MIT专家丹妮拉·鲁斯：我们需要不像“机器人”的机器人

春晚上的人形机器人掀起了大众对于具身智能、机器人的又一次讨论热潮：机器人的技术发展到哪里了？它们能做什么、不能做什么？智能机器人必须模仿人形吗？

在解答人工智能及机器人相关问题这一块，很少有人能比丹妮拉·鲁斯（Daniela Rus）更资深。她是世界顶级机器人专家，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（MIT CSAIL）主管，也是CSAIL的首位女性掌门人。在人工智能界，她的名字常常与李飞飞等女性领袖并列。

在她的首作《心与芯：我们与机器人的无限未来》中，鲁斯介绍了仿生鱼、自动驾驶机器人、可穿戴机器人等诸多不同功能的机器人，以及一线科技工作者的研究进展与成果，向大众展示了机器人与“魔法”之间逐渐拉近的距离。

鲁斯对于推广机器人技术发展有着无限的热情，她的网站首页上写着两句话：“我想象的未来里，机器人融入人类生活方方面面，以至于它们变得像如今的智能手机一样普遍。机器人学领域有着巨大的潜力，能够在工作、居家以及娱乐等各个场景中极大地提升我们的生活质量。”

（以下内容摘编自《心与芯：我们与机器人的无限未来》）

经常有人问我，是否可以为其建造定制机器人。我的表姐是肿瘤学家，她问我是否可以为她建造一个植入机器人，随时监测肿瘤的状态。我能实现她的愿望吗？

目前还做不到。

我的好友想要一个胶囊机器人，他想和心爱的鲸鱼一起在海中畅游。我有能力研制出这类机器人，为富有冒险精神的科学家提供帮助吗？

很遗憾，我依然做不到。

人们的要求五花八门，我想建造的机器人种类更多，同样千奇百怪。去新加坡时，看到很多建筑物上爬满了吸收二氧化碳的绿植，我就想建造攀爬剑桥大学办公楼的机器人，它能充当人工光合器，吸收二氧化碳，释放新鲜的氧气。在海滩上，我想到了塑料污染这个重大问题。是否可以设计并派遣一批水中机器人，过滤掉海洋中的杂质？

很多项目看似是科幻小说中的内容，其实可行性都非常高，只需不同数量的资源、人员和时间就能实现。如果我们审视有关新型智能机器人的诸多想法，反复出现的主题或挑战就会浮出水面。

我们需要更智能、更灵敏的机械手

在实验室里，我和同事擅长移动机械手，让它靠近我们的目标抓取物，但最后一步可能很不顺利。机械臂无法始终以所需的精确度移动，因而机械手的最终位置可能有些小误差。机械手与抓取物发生错位，抓取就会失败。能否在不过分依赖手的控制或物体位置的情况下，开发更好的硬件和软件来管理这种不确定性？

灵敏的机械手（比如我们的回收机器人 Rocycle 的机械手，可以区分纸张、塑料和金属）提高了机器人的整体智能水平。机器人的手指甚至无须看起来像手指，我们实验室开发的最强大的机械操纵器外观像一朵花。在硅包装材料的内部，有一个坚硬但灵活、兼容性强的折纸骨架。如果郁金香形状的夹具试图拿起一个罐子，它就会从罐子顶部向下移动，直到覆盖在盖子上，夹具上的真空装置会吸走所有空气，夹具及其内部骨架便会向盖子周围收缩。机械手无须精准地研究物体，也无须制订详细的最佳抓取计划。夹具只是下降、抓取，力传感器会确保抓取力度不会过大。它可以通过手柄抓取器具和其他物体，平放在桌子上的抹刀也不在话下。

本书写作时，几家初创公司正在开发吸力夹具。亚马逊推出了新的仓库机器人 Sparrow，它的手由 6个排列成簇的圆柱形吸力装置组成。Sparrow 拾放物体游刃有余，或许非常适合仓库或装配线工作，但并不适用于烘焙，因为它不擅长搅面团。这再次说明，机器人的身体只能做它力所能及的事。

在开发机械手和机器人大脑方面，我们仍有很多工作要做，但已经取得了很大的进步。据报道，亚马逊的 Sparrow 能抓取数百万形状各异的包裹。仓库工作只是一个开始。如果这些技术继续以目前的速度发展，可以想象，机器人将在许多生活领域执行各种任务。

