青島實(shí)驗(yàn)高中 李沐曈

家用機(jī)器人的人工智能研究

青島實(shí)驗(yàn)高中 李沐曈

隨著我國(guó)信息技術(shù)與智能化技術(shù)水平的不斷發(fā)展，當(dāng)前家用機(jī)器人作為一種能夠勝任各種簡(jiǎn)單勞動(dòng)的生活幫手，已經(jīng)逐漸走進(jìn)千家萬(wàn)戶。盡管當(dāng)前我國(guó)家用機(jī)器人人工智能設(shè)計(jì)中取得了一定的成果，但是依然面臨許多問(wèn)題與局限性。為了進(jìn)一步分析未來(lái)家用機(jī)器人人工智能的發(fā)展方向與優(yōu)化措施，文章首先闡述了家用機(jī)器人人工智能技術(shù)的定義，然后分析了當(dāng)前我國(guó)家用機(jī)器人人工智能的發(fā)展階段以及存在的問(wèn)題，最后結(jié)合上述內(nèi)容，對(duì)未來(lái)我國(guó)家用機(jī)器人的人工智能發(fā)展方向進(jìn)行了展望，以期能夠提升行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展水平。

家用機(jī)器人；人工智能；優(yōu)化

盡管當(dāng)前機(jī)器人在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其應(yīng)用領(lǐng)域更是不斷拓展，但是受到成本、研發(fā)技術(shù)以及控制水平等內(nèi)容的影響和約束，當(dāng)前大多數(shù)家用機(jī)器人依然只能夠承擔(dān)一些簡(jiǎn)單重復(fù)的工作，對(duì)于一些不熟悉的新任務(wù)或者是需要自我反饋調(diào)整的復(fù)雜的工作往往無(wú)法適應(yīng)。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，機(jī)器人行業(yè)提出了智能化的口號(hào)，而這個(gè)口號(hào)也正在逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。為了更好的分析機(jī)器人智能化的發(fā)展階段，就要先了解一下什么是家用機(jī)器人人工智能技術(shù)。

一、家用機(jī)器人人工智能技術(shù)

1.感知、認(rèn)知與行為控制

從機(jī)器人人工智能技術(shù)的分類上來(lái)看，當(dāng)前我們主要將家用機(jī)器人的人工智能技術(shù)分為三個(gè)模塊，包括感知模塊、認(rèn)知模塊以及行為控制模塊。其中感知模塊的主要任務(wù)是視覺(jué)處理、聽(tīng)覺(jué)處理以及其他感官處理，這些內(nèi)容基本都由感應(yīng)器與處理器相結(jié)合來(lái)完成。認(rèn)知部分則通過(guò)內(nèi)部的處理系統(tǒng)進(jìn)行更高層次的語(yǔ)義處理，該部分包括規(guī)劃、記憶、學(xué)習(xí)與推理等多個(gè)模塊。最后就是行為控制模塊，機(jī)器人通過(guò)上述模塊形成一套獨(dú)立的行為方案，對(duì)自己的行為進(jìn)行控制。

2.人工智能技術(shù)特征

過(guò)去我們隊(duì)機(jī)器人的定義是“簡(jiǎn)單、重復(fù)”，換句話說(shuō)就是不需要思考的高強(qiáng)度重復(fù)作業(yè)機(jī)械就是機(jī)器人。但是隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前機(jī)器人不但能夠執(zhí)行簡(jiǎn)單重復(fù)的工作，還可以通過(guò)人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)自主性，通過(guò)行為學(xué)習(xí)與模仿等環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)一定程度上的自主性，而這種互動(dòng)性與自主性也就構(gòu)成了人工智能的技術(shù)特征。

二、我國(guó)家用機(jī)器人人工智能發(fā)展現(xiàn)狀

1.成本過(guò)高

當(dāng)前我國(guó)家用機(jī)器人的發(fā)展取得了突破性的進(jìn)展，但是當(dāng)前行業(yè)依然面臨著許多亟待解決的問(wèn)題，其中就包括家用機(jī)器人工制造成本過(guò)高、普及難度較大的問(wèn)題。比如說(shuō)我們常提到的高精度機(jī)器人手臂，其可以模仿人類的動(dòng)作進(jìn)行一些精細(xì)化的操作，從而替代人類的雙手實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)力的解放，而這種機(jī)器手臂的造價(jià)依然高達(dá)數(shù)萬(wàn)元，一些精細(xì)度較高的甚至達(dá)到數(shù)十萬(wàn)元，這顯然不是一般家庭能夠擔(dān)負(fù)的起的。

