一種將空間概念注入機(jī)器人系統(tǒng)的新方法

SorbonneUniversités和CNRS的研究人員最近研究了機(jī)器人系統(tǒng)中基于機(jī)器人的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)流程出現(xiàn)簡(jiǎn)化空間概念的先決條件。他們的研究預(yù)先發(fā)表在arXiv上，是一個(gè)大型項(xiàng)目的一部分，他們?cè)谶@個(gè)項(xiàng)目中探索了如何將基本的感知概念(例如身體，空間，物體，顏色等)灌輸?shù)缴锘蛉斯は到y(tǒng)中。

到目前為止，機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要反映了人類(lèi)感知世界的方式。然而，設(shè)計(jì)僅由人類(lèi)直覺(jué)引導(dǎo)的機(jī)器人可能會(huì)限制他們對(duì)人類(lèi)經(jīng)歷的感知。

因此，為了設(shè)計(jì)完全自主的機(jī)器人，研究人員可能需要遠(yuǎn)離與人類(lèi)相關(guān)的結(jié)構(gòu)，允許機(jī)器人代理人開(kāi)發(fā)他們自己的感知世界的方式。根據(jù)SorbonneUniversités和CNRS的研究人員團(tuán)隊(duì)的說(shuō)法，機(jī)器人應(yīng)該通過(guò)分析其感覺(jué)運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)和識(shí)別有意義的模式來(lái)逐步發(fā)展自己的感知概念。

“一般的假設(shè)是沒(méi)有人對(duì)生物有機(jī)體給出感知概念，”開(kāi)展這項(xiàng)研究的研究人員之一Alexander Terekhov告訴TechXplore。“這些概念隨著時(shí)間的推移而發(fā)展，作為有用的工具，幫助他們理解他們經(jīng)常暴露的巨大的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。因此，青蛙的空間概念很可能與蝙蝠的概念不同，這將是蝙蝠的概念。反過(guò)來(lái)又與人類(lèi)不同。所以在建造機(jī)器人時(shí)，我們應(yīng)該給它什么樣的空間概念?可能沒(méi)有這些。如果我們想要機(jī)器人真正智能，我們不應(yīng)該使用抽象概念來(lái)構(gòu)建它們，而是提供他們使用算法讓他們自己開(kāi)發(fā)這樣的概念。“

特列霍夫和他的同事們表明，空間作為與環(huán)境無(wú)關(guān)的概念不能只通過(guò)外部信息來(lái)推斷，因?yàn)檫@些信息根據(jù)環(huán)境中的情況而有很大差異。通過(guò)研究將運(yùn)動(dòng)命令與代理外部的刺激變化聯(lián)系起來(lái)的函數(shù)，可以更好地定義這一概念。

“重要的見(jiàn)解來(lái)自法國(guó)著名數(shù)學(xué)家亨利·龐加萊(Henri Poincare)的一項(xiàng)舊研究，他對(duì)一般的數(shù)學(xué)，特別是幾何學(xué)如何能夠從人類(lèi)的感知中產(chǎn)生興趣，”特列霍夫說(shuō)。“他認(rèn)為，感官輸入中的巧合可能起著至關(guān)重要的作用。”

通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子可以更好地解釋Poincare引入的思想。當(dāng)我們觀察一個(gè)給定的物體時(shí)，眼睛捕捉到一個(gè)特定的圖像，如果物體向左移動(dòng)10厘米，它將會(huì)改變。但是，如果我們向左移動(dòng)10厘米，我們看到的圖像將保持幾乎完全相同。

“如果你想一想人體有多少受體，這個(gè)屬性似乎是不可思議的，”特列霍夫說(shuō)。“幾乎不可能在一生中兩次輸入相同的輸入，但我們經(jīng)常會(huì)經(jīng)歷它。這些低概率事件可能被大腦用來(lái)構(gòu)建一般的感知概念。”

為了將這些想法應(yīng)用于機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，研究人員在其尖端編程了一個(gè)帶有攝像頭的虛擬機(jī)器人手臂。每次收到相同的視覺(jué)輸入時(shí)，機(jī)器人都會(huì)記錄來(lái)自手臂關(guān)節(jié)的測(cè)量結(jié)果。“通過(guò)關(guān)聯(lián)所有這些測(cè)量，機(jī)器人構(gòu)建了一個(gè)抽象，在數(shù)學(xué)上等同于其相機(jī)的位置和方向，即使它沒(méi)有明確訪問(wèn)這些信息，”Terekhov說(shuō)。“最重要的是，即使這個(gè)抽象概念是基于視覺(jué)輸入學(xué)習(xí)的，它最終會(huì)獨(dú)立于它，因此適用于所有環(huán)境;同樣地，我們的空間概念不依賴(lài)于我們的特定場(chǎng)景看到。”

在另一項(xiàng)研究中應(yīng)用相同的原理，研究人員成功地促使機(jī)器人補(bǔ)償由于放置在相機(jī)前面的鏡頭引起的光學(xué)畸變。通常，這可以通過(guò)在成對(duì)的失真和未失真圖像上訓(xùn)練算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

“我們研究的棘手部分是，機(jī)器人必須通過(guò)僅觀察扭曲的圖像來(lái)完成這項(xiàng)任務(wù)，就像人類(lèi)學(xué)會(huì)補(bǔ)償眼鏡引入的扭曲一樣，”特列霍夫說(shuō)。“我們認(rèn)為Poincare引入的原理是我們算法的基礎(chǔ)，它可以更加通用，并且可以在多個(gè)層次上被大腦利用。我們目前正在探索使用這些原理構(gòu)建不受影響的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可能性。從災(zāi)難性的遺忘中，可以逐漸積累知識(shí)。“