機(jī)器人誕生「自我意識(shí)」，哥大華人登Nature子刊：照鏡子學(xué)會(huì)自我建模

原標(biāo)題：機(jī)器人誕生「自我意識(shí)」，哥大華人登Nature子刊：照鏡子學(xué)會(huì)自我建模
文章來源：新智元
內(nèi)容字?jǐn)?shù)：6745字

哥倫比亞大學(xué)研發(fā)出能自我學(xué)習(xí)的機(jī)器人

哥倫比亞大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新型AI系統(tǒng)，使機(jī)器人能夠通過普通攝像頭和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自我建模、規(guī)劃和自我修復(fù)，為具身智能發(fā)展帶來了新的范式。這項(xiàng)突破性技術(shù)讓機(jī)器人擺脫了對(duì)工程師持續(xù)干預(yù)的依賴，實(shí)現(xiàn)了類似人類的自主學(xué)習(xí)和環(huán)境適應(yīng)能力。

1. 機(jī)器人自我學(xué)習(xí)的突破

傳統(tǒng)機(jī)器人依賴工程師進(jìn)行機(jī)械建模、仿真和算法編寫，硬件結(jié)構(gòu)改變或損壞后也需要工程師干預(yù)。而這項(xiàng)新研究讓機(jī)器人僅通過普通攝像頭，就能像人類一樣觀察自身并理解身體構(gòu)造，甚至能在“受傷”后自主調(diào)整和恢復(fù)。這得益于名為“FFKSM”（Free Form Kinematic Self-Model）的技術(shù)，它包含三個(gè)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：坐標(biāo)編碼器、編碼器和預(yù)測模塊，通過處理3D點(diǎn)坐標(biāo)和關(guān)節(jié)角度，預(yù)測機(jī)器人在三維空間中的位置，并進(jìn)行自我調(diào)整。

2. 解決具身智能的三大難題

這項(xiàng)技術(shù)攻克了具身智能的三大難題：數(shù)據(jù)與物理實(shí)體的割裂、模型的自我更新和Sim2Real問題。FFKSM讓機(jī)器人通過攝像頭觀察自身，構(gòu)建通用自我表征，無需手工定義模型，解決了數(shù)據(jù)復(fù)用難題；動(dòng)態(tài)自我建模技術(shù)使機(jī)器人持續(xù)感知身體狀態(tài)，即使機(jī)械臂因磨損產(chǎn)生微小形變也能自主更新模型；實(shí)時(shí)在線建模則實(shí)現(xiàn)了“所見即所得”的學(xué)習(xí)范式，解決了仿真與現(xiàn)實(shí)差異問題。

3. 具身智能的新范式：從“功能機(jī)器”到“認(rèn)知生命體”

這項(xiàng)技術(shù)將機(jī)器人從被動(dòng)執(zhí)行任務(wù)的工具轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)、適應(yīng)和調(diào)整的認(rèn)知生命體。它建立了基于視覺-關(guān)聯(lián)的直覺認(rèn)知，更接近生物的本體感知，并通過三個(gè)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同機(jī)制形成了類腦的認(rèn)知閉環(huán)。研究人員可以追溯機(jī)器人的“思考”路徑，例如，機(jī)器人選擇繞過障礙物時(shí)，其“思考”過程是先自我模擬機(jī)械臂擺動(dòng)幅度，再計(jì)算碰撞概率，最后生成避讓軌跡。

4. 廣泛的應(yīng)用場景

這項(xiàng)技術(shù)在人形機(jī)器人、極端環(huán)境探測器和人臉機(jī)器人等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。例如，在戶外行走的人形機(jī)器人可以實(shí)時(shí)識(shí)別環(huán)境變化并調(diào)整姿態(tài)；在極端環(huán)境下，機(jī)器人可以檢測自身異常并調(diào)整控制策略，即使部件受損也能繼續(xù)完成任務(wù)；人臉機(jī)器人則可以擺脫人工建模，通過視覺學(xué)習(xí)自身結(jié)構(gòu)和方式，自主優(yōu)化表情控制模型，減少“恐怖谷效應(yīng)”。

5. “自我意識(shí)”的實(shí)現(xiàn)

這項(xiàng)研究是哥倫比亞大學(xué)團(tuán)隊(duì)二十年研究的最新成果，機(jī)器人通過觀察來創(chuàng)建自我模擬，從簡單的火柴人形狀到如今使用單個(gè)普通攝像機(jī)創(chuàng)建全面的自我模型。研究人員將這種能力稱為“自我意識(shí)”，它賦予機(jī)器人想象自身未來狀態(tài)的能力，從而拓展了機(jī)器人的行動(dòng)可能性。

6. 華人作者介紹

論文第一作者胡宇航是哥倫比亞大學(xué)博士生，他一直致力于研究人類和動(dòng)物如何理解世界，并將其應(yīng)用于機(jī)器人研究，希望機(jī)器人能夠像人類一樣通過視覺感知和理解自身在物理世界中的存在。

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作者簡介：智能+中國主平臺(tái)，致力于推動(dòng)中國從互聯(lián)網(wǎng)+邁向智能+新紀(jì)元。重點(diǎn)關(guān)注人工智能、機(jī)器人等前沿領(lǐng)域發(fā)展，關(guān)注人機(jī)融合、人工智能和機(jī)器人對(duì)人類社會(huì)與文明進(jìn)化的影響，領(lǐng)航中國新智能時(shí)代。