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早期的自動機器人

這種對機器與環境(或者更好的情況是,多種機器與其環境)之間突發行為的興趣源於控制論運動,並引發了機器人領域的一些早期重要工作,如威廉·格雷·沃爾特(William Grey Walter)所從事的工作,他是一位出生在美國而生活在英國的神經科學家。1949年,沃爾特建立了世界上第一對三輪機器人,他稱之為「烏龜」。與剛剛開始研究數字計算機的計算機科學家不同,沃爾特依靠模擬電子學來仿製其機器人的大腦。他的目標是證明少量腦細胞之間豐富的關係能夠產生複雜的行為。他對這樣的概念十分癡迷,即機器可以定義目標,並隨後通過學習自己的行為產生的後果從而完成目標。

沃爾特的「烏龜」分別名為埃爾默(Elmer)和埃爾希(Elsie),都裝配有光敏元件、標誌燈、觸摸感應器、推進馬達、轉向馬達和保護殼。儘管這對機器人還不能可靠地工作,但它們能夠自動探測周圍的環境。在沃爾特所著《活著的大腦》(The Living Brain)一書裡,他回憶了一段經歷:一位年長的女士認為這對自主漫遊的機器人在追逐她,於是逃上樓將自己鎖在臥室。在沃爾特工作的位於布里斯托爾的博爾頓神經學研究所(Burden Neurological Institute),沃爾特在技術人員W. J. 邦尼·沃倫(W. J. Bunny Warren)的幫助下,使烏龜機器人得到了改進。他在1951年的「不列顛節」(Festival of Britain)上展示了後續三台「馬基納·斯巴卡拉特裡克斯」(Machina Speculatrix)機器人,它們基於埃爾默和埃爾希原型進行了許多重大改進。其中包括當電池即將耗盡時,機器人會轉身向光源前進。今天,雖然人們幾乎已經遺忘了沃爾特的烏龜機器人,但是它們是早期自動機器人的典範,能夠通過自己的行為,以試錯的方式進行學習。

談到威廉·格雷·沃爾特的烏龜機器人的後續產品,就不可能不提到iRobot公司創造的真空清潔機器人Roomba。Roomba呈小型圓盤狀,在計算機的引導下可以在家裡自動工作。儘管它可以通過基於反饋的「智能」對刺激做出反應,但一般情況下,它遵循一系列預先設計的清潔策略。首先,它會一直清理直至與障礙物發生碰撞,碰撞指示其改變線路並以新方向重新開始清理。為了使之有效移動,Roomba包含了許多智能傳感器,其中兩個是紅外傳感器,幫助它檢查牆體以及被它稱為「懸崖」的物體,比如樓梯和其他會造成下落的地方。當Roomba撞到障礙物時,觸摸感應緩衝器會阻止其向前行進。在Roomba的下面裝配有俗稱的「壓電傳感器」,可以檢測到灰塵。如果在一個地方發現過多的灰塵,Roomba將重複其步驟以進行第二次清理,第二次速度將放慢並清理得更加徹底。僅僅觀察這些簡單的步驟,Roomba就展示出了一種看上去像是由人執行的突發行為。

某種意義而言,「突發」這個詞表明這種行為是不可預測的,其實不然。如果完全基於上述的簡單規則,我們可以理解為什麼Roomba能以自己的方式行動。然而,如同沃爾特的「烏龜」一樣,當Roomba設法完成自己的任務時,行為實體(behavioural agent)與環境的結合可能產生一些意想不到的響應。

單獨一台Roomba的運行和表現都非常好。但是,就像沃爾特通過其烏龜機器人所發現的,當不止一台實體相互作用的時候,事情就真的變得很有趣了。沃爾特最有趣的觀察結果是,當這些「烏龜」彼此圍繞旋轉的時候,他發現了它們「跳舞」的方式。這種舞蹈由一種看上去由機器人儀式化的碰撞和後退組成。這是他裝在烏龜機器人身上的標誌燈造成的,當轉向馬達開啟的時候標誌燈就亮了,而轉向馬達停止時標誌燈就熄滅了。由於每個烏龜機器人依靠對方的標誌燈來定位,它們就像同一物種的兩個生物首次見面一樣彼此吸引。當「烏龜」走過顯現它們身影的鏡子時,會發生同樣的現象。沃爾特宣佈,如果這是一種動物行為的話,這種行為「或許可以證明烏龜機器人具有自我意識」。

即使Roomba的熱衷者也不願意承認兩台交互的真空清潔機器人具有「自我意識」,但沃爾特表明多重代理系統使智能設備變得更加有趣,這點是沒有錯的。舉例來說,如果你家的門能夠自動開或關,從而使Roomba可以一次清掃多個房間,這將產生什麼效果呢?這在某些場合是令人滿意的,比如,如果你有一隻寵物而你不希望它進入某一房間,或者如果你有一個特殊的房間在供暖,你不想它進入這個房間。同樣,如果Roomba能夠接入裝在前門或汽車裡的傳感器,並且知道在你去上班的時候就開始工作,那麼你回家的時候清潔工作就已經完成了。或許,這就是那些製造智能設備的大公司正在努力的方向。