從 IDSIA到ETH，機器之心走遍瑞士繪製AI全景圖

機器之心原創

撰文：李九喻

從行業軟體研究領先的南部義大利語區，到首都蘇黎世的世界頂尖工業機器人，我們沿路訪尋橫跨西部省份的機器智能垂直市場，探索這個由歐盟資金支持、面向德國和世界工業消費市場的製造商。

想了解瑞士的人工智慧產業，首先要考慮這個國家特有的政治和經濟結構。瑞士經濟建立在 26 個高度自治的州政府的基礎之上，分別治理 260 個市政府，與聯邦法律和政策之間互不干涉。每個州各自負責管理自己的跨境業務、自然資源、高等教育、州稅、以及公民入籍，直接決定區域經濟的規劃。在自下而上政治體系潛移默化的影響下，瑞士人的商業思維也很靈活，並且效率很高。

不同於北美的文化大熔爐，瑞士人篤信文化馬賽克（Cultural Mosaic），各族裔保持自己的文化獨立和封閉，其中包括居住在北部和東北部 63% 的德語人口、西部 22.7% 的法語人口、以及南部 8.4% 的意語人口。瑞士毗鄰德國、法國、義大利、奧地利和列支敦斯登，長期保持國家中立和內部政治穩定，也因此鞏固了金融業的底子，為貿易和跨境人才交流提供了平穩的平台。

在科學界，瑞士是物理和數學領域的領跑者。國家基金會長期大力支持科學發展，平均人均科研基金投入全球最高，平均人均諾貝爾獎得主也是全球最高（忽略不計人口小國聖露西亞和冰島）。不久前證實希格斯玻色子（Higgs Boson）的歐洲量子研究組織（CERN）坐落在西南部日內瓦，有著約 13,000 名頂級物理研究人員，同時還是當年互聯網「不小心」誕生的地方。瑞士大學學術制度自由，就讀學生來自全球各地。鄰居德國學術氣氛相對單調，很多德國研究人員選擇向南交流，青睞瑞士科研環境的流動和寬鬆。

此次我們尋訪瑞士的科技中心，從風景別緻的義大利語區盧加諾市開始，向西延伸至法語區馬蒂尼、日內瓦、洛桑、德萊蒙，直至北部德語區巴塞爾和首都蘇黎世。這些城市群緊挨法國東部和德國西南部，在地圖上串成一個「C」型拱橋，集結最具影響力的大學、實驗室和科技公司。其中包括 Dalle Molle 人工智慧研究所（IDSIA）在深度學習和神經網路研究的成果，洛桑聯邦理工學院和巴塞爾大學的跨學科人工智慧研究，以及蘇黎世大學和蘇黎世聯邦理工學院的創新機器人。

沿著「C」型拱橋，進行人工智慧基礎或應用研究的大學共有九個。對於佔地面積只有北京市 2.5 倍大小的瑞士，科研成果著實豐碩。感興趣的讀者也可以了解日內瓦大學、納沙泰爾大學、西瑞士應用科技大學、盧塞恩應用科學與藝術大學、和 IDIAP 研究所。

Dalle Molle 人工智慧研究所和深層循環神經網路突破

Dalle Molle 人工智慧研究所（IDSIA）位於湖畔城市盧加諾的工業郊區，是義大利語區提契諾（Ticino）的經濟重鎮。1988 年，瑞士富豪慈善家 Dalle Molle 投資設立三個致力智能研究的姊妹機構，分別是位於盧加諾的 IDSIA、馬蒂尼的 IDIAP、以及日內瓦的 ISSCo。