2.靈巧程度不足

盡管近些年來(lái)我們一直在強(qiáng)調(diào)人工智能與家用機(jī)器人的建設(shè)與發(fā)展，但是必須承認(rèn)，當(dāng)前機(jī)器人的操作靈巧程度與人工依然存在不小的差距，這就導(dǎo)致在進(jìn)行一些精細(xì)化操作時(shí)其不能夠完全代替人工，這也是目前我國(guó)家用機(jī)器人所面臨的最大的問(wèn)題之一。

3.安全性能存在缺陷

盡管機(jī)器人技術(shù)隨著社會(huì)發(fā)展階段不斷完善，但是依然會(huì)出現(xiàn)機(jī)器人故障或者程序錯(cuò)誤導(dǎo)致安全事故發(fā)生的新聞。眾所周知，機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的強(qiáng)度，如果一旦由于程序錯(cuò)誤進(jìn)行誤操作，勢(shì)必會(huì)對(duì)血肉之軀的人類造成巨大的傷害，而這種傷害本身屬于不可預(yù)測(cè)的，所以在安全形勢(shì)方面依然令人擔(dān)憂。

三、家用機(jī)器人人工智能的優(yōu)化措施

1.自動(dòng)識(shí)別算法優(yōu)化與可視化界面設(shè)計(jì)

在家用機(jī)器人的人工智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化過(guò)程中，自動(dòng)識(shí)別算法技術(shù)優(yōu)化以及可視化界面設(shè)計(jì)優(yōu)化一直是核心與重點(diǎn)環(huán)節(jié)。所謂自動(dòng)識(shí)別算法優(yōu)化是指通過(guò)對(duì)部門(mén)或者全部的程序進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)新增算法能夠及時(shí)添加到人工智能的算法框架當(dāng)中，以此來(lái)為開(kāi)發(fā)者提供良好的在線支持，幫助用戶更加熟悉操作界面與框架的使用方式。當(dāng)前家用機(jī)器人的框架設(shè)計(jì)中存在較為明顯的對(duì)象程序設(shè)計(jì)環(huán)境應(yīng)用效果較差的問(wèn)題，對(duì)于一些向?qū)ь愋偷脑O(shè)計(jì)往往趨于一致性，缺乏差異化，導(dǎo)致一些模塊變得十分冗雜，不但降低了用戶的使用體驗(yàn)更是影響了機(jī)器人的工作效率。通過(guò)面向用戶開(kāi)展設(shè)計(jì)，選擇更加具有針對(duì)性的設(shè)計(jì)流程，可以有效提升可視化界面的設(shè)計(jì)水平?？紤]到大多數(shù)設(shè)計(jì)者都是通過(guò)編寫(xiě)程序來(lái)進(jìn)行算法優(yōu)化與設(shè)計(jì)，所以該工作可以通過(guò)繼承性擴(kuò)展函數(shù)來(lái)輔助完成。

2.強(qiáng)化簡(jiǎn)單目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用

簡(jiǎn)單目標(biāo)自動(dòng)化識(shí)別技術(shù)是未來(lái)人工智能在家用機(jī)器人發(fā)展應(yīng)用中的重要組成部分。當(dāng)前我國(guó)家用機(jī)器人所存在的復(fù)雜工作處理效率低下、面對(duì)新任務(wù)無(wú)法順利開(kāi)展工作等問(wèn)題基本都是由于簡(jiǎn)單目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)應(yīng)用水平不足所導(dǎo)致的。該框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與設(shè)計(jì)可以通過(guò)將多類別的復(fù)雜問(wèn)題分解成為不同層次與類型的簡(jiǎn)單問(wèn)題，然后根據(jù)簡(jiǎn)單問(wèn)題的判別邏輯關(guān)系來(lái)進(jìn)行識(shí)別，從而根據(jù)簡(jiǎn)單問(wèn)題的識(shí)別情況，通過(guò)內(nèi)部算法進(jìn)行結(jié)合，以獲取更加豐富的外界環(huán)境因數(shù)，為機(jī)器人更好的開(kāi)展其工作創(chuàng)設(shè)條件。另外，當(dāng)前簡(jiǎn)單目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在家用機(jī)器人人工智能發(fā)展中還存在一個(gè)限制因素，那就是傳輸線過(guò)多以及拓展性不強(qiáng)。常規(guī)家用電器在設(shè)計(jì)之初往往沒(méi)有太多的自動(dòng)化設(shè)備，所以對(duì)于傳輸線與拓展功能的要求不高，但是隨著智能化家用機(jī)器人的不斷發(fā)展，其對(duì)于傳輸線的效率、數(shù)量以及拓展功能的能力都提出了更高的要求，只有進(jìn)一步滿足這些要求才能夠強(qiáng)化簡(jiǎn)單目標(biāo)識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用水平，提升人工智能的發(fā)展階段。

