Crash Course AI(11-15)
P11 机器人(Robotics)
机器人技术涉及很多领域(计算机科学、机械工程、人工智能等)。在人工智能领域,机器人技术充满了巨大的挑战,我们重点关注机器人学中的三个核心问题:定位、规划和操作。
定位(Localization)
机器人最基本的功能是与世界互动。为此,它需要知道自己在哪里(定位)以及如何到达其他地方(规划)。定位和规划密不可分,我们人类就一直在进行定位和规划。
当我们走在路上,想进去商场时,我们环顾四周,构建我们的心理地图,观察路面、墙壁、扶梯、和门,然后找到商场入口并进去。一旦有了心理地图,并且知道了去商场的路,下次我们就能更快到达那里。这些输入都是通过我们的眼睛感知到的,而且我们人类天生有立体视觉。机器人如果要在世界上移动,也需要构建心理地图,当它们探索时,需要同时跟踪自身位置并更新它们所看到的心理地图,这个过程称为 同步定位与地图构建(Simultaneous Localization And Mapping),简称 SLAM 。
机器人的眼睛就是各种摄像头,有些机器人为了实现立体视觉,至少需要两个摄像头。许多机器人使用RGB摄像头采集世界的彩色图像。有一些还配备传感器,例如红外深度摄像头,通过发射人眼不可见的红外光来测量距离(测量红外光反射回来的时间),一些视频游戏的运动传感器就是这样来确定玩家的位置和手势的。
许多自动驾驶汽车使用一种名为 激光雷达(LiDAR) 的技术,每秒发射超过10万次激光脉冲,并测量这些脉冲的反射回来的时间,这可以生成一张世界地图,标出平面以及三维物体的大致位置。一旦机器人知道物体的远近,它们就可以构建自己认为的世界地图,并更安全地绕过障碍物。通过每次观察并记录自身的路径,机器人就可以更新其心理地图。
规划(Planning)
规划是指人工智能将一系列事件串联起来以实现某个目标,而这正是机器人技术可以与符号人工智能(Symbolic AI)联系起来的地方。
当扫地机器人已经被训练学习了家里的地图,我们可以指挥它去打扫厨房。这时候,它就开始制定行动计划,为了制定计划,我们需要先定义动作,而动作需要前提条件(物体在世界中的当前状态)。比如说,当在当前位置和厨房之间有一扇门时,他可能想要使用“开门”动作穿过这扇门,这个动作的前提条件是门是关闭的,其效果是门会打开。
机器人还需要考虑不同的可能行动序列(包括它们的前提条件和效果),以便推理通往厨房的所有路线,并选择一条路线。
操控(Manipulation)
我们人很擅长掌握一些操作,例如拿扫帚扫地。本体感觉(proprioception) 和 闭环控制(closed loop control) 是帮助我们进行操控的两个特性,对机器人也是一样。
本体感觉是指我们即使看不见四肢,也能知道身体的位置和运动状态。我们的神经系统和肌肉帮助我们的身体感知本体感觉。但大多数机器人需要传感器来判断它们的机械部件是否在运动,以及运动速度如何。
闭环控制,就是带反馈的控制。我们用眼睛感知,用肌肉控制手臂和手指,它们之间形成了一个闭环——它们都是我们身体的一部分,并与我们的大脑相连。如果东西很重,我们的手会有重感,大脑会收到感知,然后让手抓紧一点,这就是一个闭环。对于机器人,我们所说的“闭环”包括感知周围环境的传感器,以及控制周围环境的机械部件。在制造机器人时,闭环操控这个过程必须通过编程来实现,操作方式会因机器人的硬件和程序而异。但只要投入足够的精力,我们就可以让机器人执行特定的任务,比如从奥利奥饼干中取出奶油。
除了制造能够独立工作的机器人之外,我们还必须考虑机器人如何与其他机器人甚至人类进行交互和协调。事实上,有一个专门研究如何让机器人与人类合作或向人类学习的领域,叫做人机交互(Human-Robot Interaction)。这意味着它们必须理解我们的肢体语言以及口语指令。
机器人技术最令人兴奋的地方在于,它将人工智能的各个领域融合到一台机器中。未来,它或许能赋予我们超能力,帮助残障人士,甚至通过送零食让世界变得更便捷。
P12 让 AI 玩游戏
未完待续
