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第9章 快乐天使—娱乐机器人

娱乐机器人以供人观赏、娱乐为目的,具有机器人的外部特征,可以像人,像某种动物,像童话或科幻小说中的人物等。同时它还具有机器人的功能,可以行走或完成动作,可以有语言能力,会唱歌,有一定的感知能力。另外,一些娱乐机器人还可以像人一样进行比赛。

1.大显身手—足球机器人

现在,机器人足球比赛是一种时尚运动,很多国家都有了自己的机器人足球比赛。在世界上比较有影响的赛事主要有两个,一个是由国际机器人足球联合会组织的“微机器人世界杯”;另一个是由国际人工智能协会组织的“机器人世界杯”。

国际机器人足球联合会成立于1997年,总部设在韩国的大田,每年组织一次机器人足球世界杯,相伴而行的还要举行这一领域的学术研讨。1996年在韩国举行了首届机器人足球世界杯,来自7个国家的23支代表队参加了比赛。1997年6月1~5日来自9个国家的22支代表队参加了2个项目的角逐。第三届比赛在巴黎与第16届足球世界杯同期举行,有13个国家的39个代表队参加了4个项目决赛阶段的比赛。

由于参赛队增加,1999年第四届分4个赛区进行了预选赛,角逐决赛阶段4个项目的32个名额,比赛已达到相当的规模和水平。2000年第五届“机器人足球世界杯”在悉尼与奥运会相伴而行;2001的第六届“机器人足球世界杯”在中国举行;2002年的“机器人足球世界杯”在韩国举行。

比赛的主要项目如下:

机器人足球的另一个重要分支是由国际人工智能学会组织的“机器人世界杯”赛,它的比赛项目有三个:(1)小型机器人比赛(直径小于15厘米),(2)中型机器人比赛(15~50厘米);(3)电脑模拟比赛。它要求参赛的机器人是自主式的,其复杂程度和制作成本较高。

1997年在日本举行了第一届“机器人足球世界杯”赛,有40多个队参加了比赛,然后每年举行一届。1998年第二届在法国巴黎举行,有60多个队参加了比赛。1999年第三届在瑞典的斯德哥尔摩举行。2000年的第四届,在澳大利亚的墨尔本举行,有约100个队参加了比赛。

机器人足球是一项极具魅力的比赛,也可以看做是一种高技术的竞技项目。机器人足球的高技术可以概括为12个字:“实时采集、实时控制、实时行动”。

在足球机器人系统的开发要涉及到机器人学、机电一体化、通讯与计算机技术等、图像处理、传感器数据融合、决策与对策、模糊神经网络、人工生命与智能控制等学科的内容。

除了机器人足球比赛外,其他形式的机器人比赛也很多,比如:国际奥林匹克机器人大赛,NHK国际机器人比赛等。比赛的内容非常丰富,包括:表演赛、跳远、走迷宫、相扑、打乒乓球等。

2.口若悬河—聊天机器人

世界上最早的聊天机器人诞生于20世纪80年代,这款机器人名为“阿尔贝特”,用BASIC语言编写而成。但今天的互联网上,已出现诸如“比利”、“艾丽斯”等聊天机器人。据悉,还有一个“约翰·列侬人工智能计划”,以再现当年“甲壳虫”乐队主唱的风采为目标。

(1)世界著名的聊天机器人

①TalkBot

最初作为一个在线聊天系统,TalkBot是克莉斯·克沃特于1998年用计算机语言编写完成的,并于2001年和2002年两次获得“Chatterbox Challenge”比赛的冠军。

②艾尔伯特

在德语聊天机器人查理的程序改进后诞生了艾尔伯特,2000年底德语版艾尔伯特就开始在线聊天,并且到了2001年连英语版也有了。在2003年获得“Chatterbox Challenge”比赛冠军。