今天，IDSIA 被歸納在提契諾大學（USI）和盧加諾大學兩所本地大學旗下，擁有大約 50 多名研究人員，其中包括十幾名博士生。

該實驗室在許多人工智慧領域都有突破性研究，比如深度學習、自適應機器人和蟻群演算法等等。在 90 年代，Jürgen Schmidhuber 教授因發明長短期記憶網路（Long Short-Term Memory）而聞名。這種網路演算法可以幫助機器學習完成前饋網路（feedforward network）不能實現的任務。今天，數十億智能手機上的語音識別功能都得益於這項技術：「從 2015 年開始，谷歌語音識別使用連接時序分類（CTC）訓練的長短期記憶網路（LSTM），這種方法將谷歌語音的性能提升了 50%。」Schmidhuber 告訴機器之心。自 2009 年，他的團隊獲得將近 1200 多萬美元的科研撥款，最近一筆來自歐洲研究委員會。

Schmidhuber 在提契諾校園的 IDSIA 實驗室舊址大樓前，他目前也在這裡任教。他與幾位 IDSIA 的研究員和博士生聯合創立了 NNAISENSE（寓意 『人工智慧復興』），致力於開發 AI 的商業應用。

Schmidhuber 強調，雖然 Alpha-Go 對戰柯潔引發了一系列對神經網路領域「突破」的渲染報道，但其實早在 1975 年，蘇聯科學家 Alexey G. Ivakhnenko 就創建了前饋網路，用當時的計算機實現了八層神經網路。整個人工智慧學科是多年各國科學家傳承的發展，而非短短几年內一蹴而就。在 20 世紀 80 年代，Schmidhuber 還是一名德國慕尼黑大學的博士生，神經網路的可能性讓這個年輕人著了迷。「我主修數學和計算機科學。在 1987 年的畢業論文封面，我手繪了一個自主學習的機器人。論文本身雄心勃勃地描述了一個能夠自我改寫的「元程式」，不僅能夠提高在單個領域的表現，還可以重新編程學習過程本身的演算法。當然這個機器人還是受到庫爾特·格爾德在 1931 年提出的可計算性理論（Computability Theory）限制。」

IDSIA 研究所儲藏室里的 ABB 工業機械臂

DSIA 實驗室里的 iCub 人形機器人。iCub 是歐盟大學合力研究的開源機器人，目前全世界有 30 個。Jürgen 心疼地表示，iCub 手部關節很容易斷，而單個機器人造價高達 25 萬歐元。每個實驗室都會寫自己的程序，利用這個約三歲小孩身高的機器人模擬人類認知體系，特別針對面部表情、力量控制、手部捏拿等。

Schmidhuber 最終目標是讓「認知具身化」（embodied intelligence）。人工智慧不再局限於遊戲和模擬場景，轉向物理機器人。他的實驗室也用不同的機器人編程，上圖中的 iCub 在很久前已經可以完成拿罐頭等需要靈活度的任務。其它項目還有在森林中利用計算機視覺導航的無人機，以及相互協作的群體機器人。

Schmidhuber 經常和他的五六名在讀博士生一起在樓下的義大利餐館吃午餐。這些來自歐洲不同國家的年輕人在 IDSIA 的日常生活比較單調，每個人都能熟記其他人要點的食物。不過在聊起人工智慧與腦科學的跨學科研究時，大家卻興緻勃勃地辯論了起來。2011 年，Jürgen 在 IDSIA 的博士生 Shane Legg 參與創辦了 DeepMind，這家公司在 2014 年被谷歌以 6 億美元收購，在深度學習業界的影響力可謂舉足輕重。截止目前，DeepMind 核心團隊 IDSIA 畢業的博士生不在少數。

洛桑聯邦理工學院和巴塞爾大學的跨學科研究

向西到法語區沃州（Vaud canton），我們來到瑞士最好的理工大學之一：洛桑聯邦理工學院（簡稱 EPFL）。EPFL 在 STEM 教育方面有著非常夯實的科研成果。這座大學在機器人領域還有兩個歐洲著名的實驗室：智能系統實驗室和仿生機器人實驗室。2013 年開始，人類大腦項目（Human Brain Project）也落戶在 EPFL。這個為期十年的歐盟旗艦研究項目經營預算為 10.19 億歐元，吸引了很多對腦科學感興趣的跨學科專家。

