寇建超

愛(ài)因斯坦曾說(shuō)，“唯一真正有價(jià)值的東西是直覺(jué)”。但直覺(jué)這種東西很難言傳身教，尤其是對(duì)機(jī)器而言。如何讓機(jī)器感知人類直覺(jué)并作出正確的反饋？這可能是每個(gè)人都會(huì)關(guān)心的問(wèn)題。

我們想與機(jī)器實(shí)現(xiàn)如人與人間那樣的無(wú)縫交流，但使用預(yù)先指定的語(yǔ)音/觸摸屏命令或設(shè)置復(fù)雜的傳感器后，往往讓機(jī)器變得很笨拙。讓機(jī)器理解我們的非語(yǔ)言暗示，比如手勢(shì)，可能是實(shí)現(xiàn)更廣泛人機(jī)協(xié)作的重要一步。此外，肌肉信號(hào)也可以為機(jī)器提供難以從視覺(jué)上觀察到的狀態(tài)信息。

肌 電圖 傳感 器 監(jiān) 測(cè) 肱 二 頭 肌、肱三頭肌和 前臂肌肉

一項(xiàng)來(lái)自麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（MIT CSAIL）研究學(xué)者的新研究，或許可以實(shí)現(xiàn)“近乎無(wú)縫”的人機(jī)協(xié)作。相關(guān)論文已發(fā)表在ACM/IEEE國(guó)際人機(jī)交互會(huì)議上。

“我們?cè)O(shè)想這樣一個(gè)世界——機(jī)器可以幫助人類進(jìn)行認(rèn)知和體力勞動(dòng)。但要做到這一點(diǎn)，機(jī)器需要主動(dòng)適應(yīng)人類，而不是人類去適應(yīng)機(jī)器?！甭槭±砉W(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室主管、論文作者之一丹妮拉·羅斯教授說(shuō)。

用 手 勢(shì) 和 肌 肉信號(hào)控制無(wú)人機(jī)

在一個(gè)名為“Conduct-A-Bot”的系統(tǒng)中，研究人員通過(guò)在肱二頭肌、肱三頭肌和前臂上放置肌電圖和運(yùn)動(dòng)傳感器，使用簡(jiǎn)單手勢(shì)和肌肉信號(hào)成功操控了機(jī)器的動(dòng)作。該系統(tǒng)旨在減少普通用戶與機(jī)器交互的障礙，通過(guò)使用少量可穿戴傳感器和即插即用的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，為人類與機(jī)器助手或其他電子設(shè)備進(jìn)行更自然地交流建立了新的可能。

記錄肌肉和運(yùn)動(dòng)信號(hào)

研究學(xué)者表示，該系統(tǒng)可用于各種潛在場(chǎng)景，包括電子設(shè)備上的導(dǎo)航菜單和監(jiān)督自主機(jī)器人。在這項(xiàng)研究中，測(cè)試對(duì)象為“Parrot Bebop 2”無(wú)人機(jī)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)手勢(shì)、握緊拳頭、緊繃手臂和移動(dòng)前臂等動(dòng)作，控制無(wú)人機(jī)向左右、上下和前后移動(dòng)，以及旋轉(zhuǎn)和停止。結(jié)果顯示，無(wú)人機(jī)在 1500 次實(shí)驗(yàn)中正確識(shí)別了 82% 的手勢(shì)，識(shí)別準(zhǔn)確率較高。

在無(wú)人機(jī)試驗(yàn)中，基本手勢(shì)對(duì)應(yīng)動(dòng)作如下：緊繃上臂，使無(wú)人機(jī)停止運(yùn)動(dòng)（類似于人在犯錯(cuò)時(shí)表現(xiàn)出的短暫畏縮）：肱二頭肌和肱三頭肌信號(hào);單手左右、上下擺動(dòng)，使無(wú)人機(jī)側(cè)向或垂直移動(dòng)：前臂肌肉信號(hào)（用前臂加速度計(jì)指示手的方向）;握拳，使無(wú)人機(jī)向前移動(dòng)：前臂肌肉信號(hào);順時(shí)針/逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)向：前臂陀螺儀。

