情感计算

    机器人能否和人一样——核心问题在于，它们能否具备人类的情感。那么人类的情感究竟是怎么产生的？一门新兴的学科正在试图解答——

    最近，欧洲科学家启动了RoboEarth（机器人地球）计划，试图让机器人共享信息并存储它们的发现。这意味着机器人将具有学习能力——执行任务时，他们能下载数据并寻求其他机器人的帮助，更快地在新环境下工作。

    机器人最终能否同人类一样？人与人进行交流时，除了语言外，还会通过表情、声调、语气，眼神甚至肢体行为等来传递情感信息。为了让计算机能够“懂”人类的情感，一门新兴的学科——，已成为人工智能研究热点。

    仿生代理是人工智能的一个重要方向，指完全由计算机生成的图形实体，用来模拟现实世界中真实的人或有生命物体的其他行为和动作。简单说就是让计算机“化身为人”。

    情感可以计算吗？

    中国家长在教育小孩子时总会说一句话，在和别人交往时要懂得看“眉眼高低”。这“眉眼高低”的意思，就是让我们在交流时，不仅仅要听懂对方的话，还要学会观察对方的语气、表情、肢体行为，理解其中蕴含的情感信息。只有这样，才能让我们更了解对方的真实意图，顺利地进行交流。情感在人的感性行为和感性决策中起着重要作用，情感能力也是人类智能的重要标志之一。

    不知你是否发现，人类的情感表现有很多相同的特性，也就是规律。我们以肢体语言为例，肢体语言源于生活，如点头、摇头、眼神、手势、身体各部分的动作等。例如，点头表示人对某事件的赞同；摇头表示人对某事件的反对；身体某一部位不停地摆动则反映情绪紧张。人伤心时除满脸愁容外，还会配以捶胸顿足等动作；高兴时会喜笑颜开，手舞足蹈，总之，肢体的各种动作，都是情感的自然流露和宣泄。

    与动作识别相比，生理指标在情感识别上则更具有客观性。生理变化由人的自主神经系统和内分泌系统支配，很少受人的主观控制，因而生理信号（例如：血压、脉搏、皮肤电阻，血氧饱和度、心率、呼吸、掌汗，脑电图、心电图、瞳孔直径等）正越来越广泛地被应用于情感识别。当然，任何一种情感状态都可能伴随几种生理或行为特征的变化；而某些生理或行为特征也可能起因于数种情感状态。

    找到这些规律后，研究者模拟人类情感的认知和表达过程，提出了针对仿生代理的各种情感建模方法。同时，仿生代理可通过表情生成、情感语音合成、肢体行为合成等来实现自身情感的表达。也正是因为人类的情感会表达为这些客观的参数，因而不少科学家对情感计算的未来充满了信心。

    怎样让计算机“懂”情感？

    情感计算就是试图赋予计算机像人一样的观察、理解和生成各种情感特征的能力，试图创建一种能感知、识别和理解人的情感，并能针对人的情感作出智能、灵敏、友好反应的计算系统。这一概念是由美国麻省理工大学媒体实验室的皮卡德教授最早提出的。

    对情感计算的研究大致可以分为情感识别、情感建模和情感生成三大部分。简单地说，首先找出人类情感的规律，确定由情感而生的特征信号；然后把这些规律用数学的方法表达出来，建立计算机能够执行的数学模型；最后，让计算机执行模型，“生产”自己的情感。

    事实上，美国、日本等国家以取得很大进展。目前通过使用特殊仪器，科学家们甚至可以对面部的微小表情变化进行研究。如今，我们已经可以区分真笑和假笑——人在真笑时面颊上升，眼周围的肌肉堆起，大脑左半球的电活动增加；而人在假笑时仅有嘴唇的肌肉活动，下颚下垂，大脑左半球的电活动不明显。

    在研究者努力开发情感识别及表达技术的同时，可穿戴的情感计算机以及融合情感计算的普适计算技术将成为未来的发展趋势。有了可穿戴的情感计算机和融合情感计算的普适计算技术，人类的喜怒哀乐便可随时随地的被感知，计算机便可随时针对人类的情感作出智能反应，从而实现真正和谐、自然的人机交互环境。

    情感计算能实现吗？

    情感计算从诞生那天起，就伴随着争论。有些研究者认为，情感具有不可计算性，情感是人类本身所独有的，计算机不可能模拟和制造。同时，情感计算是人工智能领域一种多余的“奢侈”，现有的人机交互方式已能够满足人类的交互需要。

    有人提出，人的情感非常复杂，而且往往交织在一起，可能需要海量数据才能够表达，“计算”是不现实的。还有人提出：“情感的感受强度和表达强度与各种生理指标的变化量度通常不是成线性函数关系，大部分都是呈非线性的、不连续的、模糊的、概率性的、波动的函数关系，因此采用生理指标的变化量来计算情感的感受强度和表达强度，如何消除其误差性和不确定性？”的确，情感计算很大程度上要受制于认知科学的发展，而人类对于自身的了解还远远不够。因此，有人断言，不可能实现真正意义的“情感计算”。

    皮卡德教授也曾遭遇过这种质疑，她说：“许多人不知道情感有助于理性和智能行为，普遍认为计算机的情感是一种空洞无聊的东西，就像蛋糕表面上的一层糖霜，可以用来使之更为悦目，但没有真正实质上的意义。”而她的回答是：“试图理解情感就是试图认识事物的真实面目。最终，我们可以清楚地看到事物的原貌，理解人工智能和一切人类进程是如何进行的。”事物都是在争论中不断进步和发展的，我们既要看到实现情感计算的艰巨性和复杂性，也要看到其实现的必然性。

    （作者单位：北京航空航天大学电子信息工程学院）

    战争机器人

    据报道，美军正加紧研制用于战争的机器人，希望未来能够实现“零伤亡”的无人战争目标。这些机器人包括猎杀机器人，侦察建筑、隧道、洞穴的机器人，“飞行机器人”等。据说美军在伊拉克和阿富汗部署了数百个能发现和摧毁游击队预先放置炸弹的机器人。

    工业机器人

    其实工业中广泛用到的机械手臂也是机器人的一种，这种机器人能代替我们在危险环境中工作，也可以达到高精密度要求。这种机器人基本不需要达到“智能”高度，只要按照程序设定运作就可以，比拼的往往是操作性和精度。