機器貓是模仿出來的還是發明出來的？

最新 05-18

|作者：周翔

一

人類發明了輪子，來代替我們的腿行走。

從能耗的角度來看，用輪子運動消耗的能量要低於用四足或二足行走消耗的能量。輪子運動的另一個優點是，控制系統簡單。一個四個輪子的機械結構有著穩定的重心，在向前運動時會將承受的重量基本不變地分攤在四個輪子上，平衡地立著，只要讓輪子轉動即可完成運動。而二足運動的人類，在邁出每一步時，重心都在不同的位置，都需要快速地改變支撐點，需要調動很多肌肉，並需要由一系列骨骼和關節構成的一個靈活的結構，在承重的同時施加向前的推力，並保持平衡。

所以人類很早就造出了車子，但直到最近才造出可以行走的四足機器人和會跳舞的二足機器人。

對於一個由於事故失去雙腿的人來說，要為他再造兩條假肢，並讓假肢像原來的腿那樣行走是非常困難的；給他一把輪椅，讓輪子來代替他的腿來行走，是簡單得多的解決辦法。

但輪子對環境的適應度很低，只能在平坦的連續的道路上運動，在任何鬆軟、濕滑、陡峭或不均勻的地方，輪子都舉步維艱。腿足可以讓生物在各種地形中運動，因為它可以在一系列分開的立足點上支撐住身體並完成運動，比如爬樓梯，在布滿岩石的山坡上行走。

輪子的工作需要人造的地形作為基礎，為了讓輪子幫助我們運動，我們修建了龐大的公路和鐵路系統。

飛機的發明也是如此，它不是對鳥的完全模仿——它用固定的翅膀加發動機來完成鳥類扇動翅膀所達到的飛行功能。同樣，不像鳥可以在樹梢或屋檐上隨意地起飛和降落，我們需要建造又長又平坦的跑道來讓飛機完成起飛和降落。

生物在對自然的適應中進化出功能強大的器官，我們人很想直接模仿生物的器官，但做不到。於是我們發明出另一種結構，利用物理學和化學知識建造出一種可行的人造物，來達到生物器官的功能，但卻需要配之以龐大的輔助設施才能最終完成功能的實現。值得欣慰的是，我們費了九牛二虎之力所實現的功能，儘管在結構上沒有生物那麼精妙，在力量上卻總是比我們要模仿的生物更強大。

自動鋼琴是另外一個例子，它有88個手指，對應鋼琴的88個鍵，可以彈奏出任何一個鋼琴曲，巴赫的或者肖邦的。人類鋼琴師只需用兩隻手，十隻手指就能彈奏巴赫和肖邦的音樂。自動鋼琴以一種簡單而笨拙的方式，避免了手指在鍵盤上的移動，也避免了彈錯鍵的可能性，而且能精確控制彈奏每個音的時間長度。它的控制系統也省略了在鍵盤上移動並定位手指的程序，比人類鋼琴師的控制系統要簡單得多。

二

我們很難直接模仿生物的器官。生物器官是在特定的條件下設計出來的，這些設計局限於碳基材料，只能用蛋白質等材料以細胞的形式製造器官。

生物們互相吃來吃去，蜜蜂以植物的花粉為食物，螞蟻吃甲蟲的屍體和我們掉在地上的餅乾屑——由小麥粉、大豆油、牛奶和蔗糖組成。食草動物吃植物，食肉動物吃動物，微生物吃各種植物和動物。所有生物一起形成一個複雜而龐大的碳基材料循環圈，這一循環圈的基礎是植物通過光合作用將空氣中的二氧化碳等轉化成的碳基材料。

生物的進化就是一場用碳基材料進行的設計比賽，從地球上出現的第一個微生物開始，進化出多樣的物種，每個物種中的每個個體，都通過基因突變和自然選擇的過程，孜孜不倦地進行著機體的進化，它們所具有的器官是自然選擇的設計的產物。

而人類在設計一種人造物時不會受材料的限制，我們可以選擇自然賦予我們的所有材料。棉花來自於植物，羊毛從動物身上來，礦物質給予我們金屬，石油提供我們塑料。我們還使用大量的合金，當然也用硅的化合物做半導體晶元。

生物設計的另一個限制是，它是漸變的，是在一小步一小步的很多改變上累積起來的。計算機科學家丹·尼爾森（Dan Nilsson）和蘇珊·佩爾格（Susanne Pelger）在計算機上模擬了眼睛的進化過程，從平坦的皮膚上進化出眼睛這個過程需要經過40萬代。非常漫長，但相對於地球生物數十億年的歷史，這只是一個片刻。

正是這種每次一小步的設計改進，由於自然選擇中的殘酷競爭，那些產生競爭優勢的基因突變得到更多延續的機會，而那些沒有產生這種突變或產生的突變不具有競爭優勢的生物個體得到較少的基因延續的機會。最終由累積的設計改進而形成的器官比所有人類所能設計的人造物都精妙和周到，比如動物的視覺系統和人類的運動系統。普通人對不普通的事物感到驚嘆，而智者在平凡之處看見偉大。僅僅是看和走，這兩個普通得不能再普通的功能，就能夠難倒世界上最先進的機器人。

生物設計還有一個特點，它的每一個設計都是在以前的基礎上形成的，它不可能擺脫現有的生物結構，像人類的發明一樣，將新的設計建立在一個不依賴現成結構的全新結構上。

那麼，人工智慧究竟是對我們人類智能的模仿，還是為了實現某種智能？假如把下圍棋換成彈鋼琴，AlphaGo究竟相當於一個坐在琴凳上的有十個手指的機器人琴師，還是相當於一個有著88隻手指的自動鋼琴？