快速理解人類手勢(shì)，有助于機(jī)器對(duì)人類在日常生活中使用的非語(yǔ)言信號(hào)作出正確反饋。“該系統(tǒng)可以幫助我們與機(jī)器進(jìn)行無(wú)縫互動(dòng)，就像人與人那樣?！闭撐牡谝蛔髡呒s瑟夫·德?tīng)柶绽淄斜硎尽?/p>

在此次無(wú)人機(jī)試驗(yàn)中，該系統(tǒng)無(wú)需離線校準(zhǔn)或訓(xùn)練數(shù)據(jù)就能檢測(cè)預(yù)定義的手勢(shì)，只需簡(jiǎn)單佩戴 EMG（肌電圖）和 IMU（慣性測(cè)量單元）傳感器，就可以遠(yuǎn)程操控?zé)o人機(jī)。佩戴在肱二頭肌和肱三頭肌上的肌電圖傳感器用于檢測(cè)上臂肌肉何時(shí)緊繃，前臂上的肌電圖和運(yùn)動(dòng)傳感器則用于檢測(cè)手勢(shì)和肌肉信號(hào)。

當(dāng)研究人員在做控制機(jī)器的手勢(shì)時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)根據(jù)來(lái)自肌肉的信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，從而使普通用戶可以更快、更容易地與機(jī)器互動(dòng)。在這一過(guò)程中，該系統(tǒng)利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法同步處理采集到的肌肉信號(hào)，實(shí)時(shí)檢測(cè)手勢(shì)，且無(wú)需進(jìn)行任何離線校準(zhǔn)。

機(jī)器學(xué)習(xí)分類器使用可穿戴傳感器檢測(cè)手勢(shì)。無(wú)監(jiān)督分類器對(duì)肌肉和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)聚類，學(xué)習(xí)如何將手勢(shì)與其他動(dòng)作區(qū)分開(kāi)來(lái)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也可以通過(guò)前臂肌肉信號(hào)預(yù)測(cè)手腕的彎曲或伸展。

研究人員表示，“這個(gè)系統(tǒng)使我們實(shí)現(xiàn)與機(jī)器無(wú)縫工作的愿望又近了一步”，它們會(huì)成為更有效和更智能的工具以完成日常任務(wù)。

然而，要想在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中普遍有效，就需要保證該系統(tǒng)簡(jiǎn)單可用。研究人員表示，該系統(tǒng)根據(jù)以前用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，而不需要每個(gè)用戶提供新的訓(xùn)練數(shù)據(jù);該系統(tǒng)只使用兩、三個(gè)可穿戴傳感器，不需要其他多余的東西，大大降低了普通用戶與機(jī)器互動(dòng)的障礙。

這種類型的系統(tǒng)最終可以應(yīng)用于人機(jī)協(xié)作的一系列應(yīng)用，包括遠(yuǎn)程探測(cè)、個(gè)人助理機(jī)器人，或者像運(yùn)送物品或搬運(yùn)材料這樣的機(jī)械任務(wù)。

此外，該系統(tǒng)可能為未來(lái)的非接觸工作開(kāi)辟一個(gè)新領(lǐng)域。比如，在保持一個(gè)安全距離的前提下，我們可以控制機(jī)器人打掃醫(yī)院病房、為病人開(kāi)藥等。

未來(lái)，研究小組希望擴(kuò)大測(cè)試對(duì)象范圍，比如增加更連續(xù)的或用戶自定義的手勢(shì)。最終，研究人員希望機(jī)器可以從這些人機(jī)互動(dòng)中自我學(xué)習(xí)，從而更好地理解任務(wù)，提供更有預(yù)見(jiàn)性的幫助，增加它們的自主權(quán)。（摘自美《深科技》）（編輯/諾伊克）