■新闻缘起
近日，英国工程师研究出一种可以学习的机器人。它的学习能力非常突出，可以不断地尝试和调整行走方式，使自己的步伐越来越稳固，步子也越来越快。
即使给它新的“器官”，它也能很快找到行走的技巧，像以前一样稳步快速前行。相比地球生命漫长的进化过程，机器人只需几小时就能适应从两条只能旋转的腿到四条有两个关节的腿的身体变化。如果不断给机器人增加各种器官，它能否“进化”出超越人类的大脑？
从刚走上陆地的两栖动物到四足的哺乳动物，地球生命用了几百万年才进化出容量更大、更加复杂的大脑来适应肢体和行走方式的变化。而在英国罗伯特—戈登大学的一间实验室里，当研究人员给智能机器人安装上额外的关节或肢体后，只需几小时，它就能“进化”出更加复杂的大脑来适应这种变化。
这种机器人是如何迅速完成“进化”的？它们能否进化出更复杂的功能？记者采访了清华大学精密仪器与机械学系制造工程研究所机器人及其自动化研究所陈恳教授和中国人工智能学会理事长钟义信教授。
进化回放———进化机器人的诞生
这个能进化的机器人诞生在英国罗伯特—戈登大学工程学院穆瑟拉曼、麦克劳德和麦克斯韦三位工程师的手中。它其貌不扬，个头只有书本大小，身子上最初也只有两条能在电机驱动下180度旋转的“腿”。
但它的学习能力非常突出。它接受的第一个任务是在1000秒时间内走得尽可能远。在控制系统的指挥下，机器人开始尝试各种行走姿势。从最初只能像小狗一样趴在地上，到能用两条腿拖着身体笨拙地行动；从向前移动时不断向前摔倒，到飞身跃过一条板凳。不断地尝试和调整行走方式，使它步伐越来越稳固，步子也越来越快。
在机器人找到最快的行走方式后，研究人员给它的两条腿增加了新的关节：膝部。这使它更加灵活，同时也意味着之前的行走方式不再完全适用。但机器人仍很快找到了行走的技巧，像以前一样稳步快速前行。两条同样的后肢、用来发现障碍物的“视觉系统”，如同地球生命由简至繁的进化，机器人的“身体结构”在研究人员的操纵下越来越复杂，但这个善于学习的机器人仍能很快找到新的行走方式。相比地球生命漫长的进化过程，机器人只需几小时就能适应从两条只能旋转的腿到四条有两个关节的腿的身体变化。
进化揭秘———选择最优行走方式的进化算法
机器人之所以能迅速找到最合适的行走方式，也是从人类的学习和进化中得到了灵感。陈恳介绍，该机器人学习过程中采用的进化算法，是人工智能神经网络算法的一种，其核心机理是模拟生物进化过程中的优胜劣汰。
当机器人接收学习行走的任务后，控制系统会分配给行走任务一些计算单元，用来随机产生不同“基因”，即不同的行走方式。机器人通过实践和比较，会淘汰行走速度较慢的“基因”。剩下的行走方式约占三分之一，机器人要做的就是“繁育”这些“基因”，以寻找更好的行走方式。通常采用的方法是“基因重组”，也就是把不同“基因”上代表不同行走特征的片段拼接在一起形成新的行走方式。还有一种办法是“基因突变”，即改变某种行走方式中的一两个特性。筛选中留下的“基因”和通过“重组”和“突变”产生的新“基因”会共同进入下一轮优胜劣汰的“进化选择”，并不断重复“基因繁育”和筛选过程，直到机器人的行走速度不再变得更快。这时的行走方式就是机器人通过“进化选择”得到的最佳行走方式。
适应身体变化的增量进化算法
罗伯特—戈登大学的机器人最突出的特点还在于它能不断适应“身体结构”的变化，这一创意同样来自地球生命的进化。
“从单细胞动物到猿人，地球生命的器官在肢体结构、感应能力、所处环境和神经系统四个方面都在逐渐改变。”麦克劳德说，给机器人增加新的关节、新的肢体、视觉能力，都是为了模拟生物的这种进化。
“器官”越来越复杂，只有更加“聪明”的大脑才能让它们发挥功能。麦克劳德等几位工程师开发出的增量进化算法就是模拟地球生命在进化过程中大脑容量不断变大、功能不断升级的一种算法。
机器人获得新的肢体后，原有行走方式将不再适用，学习功能会重新启动。由于“身体结构”更加复杂，机器人会再分配一些计算单元来寻找新的行走方式。陈恳说，机器人原有肢体的最佳行走方式不会改变，新的计算单元只是增加一批参数来控制新增加的肢体，而解决问题的方式仍是模拟生物进化中的优胜劣汰。
进化畅想———能否超越人脑
如果不断给机器人增加各种器官，是否有朝一日它会“进化”出超越人类的大脑呢？
钟义信认为，目前的科技水平还很难实现这一点。他说，人类的学习和进化涉及非常复杂的环境，“完全模拟人类的学习、进化过程，需要的数据存储量和计算量都非常大。”
陈恳认为，如果机器人的“器官”越来越复杂，这一方面对学习过程中需要的计算单元数量提出了较高要求，另一方面也使学习时间越来越长。“机器人也许会花很长的时间才能完美地完成某个动作，也许无论怎样也不能协调各个器官做出某个动作，因为控制系统不能找到符合所有器官运动方式的最优解。”
麦克劳德也表示，机器人行走和通过视觉系统躲避障碍物是完全不同的两种功能。目前研究人员还不清楚更有效的“进化”方式是各自寻找两种功能的最佳工作方式再综合在一起，还是把它们做为一个整体来寻找最优解。
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防科技毁灭人类美国办奇点大学
据英国《每日邮报》近日报道，为迎接电脑优于人脑的时代来临，谷歌(Google)与美国宇航局(NASA)展开合作，致力开办一所培养未来科学家的学校———奇点大学，首批30名学生将于今夏毕业。
奇点大学的名字源于该校的名誉校长、著名未来学家雷·库兹韦尔的“奇点”理论，即在不久后将迎来技术快速进步的时期。库兹韦尔在其2005年所著的《奇点迫近》一书中，推广了这一理念：在“奇点”来临之时，机器将可通过人工智能进行自我完善，超过人类本身，开启一个新的时代。而一些批评者也对恶意的人工智能或将毁灭整个人类提出了质疑，但谷歌和美国宇航局的支持表明，越来越多的主流机构开始接受库兹韦尔的看法。
建设奇点大学的目标就是能使未来的科学家做好准备，从容应对科技的快速发展，使未来的机器免于伤害人类，继续作为人类的帮手。该校的学生将探索利用科技改善人类困境的途径，解决贫困、饥荒、疾病、全球变暖和能源稀缺等一系列严峻的问题。
但应对未来科技的急速发展并非易事，作为奇点大学教员之一的技术预测家保罗·萨福表示，对于眼前一切的探索十分重要，这样人类就能避免措手不及。他说：“我们所面对的最大的挑战之一就是让公众对现今的发明可带来的后果有所了解，以及他们如何能掌控这一状况。”
谷歌已注资该校100多万美元，其他主要的公司也将陆续投入25万多美元以支持学校的建设与发展。（徐玢）
作者：
2009-3-25