機器人的研究始於20世紀中期。1954年美國人喬治德沃爾製造了世界上第一臺機器人,
但直到1980年工業機器人才真正在日本普及,因此稱這年為「機器人元年」。機器人按照從低到高的發展,可分為三代:第一代是示教再現機器人,可以完成規定的一些動作;第二代已具有聽覺、視覺、觸覺等功能;第三代則有智能,它能根據感覺到的信息,進行「思考」、「推理」,並做出「判斷」和「決策」,即不用人參與就可以完成一些複雜的功能。顯而易見,即使到了第三代機器人,也難以表達人類的各種情感,如喜怒哀樂、吃驚恐懼等等,而這些情感的表達正是人類智能的重要標誌。
美國著名心理學家艾伯特麥拉賓經過研究發現,人在交流時,語言只能表達7%的內容,聲調也只能表達38%的內容,而55%的內容要由人的情感來表達,可見情感表達的重要性。也就是說,機器人不僅要有頭、眼、頸、腰、雙腿等與人類相似的外形,並且能模擬人類的視覺、觸覺、語言、動作等功能,更重要的是要具有情感表達能力。只有這樣,人類與機器人之間的溝通、信息交換、共存才有可能。
那麼,研製具有人造情感的機器人到底有沒有可能?長期的研究結果表明,是有可能的。目前世界上研製情感機器人的國家已不在少數,並且已初顯成效!
為人類的情感建模
人造情感,是指以人類學、心理學、腦科學、認知科學、信息科學、人工智慧等學科為理論基礎,對人類的情感過程進行模擬、識別和理解,使機器產生類似於人類的感情,可以與人類進行自然和諧的交流。
人類的情感是一種十分複雜的現象,包含著豐富的內容。從心理學的角度看,情感可以分成兩個部分,即情感過程和情感個性。
所謂情感過程,是指情感狀態的變化過程。情感狀態包括高興、憤怒、恐懼、悲哀等等。
所謂情感個性,包括需要、欲望、動機、興趣等個性傾向以及能力、氣質、性格、態度等個性心理特徵。為了用計算機表達出人類複雜的情感,專家們認為,必須為情感「建模」,也就是將人類的情感用合適的數學模型描述出來。
如何建模是一項專業化的工作,理論性強,又涉及眾多方面,本文就不作進一步介紹了,僅將目前已有的人工情感計算模型簡單羅列如下:
一、情感綜合產生器模型。這是由美國麻省理工學院的專家提出的,是個分布式的計算模型。它提供了一個靈活的方法用來模擬感情,對人造機器人的行為產生影響。
二、情感三層體系結構模型。這是由英國伯明罕大學的專家提出。所謂情感三層體系結構,指的是成人大腦中至少由三層結構組成,它們是反應層、傳輸層和自我監控層。反應層的任務是探查周圍環境中的事物並自動執行;傳輸層的任務是進行計劃、評價,做出決定以及分配資源,傳輸層中還包括對成功或失敗進行評價;自我監控層的主要任務是進行後期管理,並尋找有效途徑提供給傳輸層操作,該層中的情感包括羞恥、羞辱和悲痛,等等。為了適應處理過程中可能發生的快速變化,該模型還增加了一個警覺系統,可以從各層獲得信息並向各層輸出。
三、Kismet的情感模型。這種情感模型主要包括感知系統、行為系統、注意系統、動機系統和運動系統。機器人通過該模型對外部環境、內部刺激和行為動作進行綜合判斷,從而產生各種情感變化。
四、Salt 和Pepper模型。該模型是由裡斯本大學的一個專家提出的,由三個主要層次構成,即認知行為發生器、情感發生器和中斷管理器。促發情感生成的稱為情感引擎,包括情感傳感器、情感發生器和情感監控器。情感引擎首先通過情感發生器對人的整體狀態進行評價,當產生情感反應後,這些情感反應又反過來促使人的整體狀態發生改變。
五、WE-4R情感模型。該模型由日本早稻田大學開發。根據大腦模型的三層結構——反射、情緒和智力來構建WE-4R情感模型,可表達9種情感。同時WE-4R還引入個性這個概念,包括感知個性和表達個性。感知個性用來刺激機器人的情感狀態,表達個性則影響機器人的表情和頸部運動。
六、EM情感模型。該模型由葡萄牙專家提出,是一種可用於智能控制的模型,由認知層和感知層組成。認知層取得認知圖像,感知層分析圖像的基本特徵,從而產生簡化的感知圖像。認知層和感知層相互作用,EM就能完成機器人情感的表達。
情感機器人越來越像人
目前,對於情感機器人的研究主要集中在美國、日本和歐盟的一些大學和研究所,我國的一些大學也正在積極研究。
日本東京理科大學小林研究室研製的情感機器人「薩雅」(SAYA)具有喜、怒、厭、悲、恐、驚六種表情,並可進行實時表演。
日本可可洛公司和先進傳媒公司聯合研製的情感機器人「小行星」,有會動的嘴唇和人造肌肉,具備擬人的表情,還能聽懂4萬多個中文、英文、日文和韓文語句,更有適合回答2000多種答案時的相應面部表情。日本專家還展示了他們的情感機器人「感性」(Kansei),它可以像真人一樣表達自己的情感。美國麻省理工學院人工智慧實驗室的計算機專家研製的情感機器人「Kismet」,屬於嬰兒情感機器人,具有嬰兒向父母表達需求和願望等情感。
英國科學家小組正在製造一種情感機器人,當它和人類接觸時,能回應人類的表情,並表達自己的情感。從事該機器人開發工作的,是英國赫特福德郡大學計算機科學院的蘿拉卡納麥羅博士。卡納麥羅表示,開發此機器人的目的是讓它成長並適應人類的日常環境。他說:「如果機器人與人類做伴或充當人的護工,就能真正融入人類的日常生活中。第一個這樣的機器人已經製造出來了,內置有行為模式,當它誕生時,會發現自己在鳥兒和一些哺乳動物們當中。」
據國外媒體報導,美國麻省理工學院的科學家們日前展示了他們最新開發出的情感機器人「Nexi」。該機器人不僅能理解人的語言,還能夠對不同語言做出相應的喜怒哀樂反應。「Nexi」能夠通過臉部自由活動裝置與人溝通,並通過面部表情表達高興和憂鬱之情。最令人感到驚奇的是,這款機器人還能「察言觀色」,並通過轉動眼球和睜閉眼睛、皺眉、張嘴、打手勢等形式表達豐富的情感。研究人員稱,這款機器人可以用來做家務,因為它能夠按照人的指令,擺放重量不超過3.5公斤的物品。這款機器人的頭和手臂都由高靈敏度的塑料製成,因此能夠感覺到別人觸摸它,並判斷這種觸摸是否帶有惡意。
我國的情感機器人研製工作也在如火如荼地開展。哈爾濱工業大學類人與類人猿機器人研究室研製的情感機器人,已實現了基本面部表情的模仿和人體頭部器官的運動。北京科技大學的機器人研究課題組已經研製出具有面部表情的ER-1情感機器人,它能通過表情來表達情感,並能與人進行自然的交流。
美國一位科學家大膽預言:到2045年人造情感機器人將具有與人類同等的智能水平,甚至還能與人類「結婚生子」!