③伊莉斯

讲德语的聊天机器人。伊莉斯由Java分子编辑器前端、Java服务器以及一种知识编辑器组成。其中,知识程序包括了1100多节点,而且还在不停升级。

④艾丽斯

1995年11月23日,艾丽斯Alice诞生了。艾丽斯的名字是由英文“人工语言在线计算机实体”的头一个字母的缩写拼成。科学家华莱士将这个聊天程序安装到网络服务器,然后待在一边观察网民会对它说什么。随着华莱士对艾丽斯的升级与艾丽斯聊天经验的日渐丰富,艾丽斯越来越厉害。2000年、2001年、2004年艾丽斯三夺勒布纳奖。艾丽斯是乔治的强劲对手,曾一度被认为是最聪明的聊天机器人。

⑤蕾拉伯特

由原始的艾丽斯程序改头换脸而来。整个程序和华莱士在2002年编写的艾丽斯的程序基本没什么差别。蕾拉伯特的存在是试图对基本的“人工语言在线计算机实体”聊天机器人的性能、功能提供一个范本。

(2)中文聊天机器人

基于中文聊天的机器人技术也日趋成熟,国内目前已经出现了不少聊天机器人,比如赢思软件的小i、爱博的小A、还有小强等等。这些机器人也已经日益成为网民上网的好伙伴。赢思软件推出的小i还有很多丰富的功能,比如MSN群,让办公室白领能够更加轻松的交流。

另外,聊天机器人也被应用到了商务和政务领域,很多网站上已经有了MSN机器人或者web机器人,让互动交流变得更加方便和人性化。

3.表情丰富—宠物机器人

东京电子通信大学机械控制工程系研制开发出了一种能表达简单情感的宠物机器人。这种机器人的前肢、耳朵和嘴巴都可以用来表达情感,例如高兴、愤怒和吃惊等。各种年龄组的人都能很容易地从机器人的动作中理解它要表达的情感。

这种机器人的形状像一只呢绒玩具狗,携带很方便,它的腿、耳朵、脖子、嘴和尾巴都能活动。腿、脖子和耳朵都能向四个方向活动,嘴和尾巴能向两个方向活动。为了能和人保持一种亲和关系,这种机器人采用了无线形式并装有两个触摸传感器,通过触摸的方式与人进行通信,将人的要求传递给机器人。在这种机器人的眼睛和头顶还装有音响报警灯,能表达许多其他的情感。

可以为这种机器人编程,使它可以表达出8种不同的感情,比如高兴、愤怒、吃惊、悲伤、同意、拒绝、叫喊和表示遇到紧急情况。高兴时,机器人就能摇动它的腿;愤怒时,它的眼灯就会发亮,身体颤抖。

情不自禁—机器小狗

1999年6月,日本索尼公司宣布,将在日本和美国限量销售索尼公司研制的娱乐机器人——机器小狗“爱宝”,结果首次投放市场就销售一空。

“爱宝”之所以受欢迎,不仅在于它有漂亮的外观,而且与真狗十分相近。“爱宝”有6种不同的情感状态:喜、怒、哀、惊、惧和怨。机器小狗的情感变化可以由各种原因引起,也可以相互影响。“爱宝”的6种感情状态呈现给人一个丰富多彩的感情世界。“爱宝”有4种不同的本能:爱、寻找、运动和饥饿(充电),这些本能构成了它的一些基本行为。

“爱宝”也像幼童一样有学习期、成长期和成年期。在学习期它可以经过人的辅导培养本领和性格;在成长期可以了解周围世界,观察和倾听各种事情,积累经验;在成年期则具有丰富的情感、自主的本能和与主人进行交流。

一般来说,要想将一个蹒跚学步的“爱宝”养成一个成年机器人需要几个月的时间。但是,“爱宝”成长的速度变化很大,这主要取决于它与人的接触的方式和它的生活环境。

为了使爱宝与人共处,科研人员给“爱宝”设计了4条腿,就像狗或猫一样,这两种动物长期是人类的伙伴。“爱宝”有18个电机,也称为18个自由度,这使得爱宝不仅能走动,而且能完成坐、伸展等动作,摔倒后还可以站起来、可以用腹部爬行,还可以像真的小狗一样玩耍。

