身体的智能：11.3娱乐机器人

尽管Roomba和Trilobite也十分有趣，但它们是为实用而设计的。而另一方面，娱乐机器人仅仅因为它们的存在而具有价值。许多拥有多种效果的娱乐机器人已经开发出来了，似乎值得从设计原理的角度来观察它们。尽管它们十分有趣，我们不讨论像Tamagochi（在简易小型掌上计算机中成长和生活的虚拟宠物）或是Furby（卡通的电子玩具）那样简单的玩具，因为它们的智能特性十分有限。取而代之的，我们把注意力放在更加复杂的如AIBO上面，它是在众多娱乐机器人中具有代表性的宠物机器人AIBO

“非常聪明，娱乐性很强且格外灵巧”，在索尼AIBO的主页上写着这样的标语。诚然，当看着这个大约只有20cm高，像小狗一般动作多样的机器人，人们都不禁对其留下深刻的印象：它能够识别出在它周围的物体，它以十分有趣的方式到处移动，它与用户以十分动人的方式进行互动。对于大部分人来说，这些互动让人觉得开心而有趣，因此我们可以预测这种机器人将变得非常流行。作为“第一台娱乐机器人”，AIBO诞生于1999年，已经成功地进行改进，达到了令人瞩目的科技水准。让我们从设计原理的角度简要看一下AIBO。

AIBO有大约10个自由度的驱动装置以及一系列的传感器，彩色摄像头，红

外传感器，分布在头后面、背部、下巴下面、爪子上的触觉传感器以及在头两侧的立体声麦克风，还有一个强大的处理器。也许讨论AIBO最简单的方法就是与同样4只脚的小狗机器人Puppy作比较。正如AIBO爪子上的传感器那样，更高版本的Puppy在爪子上也有压力传感器，Puppy的每条腿都有3个自由度，但是它能实现的运动类型比AIBO要简单得多。但是由于Puppy的“人造肌肉”，即弹簧，能够更好地利用与环境进行的动态交互而做出快速运动：Puppy比AIBO移动得快得多，在这个方面Puppy要比ABO在电机系统上进行更多的形态计算，换句话说Puppy足部的运动模式要比发送给电机的指令要复杂得多；AIBO的足部则完全由微处理器进行控制，当AIBO移动时，它会在足部、在加速度传感器、在摄像头和“听觉”传感器产生感觉激励，特别是来自于足部的激励将被潜在地利用来调整它的步态。

由于采用更为简单的控制和由人造肌肉产生的形态，因而Puppy 要比AIBO在生态上更加容易平衡。但另一方面，AIBO在行为上的多样性则更高，他能够实现更多不同种类的行为。AIBO并没有充分利用它的生态位，这是因为尽管它身体有许多自由度，但它的身体动力学很难被完全开发利用：所有的移动都是程序化的，没有利用自稳定性，控制是自上而下的，所有这些需要大量的计算。因为它设有各种传感器，摄像头、红外传感器、加速度传感器、声音传感器，它能进行补偿，如它能用它的红外传感器来弥补视觉上的不足，至少对于躲避障碍来说是这样的，所以在对AIBO应用冗余性原理时有很多潜力可挖：当AIBO丧失了一些传感器通道时它仍然可以继续工作。通过这个讨论我们必须清楚，没有明显的“更好”与“更差”机器人的功用取决于设计者们所要实现的目的。从一方面来说Puppy是设计用于高速移动和自稳定目的，而AIBO则应提供给孩子们（甚至也可以提供给成年人）娱乐。尽管自然的运动不是主要目的，设计原理还是能够用来大大增强娱乐机器人的能力。举个例子来说，尽管看上去AIBO的步态很可爱，但还有些不自然，这能够通过形态学计算来改进。

就遵循关于智能系统的设计原理来说，最先进的机器人出现在娱乐领域的原因在于如果它出故障或者坏掉都没有太大的关系。坏掉甚至也能看成是娱乐，然而为完成实用任务而设计的机器人，如在医疗应用中、在工厂环境中或者在救援任务中的机器人，虽然它们的动作是循规蹈矩的和迟缓的，但必须能可靠地运作。

治疗机器人Paro

几年前，在离东京一小时车程的筑波科技城，日本大型AIST研究所的获奖机器人学家Takanori Shibata想到一个伟大的主意，更重要的是他融合了两个伟大的想法，他认为，因为宠物能改善人们的心情，特别是养老院的老人们或者住院的孩

①在2006年1月，Sony宣布作为企业重建的一部分，该公司将不再生产和资助AIBO。这个变化对娱乐机器人的将来所产生的效果还不得而知。

子们；所以他猜测，如果机器人能够为人们提供娱乐，这将会对人们的心情改善大有好处，这样我们就应该能够使用机器人来激励那些最需要鼓舞的人。此外出于对卫生的考虑，如感染或者过敏的危险，真正的宠物常常不能用于这个目的，因此人造宠物以娱乐机器人的方式就能够用来解决实际问题。确定了性能，他开始追寻他的目标。从MIT人工智能实验室开始，他设计和制造了一种简单摇摆尾巴的机器人，并与心理学家们一起测试摇尾巴对于人类的影响：尽管机器人极其简单，但尾巴使得它看上去相对真实并引起了许多被实验者的积极情绪。

