給機器人造個電子舌頭

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要想機器人在複雜的人類世界既不傷害人類又能保全自己，它們還需要更多的感知能力，而研究人員所做的才只是個開始。不可避免地，機器人的感知能力將會遠遠超出我們的感知範圍。

人類生活在由感知構建起的玻璃罩里。你只能看到光譜中的一部分可見光，品出特定的一些味道，聽到一定頻率範圍內的聲音。這些已經是進化帶來的突破了。

但機器可以輕鬆躍過自然選擇的藩籬。人類發明了先進的機器人，就相當於創造出了一種新的生物，它理論上可以感知更大範圍的刺激。因此機器人專家也面臨著一些有趣的挑戰，他們不僅要為機器人創造虛擬的觸覺和味覺，也要思考機器人在人類世界裡應該忽略什麼。

就比如說聲音。我指的不是人的話語——現在語音識別對機器來說輕而易舉——我指的是機器能聽到更多其他聲音。這是Audio Analytic公司的研究領域，該公司已經研發了一套系統，使智能音響等電子設備能夠探測並甄別非語言的噪音，比如玻璃摔碎的聲音（這是警衛機器人該有的特點）或者汽笛聲（這是自動駕駛汽車該有的特點）。

在這個紛雜的世界裡甄別出這些聲音不是件簡單的事，因為它的工作原理和語言識別完全不同。Audio Analytic公司CEO Chris Mitchell表示：「目前還沒有語言模型能被用來支撐你尋找特定的聲音，所以那些花了二三十年的心血構建的語言模型對這些聲音並不適用。」自然語序和口語語言模式這類最易尋的標誌在研究非語言聲音時並不管用，所以Audio Analytic必須要將聲音分解成基本單元，他們稱其為「音詞」（ideophones）。這本質上是擬聲詞的量化，就像亞當·威斯特主演的蝙蝠俠系列里「bang」、「kapow」這樣的詞。

AudioAnalytic可以將聲音分成幾大類：「衝擊型」聲音（「impulsive」sounds），比如玻璃碎裂聲；「音調型」聲音（「tonal」 sounds），比如汽笛聲；以及「發聲型」聲音（「voiced」 sounds），比如狗吠。「然後你大致按照這個分類體系來描述所有聲音，」 Mitchell介紹道，「接著你可以開始辨別，『這是機械的聲音還是自然發聲？』然後你用這樣的方式來整理所有的聲音。」這就是一套可以運用於計算機，也可以在未來運用於模擬機器人的系統，它可以像辨別人類語言一樣辨別特定的聲音。

觸覺是另一個可能被你忽視的複雜官能。這個被稱為「第五感」的官能不僅能感覺出質地，也能察覺出壓力和溫度。所以賦予機器人觸覺需要結合好幾種感測器。（順帶說一句，一家叫SynTouch的公司已經在研發這項技術了。）在南加州大學研究觸覺的機器人專家Heather Culbertson 說：「能獲取全部的所需信息就意味著你成功了一半。然後你要教機器人怎麼去處理這些信息，並且要教它們這些信息意味著什麼？」

實際上你的身體忽視了很多的觸覺刺激。你不會覺得衣服整天摩擦你的皮膚有什麼特別，如果你舒舒服服坐著，你也不會察覺到屁股和背部所承受的壓力。你的身體會自動調節，防止感官過載。

「如果我們想要給機器人構建全身感官系統，它們就需要超高的計算能力才能完成這整個過程，」 Culbertson 說，「我們不僅得教機器人怎麼處理數據，還要教他們忽視一些不重要的信息。」

賦予機器人觸覺不僅對人類的安全非常重要（比如你一定不希望腦袋被手術機器人壓碎），對機器人自身而言也很重要。「如果你開始使用居家機器人並且想讓他們做飯的話，溫度感測器必不可少，否則機器人可能就在爐子前熔化了。」Culbertson說。

說到做飯，研究人員也在研發電子舌頭，這聽起來更像是某個迷幻樂隊的名字，但實際上這是一個可以讓機器「嘗」到味道的裝置。它的工作原理和我們自己的舌頭差不多。我們的舌頭上有各種不同的味蕾對食物分子做出不同的反應，大腦接收到這些信息後會整合數據，反饋出你平時嘗到的味道，比如橙汁的味道。

類似的，電子舌頭可以整合一系列感測器輸出的信息。波蘭科學院的化學家Emilia Witkowska Nery 介紹道：「檢測pH值的感測器可以鑒定酸味。如果要辨別鹹味，那可以用檢測鈉、鉀和氯元素的感測器。」

「電子舌頭的運作需要結合不同的感測器信號，」她補充道，「就像我們的舌頭一樣。」

不一樣的是電子舌頭可以嘗試我們不敢嘗的東西。比如，你可以用電子舌頭測試一下食物里是否含有害添加劑或是其他摻雜物。「有了它我們就可以輕而易舉地鑒別不同種類的食物，或者檢查網上購買的食材是否新鮮，而不需要專家們來檢測，」 Nery說，「但問題在於，我們怎樣接收到這些檢測結果。除了把電極插進大腦，我們沒有別的辦法感知電子舌頭嘗到的味道，然而這法子顯然不適合大規模應用。」

那麼電子舌頭怎樣才能充分描述一種味道呢？裝有電子舌頭（不一定長得像從嘴裡伸出來的真舌頭，它更像一種探測器）的家用機器人廚師怎樣跟你解釋它做的紅燒肉味道如何呢？

這讓我們又回到了數據的問題上。電子味覺的實現需要代價昂貴的大量計算。我們要把味覺和其他感官結合起來，然後對海量的數據進行分析，尤其當這些感官是基於機器工作的，而機器運行本身就已經需要大量複雜計算了。所以未來能感知、有情緒、考慮周到的機器人需要一個分級處理系統，把外界刺激按重要程度分類處理，否則估計它們頭都會炸了。

這件事的複雜之處在於：就和人類一樣，機器人得結合不同的感官來完成特定任務。你在鑽螺絲孔，快鑽好的時候會發出尖銳的摩擦聲，你知道這是怎麼回事嗎？但鑽孔機器人知道，在快完成這項任務時，它不僅能捕獲噪音，還能分析不斷變化的振動頻率。

是的，這已經是很大的進步了。但是要想機器人在複雜的人類世界既不傷害人類又能保全自己，它們還需要更多的感知能力，而研究人員所做的才只是個開始。不可避免地，機器人的感知能力將會遠遠超出我們的感知範圍。但你知道，這樣的能力是被用來做紅燒肉的，而不是被用來發動戰爭的。

作者丨Matt Simon

編譯丨IITE

選自丨WIRED

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