机器人第一次拥有想象力

哥伦比亚工程师让机器人学会了解自己而不是周围的环境。

正如任何运动员或时尚人士都知道的那样，我们对自己身体的看法并不总是正确或现实的，但它是我们在社会中的行为方式的一个关键因素。当你打球或穿衣服时，你的大脑一直在为运动做准备，这样你就可以移动你的身体而不会撞到、绊倒或跌倒。

人类在婴儿时期就开发了我们的身体模型，机器人也开始这样做。哥伦比亚工程公司的一个团队今天透露，他们已经开发出一种机器人，这是第一次可以在没有任何人类帮助的情况下从头开始学习其整个身体的模型。研究人员在最近发表在《科学机器人》杂志上的一篇论文中解释了他们的机器人如何建立自己的运动学模型，以及它如何利用该模型来计划运动、完成目标并在一系列场景中避开障碍物。甚至对它身体的损伤也会被自动检测和纠正。

机器人可以通过视觉自建模学习全身形态，以适应多种运动规划和控制任务。图片来源：Jane Nisselson 和 Yinuo Qin/ Columbia Engineering

机器人看着自己，就像婴儿在镜子大厅里探索自己

研究人员将机械臂放置在由五个流媒体摄像机组成的圆圈内。机器人通过摄像头观察自己，自由地摆动。就像婴儿第一次在镜子大厅里探索自己一样，机器人摆动和扭曲以了解其身体如何准确地响应各种运动指令。大约三个小时后，机器人停了下来。它的内部深度神经网络已经完成了机器人运动动作与它在环境中占据的体积之间的关系的学习。

“我们真的很想知道机器人是如何想象自己的，”机械工程教授兼哥伦比亚创意机器实验室主任霍德利普森说，该实验室是这项工作的完成地。“但你不能只窥探神经网络，它是一个黑匣子。” 在研究人员与各种可视化技术斗争之后，自我形象逐渐浮现。“这是一种轻轻闪烁的云，似乎吞没了机器人的三维身体，”利普森说。“随着机器人的移动，闪烁的云朵轻轻地跟着它移动。” 机器人的自我模型精确到其工作空间的 1% 左右。

自建模机器人将导致更自力更生的自主系统

机器人在没有工程师协助的情况下进行自我建模的能力很重要，原因有很多：不仅可以节省劳动力，还可以让机器人跟上自身的磨损，甚至可以检测和补偿损坏. 作者认为，这种能力很重要，因为我们需要自治系统更加自力更生。例如，工厂机器人可以检测到某些东西没有正确移动，并进行补偿或寻求帮助。

“我们人类显然有一个自我概念，”该研究的第一作者陈博元解释说，他领导了这项工作，现在是杜克大学的助理教授。“闭上你的眼睛，试着想象如果你采取一些行动，比如向前伸展你的手臂或向后退一步，你自己的身体会如何移动。在我们大脑的某个地方，我们有一个自我的概念，一个自我模型，它告诉我们我们所处的周围环境的体积，以及随着我们的移动而变化的体积。”

机器人的自我意识

这项工作是 Lipson 数十年来寻求赋予机器人某种形式的自我意识的方法的一部分。“自我塑造是一种原始的自我意识形式，”他解释道。“如果机器人、动物或人类拥有准确的自我模型，它就能在世界上更好地发挥作用，做出更好的决策，并具有进化优势。”

研究人员意识到围绕通过自我意识授予机器更大自主权的限制、风险和争议。利普森很快承认，正如他所指出的，这项研究中展示的那种自我意识“与人类相比微不足道，但你必须从某个地方开始。我们必须缓慢而谨慎地前进，这样我们才能在将风险降至最低的同时获得收益。”