文/于守山 徐洪 李楠楠

現(xiàn)代智能機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)到達(dá)一個(gè)瓶頸，盡管機(jī)器人可以完成許多任務(wù)，在人類(lèi)看來(lái)，它們始終還是沒(méi)有情感的機(jī)器。可以被任意下達(dá)指令去完成一些任務(wù)，而且不會(huì)有小情緒，無(wú)異于一個(gè)沒(méi)有靈魂的奴仆。然而對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)，我們更多需要的不是一個(gè)能服侍我們的奴隸，而是需要一個(gè)可以有心靈交互的玩伴，它將不僅能完成一系列任務(wù)，還會(huì)對(duì)我們的語(yǔ)言動(dòng)作甚至情緒進(jìn)行相應(yīng)反饋。在角色扮演類(lèi)游戲的設(shè)定中，玩家的一些選擇將觸發(fā)不同的劇情，影響男女主人公的親密度、默契值，甚至?xí)驗(yàn)椴煌倪x擇而產(chǎn)生截然不同的結(jié)局。

然而在現(xiàn)代智能機(jī)器人的研制過(guò)程中，開(kāi)發(fā)人員更多的是關(guān)注設(shè)備將能不斷完成更多的任務(wù)。忽略了人類(lèi)社會(huì)中情緒的重大作用，忽略了機(jī)器人對(duì)人類(lèi)情緒的反饋部分！

1 研究?jī)?nèi)容

本文主要針對(duì)人體情緒對(duì)控制系統(tǒng)干擾問(wèn)題進(jìn)行研究，具體分人體系統(tǒng)控制信息傳導(dǎo)機(jī)理、人機(jī)在環(huán)優(yōu)劣性分析以及電磁兼容問(wèn)題。

1.1 人體系統(tǒng)控制信息傳導(dǎo)機(jī)理

圖1：脊髓反射示意圖

成本問(wèn)題一直都是制約高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最主要問(wèn)題，此處的成本包括經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本。研制一個(gè)高精端機(jī)器人需要若干個(gè)傳感器，同時(shí)也就提高了對(duì)處理芯片的要求。人體在對(duì)外來(lái)的信息進(jìn)行反射時(shí)，一部分是直接傳入脊髓灰質(zhì)部分的神經(jīng)中樞，它是處理簡(jiǎn)單問(wèn)題最快速也最直接的反饋回路（見(jiàn)圖1）。另一部分需要通過(guò)神經(jīng)通路傳入大腦皮層，他可以將來(lái)自全身的信號(hào)進(jìn)行匯總、篩選并進(jìn)行相應(yīng)的處理后反饋給對(duì)應(yīng)的肌肉群或組織群。因此人體中的處理器分為多級(jí)無(wú)數(shù)個(gè)，而假設(shè)給機(jī)器人配置萬(wàn)分之一的處理器，規(guī)模和成本也是相當(dāng)龐大。

圖2：人體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架圖

從控制角度分析，控制回路的延長(zhǎng)，勢(shì)必增加了系統(tǒng)相頻特性的滯后，因此，系統(tǒng)的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)是犧牲了低時(shí)延而使控制精度得到改善的。當(dāng)然還可以通過(guò)副回路的設(shè)計(jì)來(lái)輔助調(diào)節(jié)，在多環(huán)反饋控制系統(tǒng)中，外反饋處于主導(dǎo)地位，內(nèi)反饋屬于輔助調(diào)節(jié)，于是便又有了調(diào)節(jié)時(shí)間適配的問(wèn)題。如何做到低時(shí)延甚至無(wú)時(shí)延問(wèn)題將成為研究重點(diǎn)之一，借鑒人體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架可使研究相對(duì)更形象立體。

人體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架圖如圖2所示。

1.2 人機(jī)在環(huán)優(yōu)劣性

由于時(shí)延或?qū)Ω呔思夹g(shù)帶來(lái)較為巨大的誤差，如今前沿技術(shù)擬把人體加入仿真系統(tǒng)進(jìn)行回路研究。因?yàn)槿说膮⑴c，會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)更多的不確定性因素，人的恐懼、應(yīng)急反射信號(hào)也勢(shì)必會(huì)傳入回路。如果人機(jī)在環(huán)系統(tǒng)想獲得突破性發(fā)展，必須要克服的便是信息篩選與分流，這一問(wèn)題的克服對(duì)信號(hào)處理提出了極為嚴(yán)苛的要求。

