機(jī)器人孕育出自我意識后，背叛人類并取代人類成為“世界霸主”，這是在各類科幻題材的文學(xué)作品中經(jīng)久不衰的主題之一。雖然該主題為虛構(gòu)，但不可忽視的是，近年來一些技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，已讓機(jī)器人智能得到大幅度的提升。
（來源：Pixabay）
圖丨論文部分作者合影，從左至右依次為：鄢明遠(yuǎn)、繆明誠、蒯曙光、周晨、萇琦（來源：華東師范大學(xué)）
圖丨相關(guān)論文（來源：Nature Machine Intelligence）
圖丨基于人類社會空間的社會行走模型（來源：Nature Machine Intelligence）
圖丨機(jī)器人的行為學(xué)評測平臺（來源：Nature Machine Intelligence）
（來源：Pixabay）
人與機(jī)器人的社會交互被Science Robotics期刊列為“當(dāng)前機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的十大主要挑戰(zhàn)”之一。那么，人類是否有可能創(chuàng)建出有感知力的機(jī)器人呢？
實際上，要創(chuàng)造出具有感知力的機(jī)器人，或者說某種程度上擁有獨立意識的機(jī)器人，最重要的一點在于理解人類的意識是如何產(chǎn)生的。這需要從行為層面、神經(jīng)層面探索人類認(rèn)知與意識的底層原理和運轉(zhuǎn)機(jī)制，并從根源上對機(jī)器學(xué)習(xí)的算法進(jìn)行革新。
華東師范大學(xué)蒯曙光教授表示：“如果有一天心理學(xué)與神經(jīng)科學(xué)的研究成果能完美地模擬人類感知覺的運轉(zhuǎn)機(jī)制以及意識、情感的產(chǎn)生，那么機(jī)器人代替或超越人類才將變?yōu)榭赡堋?rdquo;
圖丨論文部分作者合影，從左至右依次為：鄢明遠(yuǎn)、繆明誠、蒯曙光、周晨、萇琦（來源：華東師范大學(xué)）
近期，華東師范大學(xué)團(tuán)隊通過虛擬現(xiàn)實的技術(shù)，構(gòu)建出可以操控的理想社會場景，定量化操作實驗變量和度量人類的行為，像獲取基本物理世界規(guī)律一樣獲取人類行走行為的基本規(guī)律，從而成功地建立了量化行走模型，并進(jìn)一步把相關(guān)模型算法化。
該研究體現(xiàn)了文理交叉研究領(lǐng)域從“理論概念”到“計算模型”再到“工程算法”三階段跨越，最終實現(xiàn)了從理論的概念化描述到基于人類行為的機(jī)器人算法的跨越。
圖丨相關(guān)論文（來源：Nature Machine Intelligence）
11月7日，相關(guān)論文以《基于人類行為的社會行走模型提高了社交機(jī)器人的人性化水平》（Human-behaviour-based social locomotion model improves the humanization of social robots）為題在Nature Machine Intelligence上發(fā)表[1]。
華東師范大學(xué)蒯曙光教授為論文的通訊作者，博士后周晨、博士生繆明誠、本科畢業(yè)生陳欣然、胡逸斐，在讀本科生萇琦、鄢明遠(yuǎn)為論文的共同作者。
“我們希望這一研究能夠為類似的文理交叉學(xué)科的研究提供一套可參考的框架，在將來能夠有更多的經(jīng)典人文科學(xué)理論被轉(zhuǎn)化為計算模型，并為工程領(lǐng)域的實際需求提供支持。”周晨說。
結(jié)合虛擬現(xiàn)實與計算建模，對人類行為精準(zhǔn)預(yù)測
該研究在理論層面上成功的建立了一個簡單規(guī)則，結(jié)合數(shù)學(xué)推導(dǎo)來解釋人類在復(fù)雜社會場景下的行走，達(dá)到了科學(xué)上“用簡單規(guī)則解釋復(fù)雜世界”的目的。這樣的研究框架在自然科學(xué)領(lǐng)域獲得過巨大的成功，但是應(yīng)用到人類的社會行為則存在巨大的技術(shù)上的挑戰(zhàn)。
解決這一問題的關(guān)鍵是構(gòu)建能夠量化人類行為的實驗平臺。近年來，虛擬現(xiàn)實相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展為實現(xiàn)這樣的想法提供了新的技術(shù)路徑。
該研究結(jié)合了社會科學(xué)、心理學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、機(jī)器人學(xué)等多個學(xué)科的問題視角與研究手段，創(chuàng)新性地構(gòu)建起可行的研究框架來將傳統(tǒng)社會學(xué)、心理學(xué)關(guān)于人類交互的抽象定義與概念化的特征，轉(zhuǎn)化為可被直接應(yīng)用在機(jī)器人平臺中的算法。