我更相信它只是一個有著自我學習功能的88隻手指的自動鋼琴。

生物體的器官之所以難以直接被模仿是因為我們對生物構成以及其功能實現的過程的理解依然是生物學的，我們還無法將其還原成一個物理學的或化學的過程。生物如何通過神經將信號在腦和四肢之間傳遞，而這一信號又如何作用在肌肉組織上使一部分肌肉收縮？它收縮的力度又是如何控制的？只有當我們能將這些過程還原成清晰的物理學或化學過程時，我們才算理解它們。

如果我們把智能理解為信息處理和計算的器官（史蒂芬·平克在他的著作《心智探奇：人類心智的起源與進化》就是這樣解釋智能的），我們要模仿智能就必須搞清楚神經元是如何連接的，用物理學或化學的方式來描述神經元存儲和交流信息的過程。既然我們無法將其描述出來，我們就無法模仿它。我們只是籠統地假設有一個神經網路，然後發明出一種下圍棋的程序，它適合於在具有更快速的計算速度和更清晰的記憶能力的計算機中運行，而不是在具有更慢速的計算能力和更短暫的記憶能力的人腦中運行。最終，一些聰明人設計出的程序AlphaGo戰勝了人類棋手。用88隻手彈鋼琴的機器，戰勝了用十隻手指彈鋼琴的人類。

而智能翻譯機，智能詩人也不是對人的翻譯和寫詩過程的模仿。它們是一些聰明人發明出來的程序，和真實的人腦中的程序是兩回事，但能出色地翻譯，或寫出一首迷人的情詩。想像一下一個真正的人類，他首先具備語音識別能力，能毫不費力地辨識一個人口中吐出的一段聲音，不管說話的是男人還是女人，是何種口音，是孩子還是老人，人類都能理解，而對於機器這是一個巨大的挑戰。

三

看到電影《黑客帝國》中尼奧躺在那張將虛擬世界和現實世界連接起來的椅子上，讓那根金屬棒從後腦猛然插入他腦部的開口或者說介面時，我感到一陣疼痛：他的腦組織不會受傷嗎？

正因為我們的人造物是以我們所能理解的物理和化學的方式建造出來的，它一般擁有比生物體更好的穩定性和壽命，但它難以與生物直接聯結，以形成一種人造物和生命體的組合，擁有生物體的靈巧和智力，又具有機械結構的強大力量和堅固、耐久、抗磨損。這只是科幻電影中的幻想，只有當我們將生物的功能徹底地分解為物理學或化學的過程時，才可能將人造的結構和生物體結構連接起來。

作為生物，尼奧的大腦不會像計算機一樣設計有一個USB介面，以便於將他的大腦和外部存儲設備或互聯網連接起來。由自然選擇進化而成的生物智能，它的信息來源只有眼睛，耳朵，鼻子，舌頭和皮膚等感官通道，所以它是不會考慮如何與另一個生物個體的智能系統或一個外在的信息存儲設備直接連接的。

四

當世界對你關上一扇窗時，你卻發現它給你留了後門。

當我們發現要直接模仿生物體是這麼難時，我們卻發現了一個從基因著手的捷徑——基因改造。

我喜歡玩「帝國時代」這個電腦遊戲，但我不知道這個遊戲的程序是怎麼編寫的，我沒有必要先去學計算機編程，再在自己的電腦裡面寫一個「帝國時代」的遊戲。我直接買這個遊戲，把它安裝在我的電腦裡面，我就可以玩這個遊戲了。

生物機體的各部分是按照它的程序——基因形成的。我們不知道基因的物質形成的具體的化學反應方程式，我們也不理解基因是使用哪一個化學反應方程式來將細胞構成神經元並將它們以基因要求的方式連接。但我們可以直接拷貝基因，而且是免費的，因為基因程序的開發者——自然適應機制不是一個法律主體。

人類一旦擁有基因拷貝的能力，打開基因改造這扇窗，就會發現無限的可能性。我們可以克隆，可以重新組合基因，甚至可以在一個生物體的原有基因上添加一些可以帶來奇妙功能的基因。

我可以想像一隻具有語言能力的貓，就像哆啦A夢，它是由一對被植入一部分人類基因的貓的卵子和精子結合發育而成的，這部分植入的人類基因和人類的語言有關。這隻貓將完美地實現我們對一個人類器官——語言智能——的模擬，因為它是用完全生物的方式在貓的身體中生長出來的，在這種模擬中儘管我們依然沒有理解語言智能所依賴的神經元生長和連接的物理學和化學原理，但我們直接拷貝了語言功能。

我們將打開一個巨大的盒子，它看起來像是一隻百寶箱，但也有可能是一隻潘多拉的盒子。

寫於2018年4月

周翔，上海交通大學工學學士，上海社會科學院哲學碩士。跨國公司職業經理人。

史蒂芬·平克.人類心智的起源與進化. 郝耀偉,譯.杭州：浙江人民出版社,2016.

《科學》雜誌於1915年1月在上海問世，

早年由任鴻雋，楊杏佛，胡明復，趙元任等學者編輯寫作，

是我國歷史最長的綜合性科學刊物。

雜誌定位為高級科普期刊，致力於科學知識、理念和科學精神的傳播，科學與人文互動，歷史和前沿並舉，為提升我國全民科學素質和建設創新型國家服務。雜誌現任主編為中國科學院院長白春禮院士，主辦單位為上海科學技術出版社。

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