互动科普

自己制定行动方案

机器人的“自动规划”，就像是我们人类的“未雨绸缪”，也就是在做一件事情之前，要先想好该怎么做，遇到可能出现的情况如何应对。人类在幼儿阶段就已经具备了一定的规划能力。当我们让小孩子把散乱的玩具收拾起来，并不需要详细说明每一步都要怎么做，小孩子自己就会想办法去完成这个任务，他们还会想到用袋子或小箱子一次可以多装几个玩具。类似地，人们也希望机器人能自己想办法高效率地完成任务，而不必每一步都按照人的指令来行动。

一般来说，要完成自动规划，机器人需要知道自己所处的环境是什么样的，自己在什么位置，与完成任务有关的物体都在什么地方；也需要知道自己有哪些能力，比如自己的手臂可以拿起多大多重的东西；最后，还需要知道什么情况下才算完成任务，比如当所有玩具都被放进玩具箱才算收拾好玩具。有了这些信息，机器人就可以在自己的“大脑”中进行模拟，自己每执行完一个行动后，环境会变成什么样子，并判断任务是否完成；如果还没有完成，下一步需要怎么做。所以，自动规划的过程，就是机器人在电脑中尝试不同的行动序列，直到找到一个行动序列，可以恰好完成任务。

机器人也会学习

那么，在自动规划的过程中，如果机器人掌握的相关知识不够，不足以作出决策怎么办？智能机器人还可以通过与人类互动交流、查阅有关资料等，主动获取新的知识，逐步提高自己的决策能力。

机器人也会学习？这往往让人们觉得不可思议。近年来，研究人员开发出了一种技术，称为“机器人演示学习”，简单地说就是让机器人像小孩子一样通过模仿来学习人的行为。学习时，先由人来演示完成任务的完整步骤，让机器人在旁边观察。机器人从视频中识别出各步骤所表现的行动，再对应到自己能执行的动作，从而学到应该如何完成一个新任务。比如，我们可以在机器人面前演示如何拿起瓶子，把水倒进杯子里；机器人识别出这一连串动作，然后自己再去重复一遍。通过“演示学习”，机器人很容易就能学会新的本领。除此之外，还有一种更简单的办法，就是通常我们所说的“手把手地教”：由人直接抓着机器人的手臂，引导机器人完成一个行为，这样机器人连视觉都不需要。不过，这两种学习方法只适用于行为层次，不适合于更复杂的任务。因为在不同的场景下，同一个任务的完成方式可能是不同的，而如果要把每一个可能场景下的正确行为都教一遍，显然不可行。

人类的学习方式实际上是多种多样的。从书本中获取知识，是人类最重要的学习方式之一。研究人员试图为“可佳”发展出类似的能力。文化学习首先就会涉及到极为复杂的自然语言理解。不过，近年来网络上出现了大量开放知识，这些信息是用半结构化自然语言表达的，处理的难度大大降低，这为机器人获取语言型知识提供了新的路径。在一项实验中，通过获取和运用开放知识，“可佳”的问题求解能力有显著提升。在被测试的467个用户愿望中，可解的问题从4个提升到120多个，初步展现了这种学习方式的巨大潜力。

聪明的“可佳”机器人

通常的竞赛会设定一个特定的目标，以完成规定任务的速度、质量等来判定名次。但本次世界人工智能联合大会上，智能机器人竞赛的内容是完全开放的，没有任何限制。各个参赛队可以通过完成自己选择的挑战性的任务来展示本队机器人的创新性和科学价值。

参赛的各国机器人展现了不同方面的能力，包括运动能力（如自主移动、行走、操纵物体等)、感知能力（检测和识别人、物体及环境特征)、人机通讯能力（识别、理解人的语音命令）、机器人合作能力（多个机器人共同完成任务)、人机互动能力（人和机器人共同完成任务）等等。接下来，就让我们看看“可佳”在这次机器人大赛中的表现吧。

人类用户给“可佳”下达一个任务后，“可佳”首先对任务进行理解和分析，如果因缺乏某些知识而无法完成任务，“可佳”会向用户提出问题以获取相关的知识。在一个演示中，“可佳”要使用微波炉为用户加热食物，但它不不知道如何操作微波炉，所以最初的任务规划失败了。但“可佳”并没有放弃，而是与用户沟通，于是用户提示“可佳”去阅读说明书。“可佳”从数据库中找到了相应型号微波炉的说明书，分析其中对相关按钮功能的说明，从文字中提取出有关知识。然后，利用学习到的知识，它成功规划出了一系列行动步骤。接下来，“可佳”开始行动：它识别出微波炉门和按钮的位置，并通过“手眼协调”的技术，精确地操作微波炉加热好食品。

你大概要赞叹“可佳”的聪明和能干了，但更精彩的还在后面：两个“可佳”还能互相配合来完成任务。首先各自都要具备“自动规划”的能力，其次它们还需要彼此了解对方，知道对方具有哪些能力。当一个“可佳”机器人接受了一个任务，发现自己无法独立完成，就会在规划时考虑请另一个来帮忙。也就是说它会生成一个行动计划，这个计划包含了两个机器人的行动。然后它向另一个“可佳”发送任务信息和行动计划，一起合作完成任务。比赛中有一个倒饮料的任务，其中一步是要把两个套在一起的纸杯分开。但“可佳”只有一个手臂，无法独立完成这个任务。它就假设另一个“可佳”会帮助它，然后把另一个“可佳”的能力当作自己的能力统一进行规划，找出一个由两个“可佳”共同参与从而完成任务的行动序列。然后，这个“可佳”向另一个“可佳”发出请求，当请求被接受后，它们就开始各自完成自己所要执行的动作，最终通过完美的配合和精准的动作，十分流畅地完成了这个“高难度”的任务。

 两个“可佳”机器人配合分开纸杯 

1. 机器人A抓住下面的杯子A， 2. 机器人B抓住上面的杯子B， 3. 合作把杯子B从杯子A中取出

智能机器人离我们的生活究竟还有多远？随着社会经济和科学技术的高速发展，智能机器人的应用也变得越来越现实。在不远的将来，聪明能干的智能服务机器人就会进入我们的生活，成为我们忠实而得力的伙伴。 

（本文发表于《科学世界》2013年第11期）