我们需要更柔和、更安全的机器人

当然，我们不能只关注机械手，机器人作为一个整体也需要更强的兼容性。传统的机器人系统并不友好，它们笨重且危险。工业机械手是工程学的杰作，但它们与人类隔离，通常被关在笼子里，因为它们经过预先编程去执行一系列操作，如果有人妨碍，程序是无法改变的。

然而，能与人类合作的工业机器人逐渐进入我们的视野。一群梦想家在推动着这个趋势，包括罗德尼·布鲁克斯和机器人公司 Rethink Robotics 的创始人团队。他们的机器人 Baxter 正是为了与人类合作而设计的。工人无需任何技术或编程背景即可训练 Baxter 及其后继者 Sawyer，让它们做助手或独立执行某些任务。该公司因经济原因于 2018 年关闭，但其核心理念已经实现。他们的实践表明，人类和机器人是可以协同工作的。

如今，工业和工厂环境中协作机器人的例子有很多，其理念也在向工业领域之外扩展。Diligent Robotics 公司的 Moxi 帮助护士将物资运送到病房。我的好友、南加州大学的马扎·马塔里开发了有着类似名字的 Moxie，它可以与孤独症儿童互动，帮助他们提高社交技能，还可以进行社交技能测试。

我们需要不像“机器人”的机器人

机器人舞蹈的特点是动作笨拙、不连贯，这暴露出智能机器的一个更大的问题。我们需要开发的是像自然界的生物一样敏捷的机器人。我希望更多的机器人能像舞者一样，富有节奏、优雅地舞动（比如马克·雷伯特及其波士顿动力公司团队开发的跳舞机器人），像专业厨师一样在厨房切菜，像羚羊一样奔跑。我还希望机器人能更好地理解人类。

我们可以在机器人的行动执行方面搞一些创新。当你驾车偏离车道时，有限自动驾驶汽车可能会察觉，它会自动将汽车拉回来。汽车会以最快的速度回到正确位置，其行为像机器，而不像会平缓地驶回车道的人类。在类似情况下，机器人的行为与人类不同。这种行为差异可能是有益的。在国际象棋和围棋等战略性游戏中，人工智能系统与人类棋手对决时经常出其不意，人类可以分析它们的选择，发现新策略。但在其他情况下（比如开车时），我们更希望机器人的行为接近人类。

我的研究团队已经证明，控制器可以向人类驾驶员学习如何驾驶，增强自动驾驶汽车的大脑功能。我们还可以根据道路规则为其提供推理引擎。这似乎可以让自动驾驶汽车像人类一样驾驶，但开过车的人都知道，并非所有人类司机都遵守交规。因此，我们需要机器人理解路上其他司机的行为，并做出恰当的反应。

多年前，我刚跟父亲学开车时被困在十字路口，部分原因是我无法预测其他司机的行为。我们正在开发一个系统，该系统利用被称为 SVO（社会价值取向）的数学度量确定车辆附近社区中人类驾驶员的性格。该度量由社会心理学界开发，根据自我奖励与他人奖励的比率来评估个性。有趣的是，这个量可以表示为空间中的某个夹角，并被纳入机器人控制系统的成本函数中。

在讨论机器人之前，先举个例子说明 SVO 的工作原理。假设你得到 100 美元，必须在自己和某个陌生人之间进行分配。分配方案你说了算。你可以全部留下，对方一分不得，这是利己主义者的个性特征。你也可以将 100 美元全给对方，自己一分不留，这是利他行为。

从数学上讲，我们将利己主义者对应于 0 度角，将利他主义者对应于 90 度角。如果你平分这笔钱，表现出的就是亲社会行为，就是 45 度角。该角度提供了关于人类性格的大致的数学度量。

驾驶行为比奖金分配更难度量，而SVO 之所以适用，是因为我们可以通过理解司机的行为，利用基于博弈论、控制论和机器学习的多个模型的数学公式来评估其个性。通过估计司机的 SVO 角度，并将估值纳入算法，我们可以让机器人更准确地了解环境中的人，从而让其控制系统、适应人类，而不是让人类适应它。

我们需要更好的人造肌肉

相比我刚涉足机器人领域时，现在的人造电机或致动器要高级得多，但仍有很大的改进空间。要建造柔性机器人，我们需要致动器能以更平稳、连贯的方式施力，具备更强的兼容性和更大的有效载荷。

柔性机器人对新型人造肌肉的需求可能更强。目前的柔性机器人用真空装置或泵来让空气或液体流动起来。前面我提到，有些公司已开始使用基于吸力原理的新型机械手，它们的夹具不需要抓取计划所需的复杂计算，但有效载荷（或可抓握的物体）有限。