像AIBO这样的机器人存在一个问题，就是它想模仿狗，而我们大部分人都对狗的行为十分熟悉，我们知道从它们身上能够获得哪些行为或者反应。所以如果狗形机器人表现得不像一只狗，那我们很快就能够意识到。按照Shibata的话来说，这就是AIBO没有能够真正流行的原因之一。更早些时候，Shibata自己也曾开发过一种猫形娱乐机器人，名叫Tama，他承认那多少是个失败：人们对于这个机器猫的行为反应很失望，因为它表现得不像人们预想的那样。因此他寻找一种大家都知道而且喜爱的动物，而它的行为却并不为众人所熟悉，他由此开发了一个机器小海豹，名叫Paro，结果Paro大获成功（参见图11.1（a））。

米急*

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图11.1温驯的机器人

（a）海豹宝宝机器人Paro，由Takanori Shibata设计制造，使用于养老院和医院作为缓解压力和解闷的工具；（b）迷人的女机器人Actroid Paro作为一个人人都想抱的小家伙誉满全球，它的脖子有两个自由度，它的两个前鳍和后鳍各有一个自由度，它的眼睑能够独立运动。Paro全身覆盖着雪白的皮毛，能发出些许声音，触摸它的头还会以有趣的方式移动。它还装有光传感器、

麦克风和触觉传感器。类似于前面几章提到的人造鼠胡须作为附加触觉传感器，像AIBO一样，它还装有声音识别系统。但是Paro没有视觉传感器，只有简单的光传

感器，也没有红外传感器。Shibata对这个作品不仅充满热情而且还使其系统化。

他让他的机器人通过了层层细致的测试。养老院的老人能够自愿参加对Paro的试验，他们可以一周两次和机器人玩耍大约一个小时，几个月一个周期。然后他给他们一份问卷来评估他们主观的情绪状态，他发现那些参加测试的人比那些没有参加测试的人对自己的健康状况的评价更高一些。Shibata也进行了生理学检测，如尿检和血检，使他大为惊讶的是测试者的健康状况确实改善了，真是令人震惊！总之我们相信因为日本人对于机器人充满热情，比起欧洲人和美国人他们更欢迎机器人更大程度地进入他们的日常生活。虽然如此，Shibata像一名传教士那样周游世界去推广Paro。他参观了博览会，并已经说服养老院和医院的管理者来试着把 Paro当作娱乐和治疗的工具来使用。总之反响是非常积极的，Shibata甚至还得到了日本首相颁发的设计奖。

当我们询问Shibata，为什么Paro没有用于全世界的养老院和儿童医院时，他指出现在机器人是通过因特网来向全世界出售，他希望不久每个人都能使用它们，按Shibata的话来说，这只是一个时间问题。当然技术革新还是必不可少的，但基本理念已经在那儿了。还必须从理论角度来调查这些好的效果（毫无疑问许多好的效果应该归因于Paro）是否真正归因于机器人的智能体特性，还是因为给相对平淡的养老院老人以及长期住院病人的生活引入了一些新的有趣的东西。Shibata深信，尽管与AIBO相比Paro科技含量低一些，但是由于它完全不同的设计，Paro的前景更加光明。他非常睿智地借用McFarland的观点“人格化，不治之症”：人们喜欢机器人是因为毛茸茸的、令人怜爱的可爱外形使他们把如此简单的机器变得栩栩如生。

Shibata同时也以明智的方式来探索和利用三要素原理，他不仅专注于机器人设计本身，而且还关注它的任务环境和它与人类潜在的交互。例如，他正利用人们和机器人一起做事、抚摸它、把它放在腿上和他谈话等这些事实。因此也许机器人本身不需要做很多事情来实现与主人一同娱乐的设计目标。如果形态学和使用的材料选择得当的话（小海豹的外形和皮毛似乎发挥了重要作用），当人们和它交互的时候这些因素能起到很重要的作用。或者更宽泛地说，机器人的身体将通过利用与它周围环境的相互作用来实现形态学的计算。因此，基于机器人工作环境的考虑，把它的自主性最大化并不总是最好的方法。

Shibata的目标从来不是开发一个真正的智能机器人，他更关注于机器人能够唤起人们哪些情感。他的设计已经获得了成功。只有将来才能够看出这个方法的成功与否，但是有很多迹象表明宠物对于老年人来说是一种很大的安慰，因此也许机器宠物也能有同样的功效。Shibata同样也没有打算要用机器人替代人类的护工，而对于他来说显然机器宠物能在家庭和看护以外，在情绪上帮助人类。用机器人达到治疗目的的主意（用来赡养老人、身体残疾人以及病人）已经启发了世界上许多工

程师。开发机器人是一种乐趣，如果它们对于那些需要帮助的人有用，那么开发它们将更有价值。