神經(jīng)形態(tài)計(jì)算技術(shù)有望成為智能無(wú)人系統(tǒng)的關(guān)鍵

美國(guó)田納西大學(xué)和橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科研人員研制出一臺(tái)基于神經(jīng)形態(tài)計(jì)算技術(shù)的機(jī)器人。

一個(gè)由美國(guó)田納西大學(xué)（University of Tennessee）和橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory）的研究人員組成的團(tuán)隊(duì)研制出了一臺(tái)有大腦的機(jī)器人。這臺(tái)機(jī)器人有個(gè)親切的名字——“霓虹”，就像是Roomba（iRobot公司智能掃地機(jī)器人）和迪士尼皮克斯動(dòng)畫“機(jī)器人總動(dòng)員”締造的一個(gè)混血兒。它能夠在空間中導(dǎo)航，同時(shí)通過(guò)感應(yīng)物體來(lái)避開障礙物，然后改變方向，避免撞到它們。美國(guó)田納西大學(xué)的神經(jīng)形態(tài)研究小組把成功研制這臺(tái)機(jī)器人視為向新無(wú)人機(jī)技術(shù)邁進(jìn)的一步。

“神經(jīng)形態(tài)”術(shù)語(yǔ)意味著計(jì)算機(jī)科學(xué)家的“大腦”?？梢哉f(shuō)，機(jī)器人從接連它們的電腦處獲得智力，而“霓虹”這臺(tái)機(jī)器人不是?！按蠖鄶?shù)計(jì)算機(jī)都運(yùn)行代碼，”神經(jīng)形態(tài)研究小組的顧問(wèn)Mark Dean教授說(shuō)。“‘霓虹’機(jī)器人里沒(méi)有代碼。它有神經(jīng)元和突觸，并根據(jù)訓(xùn)練的內(nèi)容來(lái)運(yùn)作?！痹摍C(jī)器人原型仍然需要用計(jì)算機(jī)啟動(dòng)，但是一旦打開，它就不需要外部編程來(lái)進(jìn)行移動(dòng)了。

在田納西州大學(xué)研究人員Parker Mitchell和Grant Bruer用一個(gè)小型筆記本電腦演示了這臺(tái)機(jī)器人。當(dāng)機(jī)器人指示燈一亮，他們就把機(jī)器人放置在迷宮內(nèi)的水泥地上，迷宮由錐形筒和塑料筒圍成，他們時(shí)不時(shí)會(huì)走到迷宮前面，測(cè)試它的反應(yīng)時(shí)間。這個(gè)小心翼翼的機(jī)器人在房間里旋轉(zhuǎn)著，偶爾還會(huì)有螺絲脫落，它的眼珠不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，活像《地球脈動(dòng)2》（英國(guó)廣播公司播出的紀(jì)錄片）里的火烈鳥。在訓(xùn)練中，“霓虹”學(xué)會(huì)了害怕碰撞，變得更聰明，每次在接近某物時(shí)都表現(xiàn)得更準(zhǔn)確。

01

適者生存

為了讓“霓虹”達(dá)到這一點(diǎn)，許多代的“霓虹”機(jī)器人不得不接受橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的旗艦版超級(jí)計(jì)算機(jī)“泰坦”（Titan）的高風(fēng)險(xiǎn)訓(xùn)練，這可能會(huì)讓一些軍事訓(xùn)練營(yíng)蒙羞。

前田納西州大學(xué)學(xué)生、橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究員Katie Schuman是該研究團(tuán)隊(duì)的導(dǎo)師。Schuman說(shuō):“我們通過(guò)模擬來(lái)操作它，下一步是訓(xùn)練大腦不僅可以避開物體，而且可以針對(duì)特定物體。它被賦予動(dòng)機(jī)去盡可能多的地方，而不會(huì)有任何影響?！盨chuman提到的動(dòng)機(jī)是生存，在“泰坦”18000臺(tái)電腦的24小時(shí)訓(xùn)練期間，成千上萬(wàn)甚至上百萬(wàn)個(gè)版本的“霓虹”在她的手中死去。當(dāng)然，機(jī)器人不會(huì)感到疼痛，但如果可以的話，這將是一個(gè)非常悲傷的故事。“就像適者生存一樣，”Mitchell說(shuō)?！昂玫拇竽X會(huì)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，壞的大腦會(huì)死亡。”這樣，大腦就會(huì)隨著時(shí)間的推移而進(jìn)化。Mitchell和Bruer賦予這個(gè)小小的大腦一個(gè)身軀，從而可以投入工作。在這個(gè)神經(jīng)形態(tài)研究團(tuán)隊(duì)中，大約有20名工程專業(yè)學(xué)生做出了自己的貢獻(xiàn)。

Schuman說(shuō)，看著“霓虹”的各種迭代，他們開始注意到關(guān)于它的學(xué)習(xí)方式的一些趣事。例如，早期的“霓虹”碰到角落時(shí)，為了逃離出來(lái)，它們會(huì)旋轉(zhuǎn)幾次?，F(xiàn)在“霓虹”只需要適當(dāng)?shù)馗淖兎较蚓涂梢粤?。同樣地，該機(jī)器人總是朝同一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從角落里走出來(lái)，或者遠(yuǎn)離障礙物。她說(shuō)：“我認(rèn)為這是一個(gè)效率的特性，因?yàn)樗哪繕?biāo)是覆蓋盡可能多的地面。”

02

應(yīng)用

“霓虹”機(jī)器人的潛在應(yīng)用不會(huì)只停留在無(wú)人駕駛飛機(jī)領(lǐng)域。Dean教授表示，擁有像“霓虹”一樣小的大腦的自主機(jī)器人非常罕見，這使得該機(jī)器人適用于資源稀缺、體重受限的環(huán)境中。這可能是無(wú)人機(jī)，但也可以應(yīng)用于衛(wèi)星和水下交通工具。

Dean教授稱，下一步是訓(xùn)練大腦，使機(jī)器人不僅可以避開物體，而且可以針對(duì)特定物體。他說(shuō):“我們的首要目標(biāo)是建造能夠適應(yīng)所處環(huán)境的事物，這樣它們就能根據(jù)所學(xué)，在不同的環(huán)境中生存?！?/p>