我想拥有新的、可兼容的致动器，能应对巨大的有效载荷，而且体积较小，由电动机而不是泵和真空装置驱动。此外，人造肌肉要小而薄，更接近动物肌肉，而不是在目前较笨重的基础上做些改变。这就引发了下一个目标。

我们需要更强大的电池

近年来，电池技术取得了重大进展，但我们必须开发更小巧、灵活且能量密度更高的电池。从计算机到汽车，各种笨重的大电池为许多电子设备增加了重量，它们也可能适用于较大的机器人，但本书讨论的许多比较小巧、灵活的柔性机器需要不同的电池。

我的同事弗拉基米尔·布洛维奇研发的纸质太阳能电池可能会改变户外机器人的游戏规则。另一个有前景的途径是开发结构化电池，或内置于机器结构中的储能设备，而不是需要底盘支撑的独立部件。

麻省理工学院的同事托马斯·帕拉西奥斯的研究也让我备受鼓舞，他将新材料融入电池中，可以显著延长电池的使用寿命。他的研究表明，如果电动汽车的续航里程可以达到 1 000 英里，那么任何机器人都不需要充电即可运行更长时间。这个目标必须实现。如果我的车可以在拥堵的路上起飞，带我去上班，它就需要更强大的电池。

我们需要更敏锐的传感器

特斯拉声称，要制造自动驾驶汽车，不需要 3D 高清激光扫描仪，仅需要视觉传感器。从理论上讲，这是说得通的。人类不使用激光扫描仪。开车时，我们用眼睛捕捉光线，处理信息，所做的决定大部分是正确的。但人类的大脑比自动驾驶汽车中的人工智能系统先进得多。

我们在视觉感知方面的探索任重道远，我希望该领域能够开发出更实惠的 3D 激光扫描仪和其他强大的传感器，让机器人有能力收集更多周围环境的感官信息，帮助机器人更快地做出更好的决策。如果车用激光扫描仪或其较小版本能用于机器人的操作任务就好了，这样机械手就可以拥有目标抓取物形状的近距离图像。但它不仅仅可以充当眼睛。

我想为机器人配备类似皮肤的传感器和更强大的传感器，尽可能多地捕获周围环境中有价值的信息，包括景象、声音和感觉。皮肤是一个奇妙的感官，当我们触碰到物体时，它会发出警报。皮肤非常敏感，我们可以根据触觉推断物体的信息。人造皮肤是一个异常活跃且复杂的研究领域，有利于我们开发出与人类安全互动的机器人。

我们需要能够自然交流的机器人

目前，我们通过编程语言与机器人进行交互，理解编程语言需要具备计算机科学和机器人技术方面的专业知识。我们希望与机器人互动的方式更自然，所有人都能参与交流。ChatGPT及其他强大的聊天机器人的语言模型展示了文本生成引擎的非凡能力，让人们以为这些机器智能是在交流，但它们其实并不理解互动中单词的含义。

我希望看到人机之间更自然地交谈和交流，其目的不是争论、辩论或哲学探讨，而是让所有人都能直观地与机器互动，为它们分配任务。我们应该能向机器发出简单的高级指令，比如“给我一杯水”，而不必分解和解释任务的所有步骤，比如向各个关节发送多少电流，何时发送等。GPT-3 这种大型语言模型可作为人与机器人的接口，但在将相关单词转换为机器人可执行的步骤方面，我们仍有大量工作要做。

结语

需要改进的地方还有很多，比如更智能的机械手、更高级的设计和制造技术、更强大的电池和机器人身体等，但我们在每个领域都取得了巨大的进步。科幻小说作家、未来学家和某些人喜欢谈论奇点的概念，也就是说，在某个点上，技术的发展突然超越了我们所能预见的结果。从我的实验室和世界各地我同事的研究中心的情况来看，我认为革命性的变化已经在进行，但奇点尚未到来。

我们手腕上戴着功能非常强大的计算机。我们的车可以安全地完成许多驾驶任务。在仓库，人们穿戴机器人，让它协助搬运沉重的包裹。在工厂，人们与智能机器一起工作。“路漫漫其修远兮”，但我们已取得了丰硕的成果。现在，我们需要为未来做好准备。

科幻小说作家阿瑟·克拉克有句经常被引用的名言，“任何足够先进的技术都与魔法无异”。但我更喜欢另一种说法，“魔法只是我们还未发明的技术”。