身体的智能:7集体智能:从交互中认知

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身体的智能:7集体智能:从交互中认知


2002年,在洛杉矶地区美丽小城Marina del Rey召开的第7届智能自动化系统国际大会上,年轻的丹麦工程师Kasper Stoy以他令人难以置信的机器人演示震惊了观众。首先,他展示了一段机器人的视频。这个机器人由几个模块组成,可以像蛇一样移动。到目前为止仿蛇机器人并不是什么稀奇事,可以追溯到1972年(它进人机器人学已经很多年了)。当时,仿蛇机器人的先锋,东京工业大学的Shigeo
Hirose
(我们在第2章中介绍过),就已经开发出了ACM-II机器人,或称为SnakeBot,是第一台具有完全功能的仿蛇机器人(Hirose1993)。但是仿蛇机器人的演示并不是Stoy所展示的全部:当仿蛇机器人爬行一段时间后,Stoy拿起它,将其从中分成两半,接着把这两半机器人放到地上。令人震惊的是,这两段小型仿蛇机器人开始像它们的母体那样移动!如果你习惯了传统的、集中式控制设计,这或许是让人难以想象的,因此,观众们完全震惊了。但是实验还并未就此结束。当他把被拆分开的仿蛇机器人模块组合到一块,组成一个类似四足生物的家伙后,它居然开始移动,这把参加会议的代表们看得目瞪口呆。


Stoy所演示的事实上是一个模块化机器人(详见Stoy20022003年的文献),个机器人可由若干模块组成,这些模块可由不同的方式进行组合,表现出不同的功能。他的演示证明,属于模块化机器人的时代终于来到了。模块化机器人成为一个研究领域可以追溯到著名的Cebot实验。该实验由日本名古屋大学的机器人专家Toshio Fukuda20世纪80年代完成。


Stoy在加入到南丹麦大学的HYDRA项目前,在南加州大学工作了数年。


HYDRA项目由欧盟资助。该项目有一个未来学派式的标题用于自设计人造物的活构建块。对于研究人员这么取名的原因,项目负责人Henrik Lund解释到,灵感源于一种叫水媳(hydra,一种微型海洋生物,数毫米到一厘米左右长,身体直径小于1mm,口腔周围有着触须)的动物。如果你切除了它大部分身体,剩余的部分仍能复原如初。这是对该项研究工作一种很好的比喻。这一名称还来自一种叫做九头蛇(hydra)的希腊神话巨蛇,它有着很多头,当一个头被砍掉时,会长出两个来。


水螅的这种再生能力给人印象深刻,一条水螅可以被切成好几段,而每段又能长成


统中只是具有部分的这种自修复能力,这也将是一个巨大的进步。或许在某个时候,机器水螅将成为可能,尽管现在我们似乎仍距此有着很远的距离。


Stoy模块化机器人的行为是集体智能的一个例子,几个模块合作实现某种全局行为模式(像蛇一样移动或者靠四条腿走路)。在这种情况下,全局指的是整个机器人的行为,这种行为是各个模块之间以及它们与环境之间的交互作用的结果。模块化机器人技术的一个灵感源于生物学。在水螅体内,模块就是它的细胞,细胞之间相互合作产生行为。毫无疑问,水媳的细胞数量比Stoy机器人的模块数量多得多,但是两者原理都是一样的。另一方面,机器人不会像生物体(包括水螅)那样受到某些限制,机器人可以通过改变模块间的连接从一种形态变为全新的另一种形态,也就是它们可以通过变异由蛇的形态变为四足形态。因此,模块化机器人具有超越生物系统的潜力,这是探索智能如其所能的又一个实例。


模块化机器人技术是开发集体智能的一条非常有前途、非常激动人心的途径。


集体智能发展的另一条主线涉及多智能体系统。该系统中的单元是完全智能体,而不是非自主的模块。这样的系统就是通常所谓的多智能体系统。多智能体系统的一个例子是瑞士机器人,在这个例子中,构成集体系统的单位就是机器人本身。本章的叙述顺序如下。首先我们将阐述从事集体智能研究的一系列原因,接着我们会从在仿真中的基于智能体的建模开始,讨论多智能体方法。我们会稍微离题探讨一下仿真与真实机器人的比较,这会引出对使用真实机器人的集体智能的调查研究。我们还会简要讨论合作的问题,这是一个很有争议性的问题。我们还会扩展模块化机器人的领域,并且考虑可扩展性问题,也就是如果下一代机器人模块变得更小的话,将会发生什么,什么事情将会成为可能。我们会探究有关水螅的自组装及自修复问题,讨论所谓的同质一异质权衡。我们还会简要提及有关自再造问题,介绍一个研究案例,其中的真实机器人具有所谓的自再造行为方式。我们最终通过总结在本章提出的一组集体智能设计原理来结束本章。在我们开始之前,或许应该提一下,由于集体智能和模块化机器人技术所涉及的领域太大,所以我们不得不只选择那些与具身化智能密切相关的问题来探讨。







 




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