洛桑聯邦理工學院的標誌性建築——勞力士學習中心由日本建築公司 SANAA 承包。室內開闊卻起伏不平的窗戶和地板設計被校長 Patrick Aebischer 描述為：「不同學科的傳統界限被消除的地方，數學家、工程師、神經科學家、和微技術人員在這裡碰撞創意，利用技術革新生活。」

Boi Faltings 教授在 1987 年加入 EPFL，擔任人工智慧教授並且管理人工智慧實驗室，目前負責輔導六名博士生。他告訴我們：「相較其他國家，瑞士的人工智慧研究以設計和工程為主，講究縝密和務實。20 世紀 90 年代，我開始從事軟體研究時曾開發過噴氣發動機的診斷、以及優化機場調度系統。」然而這些系統並沒有按照預期投入使用。在 Boi Faltings 的回憶中，早期與企業合作問題重重：「企業需要短期解決方案，新的方法對於企業來說風險很高，項目常常泡湯。」

在人工智慧領域從業多年，Faltings 親歷了不同的熱潮和低谷時期。在 1974-1980 年、1987-1993 年的人工智慧寒冬期間，他看到很多失望的科學家或投機者離開這個領域。Faltings 在這期間堅持擔任瑞士人工智慧和認知科學組織（SGAICO）的會長，組織國內的學術會議。如今這個組織已經不再活躍，大部分學者都選擇直接參加類似 AAAI，IJCAI 等國際會議。

近三年來，Faltings 再次看到部分行業會議從 1000 人短期擴充到 5000 名的參會規模：「大多數人對機器智能並不了解，一旦遇到科研瓶頸就會離開。」他也為離開學界的畢業生感到擔憂：「如果研究人員都都只為幾家大公司工作，數據也相應被掌控在他們手中，這對整體科研生態來說並不好。」

Boi Faltings 教授在人工智慧實驗室入口

近年來，Faltings 花了大量的時間研究自組織代理和使用機器學習確認數據集的真實性。基於多年經驗，他對人工智慧發展的預期比較保守。Faltings 告訴我們：「其實多些關注也沒有壞處，人們需要新概念刺激。」對這位家族裡出過菲爾茲獎得主的科學家而言，科研就是日常生活的一部分。

在 Faltings 教授的介紹下，我們與巴塞爾大學的青年學者 Malte Helmert 教授結識。Helmert 在德語區巴塞爾城市州有約 30 名人工智慧研究團隊，目前專攻領域獨立的自動規劃系統（domain-independent automated planning）和啟發式狀態空間搜索。「我們對不需要人類專家介入、可以直接使用、能夠解決總體性規劃問題的演算法感興趣。」在過去五年中，他的團隊從歐盟科研委員會（ERC）和瑞士國家基金會獲得 350 萬瑞士法郎的撥款。

蘇黎世聯邦理工大學和蘇黎世大學的機器人

在瑞士北部，蘇黎世聯邦理工大學（簡稱 ETH）是世界一流、歐盟最好的機器人研究機構，擁有 8 個實驗室和 120 名博士生。其中 Bradley Nelson 在微機器人和軟體機器人上的聲譽，以及 Raffaello D"andrea 在飛行機器人上的創意都令行業矚目。每個實驗室的項目各有千秋，Roland Seigwart 教授的自動系統實驗室主攻工業項目，有約 30 個在讀博士生。

在我們採訪時，Siegwart 的博士生正在做農業無人機項目，在農田上空俯瞰收集生物質數據。無人機代替農民收集實時數據，減少時間和勞力成本，有明顯的商業化前景。除了這個與瑞士跨國電器巨頭博世合作的項目之外，實驗室還與過谷歌、微軟和西門子一起做過項目。