3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息與智能系統(tǒng)進(jìn)一步融合

在家用機(jī)器人人工智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化過(guò)程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息與智能系統(tǒng)的融合也是重要的環(huán)節(jié)之一，其中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)神經(jīng)元按照一定的結(jié)構(gòu)相互連接而形成的具有獨(dú)立計(jì)算能力的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的擬合能力以及多線程輸入輸出能力，其不但能夠有效提升存儲(chǔ)的容量，而且具有較強(qiáng)的容錯(cuò)性。另外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立可以為機(jī)器人提供良好的學(xué)習(xí)能力與自我矯正適應(yīng)能力，在復(fù)雜的工況條件下也可以通過(guò)大量的神經(jīng)元集體處理來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單化行為方式，從而對(duì)一些知識(shí)背景不清楚的情況進(jìn)行推理，具有相當(dāng)程度的邏輯性。作為一種獨(dú)特的高度非線程動(dòng)力系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與智能系統(tǒng)的融合一定是人工智能的發(fā)展趨勢(shì)。

4.優(yōu)化學(xué)習(xí)行為

學(xué)習(xí)與反饋是家用機(jī)器人與常規(guī)家用電器最為明顯的區(qū)別之一，其學(xué)習(xí)優(yōu)化流程應(yīng)該分為四個(gè)環(huán)節(jié)逐步完成：其一，隨機(jī)抽取訓(xùn)練環(huán)節(jié)，通過(guò)抽取傳感器值進(jìn)行隨機(jī)訓(xùn)練。其二，學(xué)習(xí)訓(xùn)練環(huán)節(jié)，通過(guò)算法進(jìn)行學(xué)習(xí)處理，從而建立具有一定行為規(guī)范模式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。其三，在新增故障反饋的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，開(kāi)始新的學(xué)習(xí)。該環(huán)節(jié)是對(duì)上一環(huán)節(jié)的強(qiáng)化與反饋，是優(yōu)化學(xué)習(xí)行為的主要方向之一。其四，對(duì)已經(jīng)建成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障分析與進(jìn)一步驗(yàn)證。這個(gè)部分是對(duì)上述環(huán)節(jié)的驗(yàn)證與總結(jié)，如果不能夠達(dá)到預(yù)期的處理判斷精度，則返回到上述環(huán)節(jié)繼續(xù)進(jìn)行訓(xùn)練，至最終完成學(xué)習(xí)行為為止。

四、總結(jié)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，機(jī)器人作為代替人工的重要?jiǎng)趧?dòng)生產(chǎn)力，其不但是社會(huì)發(fā)展階段的產(chǎn)物，同時(shí)也是人類文明高度發(fā)展的重要標(biāo)志。就目前我國(guó)的家用機(jī)器人人工智能的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，依然存在無(wú)法勝任復(fù)雜家庭工作的問(wèn)題。為了進(jìn)一步提升家用機(jī)器人人工智能的發(fā)展水平，筆者也提出了自動(dòng)識(shí)別算法優(yōu)化、強(qiáng)化簡(jiǎn)單目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)以及優(yōu)化學(xué)習(xí)行為等發(fā)展優(yōu)化措施，也希望能夠起到拋磚引玉的作用，令學(xué)術(shù)界更多的關(guān)注機(jī)器人智能技術(shù)的發(fā)展，為行業(yè)的可持續(xù)建設(shè)做出積極的貢獻(xiàn)。

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