机器人的发展非常迅速,但远远没有达到它应有的水平,其中一个重要的原因就是现有机器人的情商为零。由于没有情感的引导,机器人本身没有任何自主性和灵活性,没有友好的人机界面,更谈不上创造性,只能按照固定的程序完成非常固定的任务,不能应付复杂多变的环境,不能接受灵活机动的任务,因此机器人的应用范围受到了极大的限制。

由于情感的赋予,机器人就拥有了与人完全一样的智能效率性、行为灵活性、决策自主性和思维创造性,这样一来,从纯逻辑的角度来看,机器人与人就再没有任何根本性差异了,机器人就可以从事人类所能从事的几乎所有工作,包括生产劳动、企业经营、社会管理、人际交往和技术创新等,可以在更大的程度上和更深的层次上取代人,从而大大扩展它的应用范围,圆满完成主人交给的各种复杂的工作任务,其社会需求量必将大大增加,研发真正意义的情感机器人无疑会产生数以万亿计的经济效益。

 

 

十三、我国机器人的市场分析

 

情感机器人的发展必须建立在一般机器人发展的基础之上,要想发展情感机器人,就必须首先筹建机器人公司,立足国内机器人市场,大力发展一般机器人。

我国机器人市场具有如下特点:

1、从事研发和制造的单位多。目前我国从事机器人研究与制造的技术力量相对分散,企业生产规模小,产品质量不稳定,没有形成一个研发中心、产业集群、规模企业与知名品牌。我国的工业机器人从20世纪80年代七五科技攻关开始起步,目前,我国从事机器人研发和制造的单位200多家。由于人事管理体制的束缚,机器人研发的技术力量相对分散,难以形成合力。由于技术、市场、政策等多方面的不确定性,企业也不愿投入巨资,进行机器人的规模化生产。

2、使用客户的工种、行业、地区、企业相对集中。就使用的工种而言,弧焊、点焊、装配、喷涂机器人应用的最多;其次是搬运、上下料(冲压、压铸、铸锻、注塑等用的大多是上下料机器人);就使用的行业而言,大机械行业(机械制造和汽车工业)占用户的65%,电子电器和邮电通讯占用户的13%,工业机器人主要应用在汽车、机械制造等行业;就使用的地区而言,我国工业机器人的使用主要集中在广东、江苏、上海、北京等地,拥有量占全国的一半以上;就使用的企业而言,外商独资企业、中外合资企业和大型国有企业是工业机器人的主要客户。

3、需求增长速度快。有关专家预测我国机器人到2010年拥有量为17300台,年销售额为93.1亿元。根据发达国家产业发展与升级的历程和工业机器人产业化发展趋势,机器人的需求每年将以40%的速度增长,到2015年我国机器人市场的容量约达十几万台套。

4、进口比例高。目前我国所拥有的机器人,国产占20%,其余都是从日本、美国、瑞典等40多个国家引进的。现在工业生产所用的机器人大多数是在生产线上使用,组成机器人化的生产系统,单台机器人很少使用。由于我国还不能自主设计和生产先进的大型自动化成套装备,更形不成整体配套能力,目前的状况是几乎全部依赖于进口,被国外公司所垄断,因此与大型自动化成套设备配套的工业机器人也就大部分从国外(特别是日本)进口。国外机器人产品不仅价格昂贵,而且使用效果不理想,这为我们自主生产机器人,满足国内市场需求,发展中国机器人及其自动化成套装备产业提供了良好的机遇。

5水土不服严重。在我国花大量外汇引进的机器人自动化生产设备中,问题较大的占33%,而根本不能用的竟然高达16%,机器人自动化生产线在我国水土不服严重,主要原因是:国外系统不适合中国企业的工艺现状;国内人员素质较低,培训跟不上;系统选型不合理,配置不当;缺乏足够的售前、售中和售后服务。

6、产业化步伐缓慢。我国机器人研究和制造的单位多,还没有一家大规模进行机器人生产的企业,致使我国工业机器人长期大量依赖进口,仅1992年至1995年(调查统计68家用户)的3年时间,我国就从国外进口工业机器人566台、机器人自动化生产线11条,耗资1.5亿美元。

7、市场容量大。据预测,目前我国仅汽车行业、电子和家电行业、烟草行业、新能源电池行业等,年需求机器人自动化生产线装备线就达300多条,产值约为60多亿元,这些自动化生产线需要配套大量的工业机器人。

8、独立知识产权缺乏。我国虽然在机器人某些关键技术上有所突破,但还缺乏整体核心技术的突破,具有中国知识产权的工业机器人则很少,不能生产高精密、高速与高效的关键部件。

9、国家支持力度有待加强。目前国家对于机器人研发的资金援助与政策支持不够强。机器人充分体现了人和机器的各自优长,它比传统机器具有更大的灵活性和更广泛的应用范围,机器人的出现和应用是人类生产和社会进步的需要,是科学技术发展和生产工具进化的必然。在制造业中诞生的工业机器人是继动力机、计算机之后而出现的全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具。机器人及其自动化成套装备已成为目前国内外极受重视的高新技术应用领域,它是先进制造装备的典型代表,是发展先进制造技术实现生产线的数字化、网络化和智能化的重要手段。机器人及其成套设备的应用将使现代制造业产生变革,对改变传统生产模式,全面提升企业的综合竞争力具有重大作用。机器人及其自动化成套装备的拥有量和水平,是衡量一个国家制造综合实力的重要标志之一。因此,国家重视并加大对机器人研发的支持力度是必然趋势。

我国机器人市场的上述特点,正好给试图大力发展机器人的企业提供一个难得的历史机遇。