圖丨基于人類社會空間的社會行走模型（來源：Nature Machine Intelligence）
該研究起始于2019年，那時蒯曙光教授正在帶領(lǐng)團(tuán)隊研究人類對于社會交互的知覺以及社會群體的識別，并建立了模型來模擬人類對于社會交互信息的感知[2]。在那項研究的過程中，他們逐步證實了社會交互的信息確實會影響到人類知覺加工的進(jìn)程。也就是說，人類的知覺與運動動態(tài)系統(tǒng)之間是相互影響的。
既然社會信息在知覺加工中具有如此特殊的地位，那么，它是否會對于人們的運動系統(tǒng)產(chǎn)生影響呢？行走是人類最基礎(chǔ)、也最為常見的運動功能之一，從理論層面，利用行走這一行為作為指標(biāo)來探索社會信息的影響是最為自然的選擇。
在研究過程中，團(tuán)隊成員不斷地被人類在復(fù)雜社會環(huán)境中的行走導(dǎo)航能力所震撼，卻發(fā)現(xiàn)當(dāng)下的主流機(jī)器人導(dǎo)航算法不能體現(xiàn)出人類在社會環(huán)境中行走所體現(xiàn)出的一系列行為特征。
因此，他們逐漸產(chǎn)生了利用心理物理學(xué)把將人類在社會場景下的行走行為進(jìn)行量化分析和計算建模，并植入到導(dǎo)航機(jī)器人平臺中的想法，進(jìn)而提升機(jī)器人的擬人性與人機(jī)交互體驗。
圖丨機(jī)器人的行為學(xué)評測平臺（來源：Nature Machine Intelligence）
在該研究中，如何對人類在社會場景下的行走行為進(jìn)行建模是至關(guān)重要的步驟。由于人類在社會場景中行走行為十分復(fù)雜、自由度也高。因此，在以往的研究中，很多研究者對是否能通過簡潔的數(shù)學(xué)模型，來描述人類在復(fù)雜社會場景中行走行為存疑。
蒯曙光教授的團(tuán)隊對該問題進(jìn)行了多次內(nèi)部討論后，逐漸明晰了相關(guān)方向和技術(shù)路線。他們首先利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建一個簡單理想社會場景環(huán)境，在這個環(huán)境中通過量化實驗來獲得最為基本的規(guī)則，利用數(shù)學(xué)模型來描述規(guī)則。
然后，再用數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方式把簡單場景中，獲得的模型推廣到復(fù)雜社會場景。“當(dāng)我們看到社會行走模型在各種復(fù)雜場景中成功預(yù)測時，是非常興奮和激動的。”回憶起研究中的難忘時刻，蒯曙光仍然記憶猶新。
為設(shè)計具有擬人性的機(jī)器人提供新思路及研究框架
該研究為設(shè)計具有擬人性的機(jī)器人提供了新的思路以及研究框架。實際上，如何模擬機(jī)器人的社會性，是提升機(jī)器人行為表現(xiàn)、以及人機(jī)交互體驗的重要一環(huán)。
通過探索人類社會行為背后的計算原則，并使機(jī)器人遵從這樣的計算原則進(jìn)行導(dǎo)航。這不僅能讓環(huán)境中的人類感受更自然、更舒適。更重要的是，通過符合人類預(yù)期的方式來進(jìn)行導(dǎo)航，還能夠從根本上提升機(jī)器人導(dǎo)航的效率。
機(jī)器人導(dǎo)航行業(yè)內(nèi)有一個經(jīng)典的問題叫做“凝固機(jī)器人”，描述的是機(jī)器人在社會環(huán)境中行走時卡頓的情況。該問題的根源在于機(jī)器人對于人類可能的行走策略缺乏系統(tǒng)性的理解，只能通過當(dāng)前他人的移動軌跡做出判斷，從而造成了卡頓的情況。
“我們的模型能夠?qū)?fù)雜環(huán)境中人類的行走軌跡做出精準(zhǔn)的預(yù)測，并在此基礎(chǔ)上讓機(jī)器人表現(xiàn)出符合人類預(yù)期的行走軌跡，從而模擬了真實社會環(huán)境中人群的移動，能夠有效地避免這些問題。”周晨說。
實際上，人類的社會行為具有高度的復(fù)雜性，該研究對日常生活中人群行走最普遍的情況進(jìn)行了簡化抽象。但是，在真實環(huán)境中，人類的社會行為還會受到許多其他因素的影響，例如文化背景、情緒、意圖、人際關(guān)系等。
考慮這些實際的因素，該團(tuán)隊下一步工作的重點在構(gòu)建情景化多模態(tài)人類社會行為分析平臺。他們計劃將各種復(fù)雜的社會因素通過類似的方法進(jìn)行量化和建模，并同時記錄人類的行為表現(xiàn)與神經(jīng)活動。
具體來說，課題組成員將從腦網(wǎng)絡(luò)的運算機(jī)制對人類社會行為進(jìn)行深度模擬，從而構(gòu)建出能夠與人類開展高質(zhì)量社會互動的類腦機(jī)器人。