實驗室桌上的無人機是大疆早先的模型，被用來做重新編程

Siegwart 實驗室最新的研究成果是一個基於同時定位和映射（SLAM）技術的 OKVIS 開源平台。通常來說，SLAM 通過激光、聲納或視覺數據輸入幫助機器人探索環境。而開源關鍵幀視覺慣性 SLAM（Open Keyframe-Based Visual-Inertial）的方法，可以幫助機器人在短區間內移動，並且同步反饋視覺信息定位。OKVIS 於 2014 年 11 月在《國際機器人學研究雜誌》首次發表。

在硬體獨當一面的瑞士，Siegwart 的研究與機器學習等軟體突破沒有太多重合，但這並不限制工業機器人的蓬勃發展。

雖然公眾對工業機器人投入使用感到擔憂，Siegwart 卻認為對自動化影響人類工作不必太擔心：「社會總會適應。現在很多工作一開始就不適合人類去做。真正需要謹慎對待的是機器人在物理環境中的安全問題。如果手機死機，你可以另買一個。但是如果無人機砸在頭上、或者自動駕駛汽車在馬路上出現故障，這是性命攸關的意外。截至目前，我們的實驗都在封閉的環境里進行，一旦投入使用，每一個設備都應該有緊急模式，並且對周圍人的存在有很強的意識。」

ANYmal 是蘇黎世聯邦理工大學和蘇黎世大學合辦的 Wyss 研究院旗下項目，旨在增強機器人的移動能力和互動性。

自動系統實驗室的 Roland Siegwart 教授

Siegwart 教授表示，瑞士和美國的機器人研究與日本之間的區別在於前者「更注重機器的功能性」。而清醒和理性的工業精神，在瑞士人身上比美國人更甚。當然也有例外，例如 ETH 與迪士尼研究所合作的沙灘機器人（BeachBot），唯一的功能就是在沙灘上畫大型卡通簡筆畫，為行人提供娛樂。

ETH 與許多機構都有合作，其中包括德國馬克斯·普朗克研究所和美國斯坦福大學。最親密的合作夥伴要數街對面的蘇黎世大學。很多 ETH 畢業的博士生也會選擇留在蘇黎世大學任教，這就包括目前已退休的 Rolf Pfeifer 教授。Pfeifer 曾在蘇黎世大學負責人工智慧實驗室，直到 2014 年項目終結後上海交大做訪問教授。

Pfeifer 是瑞士人工智慧領域研究「元老級」科學家。在 70 年代，剛畢業的 Pfeifer 曾跟隨心理學家根據心理分析理論模擬夢境，也嘗試做過專家系統，後來被證實沒有真正的用處。在 90 年代中期，Pfeifer 對人工智慧整體理念產生了變化，由軟體研究轉向機器人。即使在今天，這也是兩個截然不同的領域。他的結論是人工智慧必須是一個獨立的物理存在：「我一直深信的理念是智能 『具身化』（embodiment），智力應該局限在大腦。擁有真實軀體的機器人可以體驗聲音、圖像、感觸，這些感官信息，從真實環境學習。目前大部分深鑽軟體演算法的從業者並不理解這些。」

得利於良好的研究成果，Pfeifer 一直都有非常舒適的科研撥款。其中 80％來自歐盟，瑞士國家科學基金會一般會提供中等規模的資金。「歐洲研究委員會最新出台的「未來與新興技術」（FET）項目是非常好的資金支持。歐洲研究委員會採用自下而上的方式，先了解每個研究人員提出的科研方向，然後批准預算。據我觀察，亞洲國家不是這樣。如果選題由上至下，創新是件很難的事。」

Pfeifer 與洛桑理工大學的 Dario Floreano 教授一起創辦了瑞士國家機器人研究中心（NCCR）。「這裡有生物機器人，可穿戴機器人，神經假體，軟機器人等，研究名目繁多。」該中心整合 ETH，蘇黎世大學，EPFL 和 IDSIA 等四個學府和研究機構，擁有眾多行業合作夥伴，也為創業公司提供投資。