“爱宝”的传感器与人的感知器官相对应,用于感知周边环境和与人交流。“爱宝”的头上有触觉传感器,你可以轻轻拍一拍它,表示友好。“爱宝”利用两个麦克风聆听周围的声音,在遥控模式下可以通过声音对它下命令。

海尔机器人公司也推出了一种机器狗,它可以摇头摆尾,眼睛发光,“唱”几首流行歌曲。这种新“家电”产品不久将走上市场。可以预料,我国企业自产的更可爱的机器宠物:狗、猫、鱼、鸟,能开能闭、能变色、有香味的花,及其他你喜欢的小玩意儿,将可能成为你生活中的“伴侣”。

4.随波荡漾—鱼形机器人

鱼类仅靠扭动身体,便能在水中悠闲地游来游去,而人类制造的轮船则不得不依靠螺旋桨才能前进。能不能尝试着用另外一种方法,让轮船像鱼一样在水中忽东忽西、自由自在呢?

在北京航空航天大学机器人研究所,一条长0.8米的机器鱼在一项全新的仿生学研究成果—波动推进下,顺利实现了不用螺旋桨的设想。

鱼体是一个平面6关节机构(即有6节鱼身),包括鱼头和鱼尾两个部分。鱼头是利用玻璃钢制作的,仿造鲨鱼外形的壳体。整个鱼的动力电池和控制接收部分都放在鱼头里。鱼尾的6个伺服电机扭转摆动作为推动器。这种机器鱼与日本推出的宠物机器鱼并不相同,宠物机器鱼依靠的是内置太阳能电池和马达作为推进器。

机器鱼重800克,在水中最大速度为每秒0.6米,能耗效率为70%~90%,控制上采取的是计算机遥控的方式。在各种演示游动的场合中,机器鱼以其逼真的游动形态,吸引了很多人前来围观,许多人都误以为这是一条真鱼。

5.挥毫泼墨—书法机器人

在数字化技术飞速发展的今天,对书法的书写技巧进行适当的数字化处理,将中国古老的书法艺术与能够集中体现现代高新技术的机电一体化产品—机器人完美地结合起来,书法机器人就应运而生了。

已经研制出来的一种书法机器人系统主要由以下部分组成:机器人本体;机器人控制器;型号不同的毛笔若干支,连续打印纸,墨汁,印泥和印章等附件;上纸和切纸机构;机器人书写平台;电源。

这种书法机器人系统的计算机采用了视窗(windows)98操作系统,主要是利用其易用性,方便普通用户或参观者对机器人进行操作。此外,根据系统的需要,编制了大量应用软件。

这种书法机器人系统具有一个十分友好的用户界面,以便参观者,特别是中小学生参观者能够顺利地进入和操作该书写系统。该用户界面不但有很清晰的界面,同时还有语音提示。

书法机器人系统的工作流程及功能如下:

书法机器人系统启动后,参观者在语音的提示下,通过电脑屏幕选择要求机器人书写的内容(该内容必须是机器人书写字库中的文字)。此时,参观者可以选择不同的文字或者诗句,同一个文字又可以选择不同的字体,如:楷书、隶书、草书等。

按下“确定”后,机器人根据参观者所选择的书写字数的多少,自动确定字体的大小和版式(横排或竖排),以便能够完整、合理和美观地书写所选文字。然后,机器人根据字体的大小从笔架上选取相应型号的毛笔,并沾上墨,润笔。

同时,上纸输送系统自动上纸,将空白纸输送到书写位置。然后,机器人模仿人的书写方法开始书写。在书写过程中的适当时候,机器人能够自动完成润笔等动作。

书写完成后,机器人收笔并将毛笔放回毛笔架上,然后抓取印章,为所书作品盖章。上纸输送系统自动走纸,烘干墨迹,切纸,并将作品从出纸口送出。机器人在表演的整个过程中均为自动运行,无需其他人员的介入。

6.惟妙惟肖—音乐演奏机器人

上海交通大学机器人所最近培育了一位“长笛演奏家”,只见它用10个金属手指灵活地按动发音孔,吹出一曲悠扬的《春江花月夜》。除了模拟手指,这位“演奏家”还有一个人工肺,吸气、吐气都受过“专门训练”,音域圆润而宽广。

