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1961年,世界上第一只工業機器人出現在通用汽車的生產線上,它的名字叫做Unimate。半個世紀之后,機器人已經遍布各行各業,不過大部分仍然集中在工業領域中,它們大多數被固定在地上,在流水線上工作。現在,隨著機器人的發展,越來越多機器人已經走出了實驗室、走出了工廠,走進了我們的生活。機器人已經打破了以往的呆板形象,變得可隨處移動,外表越來越像人類。更重要的,它們開始擁有自我意識,并能和環境進行互動。
意大利熱亞那的IIT(意大利科技學院)研究人員打造了一款人型機器人,它的名字叫iCub(i取自《我,機器人》里的i ;Cub取自于《叢林之書》的狼群養大的人類小男孩man-cub),身長104cm,體形跟一個5歲大的小孩差不多。四肢活動范圍可達53度,具有觸覺和肢體協調能力,可以抓東西、玩捉迷藏,甚至還會跟著音樂跳舞。它的眼睛和頭部可以跟蹤運動中小球的移動軌跡,手臂上安裝有定制化的壓力傳感器。
可以說,許多科技粉都十分熟悉這款機器人,它的名氣源于實現了機器人從“聽從命令”到“擁有自我意識”的跨越,在機器人發展史上具有開創意義。伴隨著學習能力的逐步提高,iCub未來將可能成為電影角色“大白”那樣的機器人助手,它不會把你看成主人,而是當成朋友、閨蜜,因為它可以傾聽你的煩惱,甚至逗你開口一笑,再為你出個點子解決困擾。
在打造iCub的過程中,研究人員強調“認知能力的學習”,并將其作為開源平臺,通過與環境交互和與人交互來獲得各類行為能力和認知能力。 它吸收了真正的大腦運作的方式。研究人員設計的iCub控制系統,模擬了哺乳動物大腦中的關鍵過程。這些過程之間的交互,由分布式自適應控制支配。這個系統是以大腦的認知結構為模型建立起來的。

研究人員要著手建立一個模擬人類的生態自我的過程,關鍵在于讓機器人意識到自己的身體以及它如何和周圍的環境互動。 iCub 要實現這點,需要一個內部的“身體圖式”,這一模型將物理部件和身體姿勢聯系起來。其他機器人學家可能會直接為“身體圖式”編程,但意大利科技學院不這樣,它們賦予iCub自行解決的能力。它進行一些微小隨機運動,并觀察行為后果,從中學習。人類在子宮內和嬰兒早期展現出相似的探索行為,術語叫做 motor babbling(牙牙學語)。換句話說,機器人可以將虛擬的復雜行為和視覺聽覺反饋聯系起來,這樣當它輸出行為時會預期到感官反饋。這類似于嬰兒學習拿物件和學說話的過程,這意味著人類以大致相似的方式了解自己的身體。
利用這種方法,研究人員努力訓練 iCub,讓它在自己和他人之間做出區分,這正是生態自我的一個基本方面。motor babbling 程序還讓機器人學習如何擺出特定的既定姿勢。將這種身體模型和對附近和表面物件的了解相結合,使得 iCub能夠在不碰撞東西的情況下四處行動。
因此,他們做了一次實驗,其主要目標就是能讓 iCub在保持特定姿勢時還能與周圍進行多種接觸。而為了實現目標,他們首先需要知道機器人身體的哪些部分需要接觸。同時,我們還需要知道能夠保持機器人穩定性的壓力和扭矩。

要讓 iCub在保持既定姿勢時還能與周圍環境進行接觸,關鍵點是低水平關節力矩控制、任務空間反轉動態控制、認為計劃、解除壓力和關節力矩預測。它們對于機器人保持平衡非常重要,特別是任務空間反轉動態控制器,它可以用來發現這些扭矩,來讓機器人在保持某一特定姿勢時保持平衡。
那在實現了iCub與環境接觸的技能之后,如何讓它與環境進行互動呢?研究團隊給出的答案是這樣的:他們以一種特殊的方式編碼 iCub和周圍環境的互動,這樣就能讓它更清楚地理解和當下情景的聯系。
因此,這樣一來,iCub便擁有了自我意識和感知周圍環境的能力。不過,擁有“讀心術”的機器人或多或少有些可怕,但不管怎么說,能夠擁有這樣一個“好閨蜜”,何樂而不為呢?
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