在不久的將來，Pfeifer 希望看到更多人工智慧領域的跨學科研究，結合神經科學，認知科學，材料科學和機器人技術。

瑞士的國家競爭優勢：工業機器人與第四次工業革命

第四次工業革命的概念最早由德國政府提出，旨在加快製造業的技術自動化和數據交換。在 2015 年，全球一共售出工業機器人 24.8 萬台，其中中國獨佔 6.8 萬台。根據波士頓諮詢集團的預測，生產線上的機器人可以幫助企業降低成本 20％。到 2025 年，機器將取代目前由人類執行的製造工作的 23％。對於例如汽車和電子電器等成熟的行業，降低製造成本是確保企業競爭力的重要環節。當企業能夠平衡一次性安裝費用和人工成本時，全面使用自動化系統生產只是時間問題。

瑞士的競爭優勢是擁有完整的行業價值鏈。根據弗里堡大學競爭力中心對瑞士區域經濟的分析，工業機器人和信息技術的上游和下游產業鏈在南部、西北邊界的密度很高（上述的學術機構也是如此）。這其中包括金屬、手錶、材料、微技術和高科技設備等行業。手錶行業的實力為精密製造奠定了很好的基礎，外加工業機器人技術的材料、工藝、專利及進出口政策等等都是全球競爭企業的進入壁壘。

瑞士弗里堡大學發布的瑞士區域經濟表現，依據 1995 - 2005 年數據集聚類出毗鄰法國的手錶行業；毗鄰義大利的金融與電子設備；以及毗鄰德國的金屬、電子設備、化工材料和金融產業。

瑞士工業機器人公司也有與國際競爭對手不同的商業模式，大部分都有能力獨立進行研發、採購、製造、集裝、並為全球客戶配置服務。相比較而言，日本的製造商通過招標將組裝和客戶服務外包給下游公司，美國公司則專攻集裝和非標準化配置。利用高效的產業鏈管理，瑞士工業機器人公司 ABB 能夠鎖定大額利潤，連貫國際第一。

ABB 的總部位於蘇黎世，是迄今為止在工業機器人方面最成功的企業之一。全球員工達 132,000 人，年收入 340 億美元。幾年前，該公司開始提供數字服務和軟體，銷售硬體產品。2016 年，ABB 的售後服務和軟體占企業總收入的 18％。

剛被美的集團收購的德國工業機器人公司 Kuka AG 在瑞士也有重頭業務。Kuka 在蘇黎世附近 Buch 市與 Swisslog 集團合作，設有兩個業務部門：醫療健和倉儲配送解決方案。其它諸如迅達電梯巨頭，德國汽車公司如大眾汽車等等也是工業機器人的主要客戶。

機器人創業公司則主要來源於蘇黎世理工和洛桑理工的實驗室，生產服務機器人、無人機等。

瑞士的人工智慧創業生態系統

在瑞士做人工智慧創業公司是怎樣的一種體驗？我們帶著這個問題回到了盧加諾，並且與 NNAISENSE 的聯合創始人 Jan Koutnik 聊了聊。Koutnik 在 IDSIA 時重點研究人工神經網路、循環神經網路和深層強化學習。公司的另一個合伙人正是他的導師 Jürgen Schimidhuber。

NAISSENSE 成立於 2014 年。直到今天公司的環境還是讓人聯想起 IDSIA 實驗室：一幫聰明人合夥研發技術解決方案。目前這家公司有 16 名員工，但年底可能會擴張至 24 人，並將在大洋彼岸的德克薩斯州開設新的分公司。當我們拜訪時，Koutnik 正在使用強化學習演算法改善一個奧迪自動駕駛系統的輪胎停車噪音。