以假乱真—机器人“帕瓦罗蒂”

几年前,美国特种机器人协会曾举办了一场别开生面的音乐会,演唱者是世界男高音之王“帕瓦罗蒂”,这位“帕瓦罗蒂”并不是意大利著名的歌唱家帕瓦罗蒂,而是美国依阿华州州立大学研制的机器人歌手“帕瓦罗蒂”。

演出开始,“帕瓦罗蒂”身着他习惯穿的黑白相间的礼服,走上舞台,手里还拿着白手绢。当他放声高歌时,不仅唱出了两个8度以上的高音,而且被歌唱家们视为畏途的高音C,他也能唱得清脆圆润具有“穿透力”。

演唱完毕,应听众的要求和提问,“帕瓦罗蒂”还作了自我介绍和回答提问。机器人歌手的回答诙谐幽默,妙语连珠。他的语调声音,用词造句与帕瓦罗蒂如出一人。演唱结束后,“帕瓦罗蒂”还为他的崇拜者们签名留念,当一位崇拜者递上一张帕瓦罗蒂的照片时,“帕瓦罗蒂”习惯地在照片的左上角一丝不苟地写下了他的大名“Pavarotti”,其笔迹与真帕瓦罗蒂的笔迹丝毫不差。

整个演唱会掀起了波澜。在记者们紧追不舍的逼问下,研制专家们透露了一些内部信息:他们的机器人歌手之所以表演的如此逼真,是因为他们事先成功地获得了帕瓦罗蒂演唱时胸腔、颅腔和腹腔内空气振动的频率、波长、压力及空气的流量等数据,再用先进的电脑系统进行“最逼真的模拟”,然后再进行仿制。

7.风靡日本—机器人相扑大赛

相扑运动是深受日本民众喜爱的一种体育运动,出于对相扑运动的喜爱,日本于1990年3月举行了第一届机器人相扑大会,大会举办的相当成功,于是同年12月又举行了第二届机器人相扑大会。

机器人相扑比赛的规则要求机器人的长和宽不得超过20厘米,重量不得超过3千克,对机器人的身高没有要求。机器人的比赛场地是高5厘米,直径为154厘米的圆形台面。台面上敷以黑色的硬质橡胶,硬质橡胶的边缘处涂有5厘米宽的白线。

这种以黑白两色构成边界线的比赛场地便于相扑机器人利用低成本的光电传感器进行边界识别。相扑机器人使用的传感器有:超声波传感器、触觉传感器等,成本也都不高。正是由于费用不太高,所以发展很快,到1993的第4届参赛机器人已超过1000台。由于竞技过程是双方机器人“身体”的直接较量,气氛紧张、比赛激烈。

机器人相扑比赛的规则比较宽松,给参赛者留有较大的发挥空间。比如,为了防止被对手推下赛台,有的相扑机器人采用了必要时可将自己的底部吸附在比赛场地的方法,并靠这种策略多次赢得了胜利。

1.机器人足球的科学意义

从科学研究的观点看,包括能进行体育比赛的所有机器人可以抽象为具有自主性、社会性、反应性和能动性的“自主体”。由这些自主体以及相关的人构成的多主体系统,是未来物理和信息世界的一个缩影。

其基本问题是自主体(包括人)之间的协调与发展,主要研究内容包括自主体设计、多主体系统体系结构、自主体协商与合作、自动推理、规划、机器学习与知识获取、认知建模、系统生态和进化等一系列专题。

这些专题有的是新提出的(如“合作”),有的是过去没有能彻底解决并在新的条件下更加复杂化的(如机器学习)。这些问题不解决,未来社会所需的一系列关键性技术就无法得到。

2.变电站巡检机器人

变电站巡检机器人主要应用于室外变电站代替巡视人员进行巡视检查。它是集多项技术于一体的复杂系统,采用完全自主或遥控方式,对站内设备进行巡检,对图像进行分析和判断,及时发现电力设备的缺陷、外观异常问题。

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