Jan Koutnik 在 NNAISENSE 的盧加諾辦公室舉起一輛正在編程的奧迪 Q2 模型

Koutnik 說：「對於奧迪來說，把任務外包給我們，我們可以更高效地完成任務。」NNAISENSE 的第一個項目 Quantenstein 由德國基金 Actis 引薦。該項目建立可調參數的金融投資組合，以最大限度提高投資回報。Koutnik 表示他不直接開發產品，而是為歐洲及全球各大跨國公司提供解決方案。

他還向我們透露了一個有趣的小事——在 DeepMind 被谷歌收購後，盧加諾市政府曾詢問過聯合創始人 Shane Legg 為何不把公司設立在瑞士，得到的答覆是紐西蘭籍的 Legg 想要在畢業後留在瑞士非常困難。

Koutnik 原籍捷克共和國，在瑞士意語區工作多年。他對目前的移民政策頗有微詞。「不是不想，是政策不歡迎。」Koutnik 聳了聳肩。

盧卡諾市湖畔是瑞士著名的旅遊景點

2014 年 2 月，瑞士通過了一項關於收緊「大規模移民」的倡議，各個州截止 2017 年底將嚴控移民配額。這和歐盟在 2002 年成員國自由人流動協議背道而馳。一方面，開放的移民政策可以帶來高技能的移民，特別是來自德國。另一方面，根據最近的世界經濟論壇關於國家風險的報告，瑞士的國土面積小，在移民問題上承受風險巨大，僅次於資產泡沫的威脅。

儘管移民政策不寬鬆，瑞士的整體生態系統卻仍然保持對歐盟人才的巨大吸引力。在 2016 年，Google 開設了歐洲最大的蘇黎世人工智慧實驗室。而 IBM 蘇黎世研究中心已經運營多年，並誕生了四位諾貝爾獎得主。路透社也在這裡開設了一家孵化器，「為大數據分析，人工智慧，和分散式分類帳等領域的創業公司提供可訪問的框架數據和內容。」

谷歌位於的蘇黎世的辦公室

商業生態系統必須得到資金的支持。瑞士的投資人對新興產業態度保守，人工智慧領域超過一半融資來自國外，尤其是德國的風投。根據《瑞士創業投資報告》的數據，去年融資的中位數相對較低，僅有 250 萬瑞郎（約合 260 萬瑞郎）。獲得融資的公司大多是生物技術和醫藥技術。其次是 ICT 和 Fintech 公司，吸引了 2.11 億瑞士法郎。2016 總投資額則是 5.77 億瑞士法郎。

與美國，中國對人工智慧領域的技術投資相比，瑞士的行業規模並不大。然而，瑞士的商業環境穩定。位於內瓦辦的國際電信聯盟中心一直提倡對人工智慧加以監管。在英國脫歐之後，瑞士有望成為下一個歐洲的金融中心，瑞銀和瑞士信貸坐擁瑞士一半的國民資產。Hoffmann-La Roche 和 Norvartis 等本土巨頭生物製藥公司正在大面積研發的生物信息學。瑞士製造和企業創新不是營銷口號，而是公認的事實。瑞士與德國在上游研究和下游工業的親密合作也是影響全球格局的商貿關係。

瑞士的生活質量是最吸引 Koutnik 的地方。工作和生活的平衡對家庭生活很重要。「短期內我不打算去別的地方。」採訪結束後的下午，他還要去市中心湖邊的游泳池接女兒下課。

正如 Schmidhuber 教授所說：「瑞士是一個讓移民可以在意想不到的地方、做意想不到的事情的地方。德裔愛因斯坦在伯爾尼做專利文員時徹底改變了物理學。英國物理學家 Tim Berners Lee 則在 CERN 發明了萬維網。」對人工智慧研究來說，歷史又是否會重演呢？

本文感謝 Boi Faltings 教授, Jürgen Schmidhuber 教授, Roland Siegwart 教授, Rolf Pfeifer 教授, Malte Helmert 教授, Jan Koutnik, Raghav Khanna, 以及高振教授提供的經驗和技術支持。

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