人腦在處理無(wú)關(guān)信息的方面已經(jīng)爐火純青，甚至自主神經(jīng)中的迷走神經(jīng)在切斷后依舊可以自主調(diào)節(jié)內(nèi)臟運(yùn)行，這顯然已成為難以逾越的鴻溝。當(dāng)我們的眼睛前出現(xiàn)無(wú)關(guān)黑點(diǎn)時(shí)，一段時(shí)間后我們的大腦便會(huì)進(jìn)行自動(dòng)忽略，在后續(xù)的取景中便可看不到這些干擾信號(hào)。然而人腦在處理部分突發(fā)狀況的應(yīng)激反應(yīng)是恐懼、逃避，最典型的表現(xiàn)是觸電握手反射、眨眼反射，這對(duì)控制系統(tǒng)的打擊是致命的。而想把人的心理素質(zhì)訓(xùn)練的完全違背天性也是不切合實(shí)際、無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因此當(dāng)前相對(duì)容易克服的困難便是實(shí)現(xiàn)信息分流，而信息分流又不能僅靠濾波電路處理掉，在此可以對(duì)干擾信號(hào)設(shè)定一個(gè)閾值，通過(guò)監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)達(dá)到判斷是否為干擾信號(hào)的目的。

已知人體在做出應(yīng)急反射的同時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)釋放大量的多巴胺因子，這些瞬間信號(hào)的引入該定性為干擾信號(hào)還是控制信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的輸出誤差影響頗多。

2 電磁兼容問(wèn)題概述

在電子元件數(shù)量日趨增多的情況下，各器件之間的干擾正逐漸凸顯出來(lái)，然而國(guó)內(nèi)由于單純追求高性能，故對(duì)電磁兼容的理解還較為淺顯，故需盡早對(duì)其進(jìn)行研究分析，而由于各型號(hào)設(shè)備早已引入，若想重新研制顯然不切實(shí)際。若想做到電磁兼容，更好的辦法是對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離操作，通過(guò)類(lèi)黑洞系統(tǒng)或電磁吸附系統(tǒng)將雜冗信號(hào)剔除，以防其成為干擾源

3 預(yù)期發(fā)展方向

通過(guò)分析當(dāng)前控制系統(tǒng)發(fā)展研究階段，人機(jī)在環(huán)系統(tǒng)發(fā)展前景問(wèn)題主要集中在四個(gè)方面：

（1）如何更好地將情緒語(yǔ)言、面部表情以及行為語(yǔ)言更好地反饋到控制系統(tǒng)中；

（2）如何克服人由于應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的復(fù)雜信號(hào)對(duì)人機(jī)在環(huán)系統(tǒng)的干擾；

（3）如何更好地處理誤差使其既能準(zhǔn)確反映，又能減少計(jì)算量；

（4）如何使相互干擾的各器件做到電磁兼容。

如何精簡(jiǎn)有效地解決這幾個(gè)問(wèn)題已成為決定未來(lái)人機(jī)在環(huán)系統(tǒng)的發(fā)展速度的關(guān)鍵所在。

4 結(jié)語(yǔ)

相較于傳統(tǒng)的反饋系統(tǒng)，人機(jī)在環(huán)系統(tǒng)擁有其無(wú)可比擬的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可以充分利用人體器官對(duì)外界環(huán)境的反射來(lái)達(dá)到瞬間控制的目的?？赏瑫r(shí)由于人體系統(tǒng)的引入，帶來(lái)極大的不確定性因素，從而增大了系統(tǒng)的誤差源，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性提出了更高的要求

多回路反饋系統(tǒng)可以彌補(bǔ)單一回路對(duì)系統(tǒng)輸入的誤判，同時(shí)也帶來(lái)了相頻特性的滯后問(wèn)題。通過(guò)解決相頻滯后問(wèn)題，達(dá)到系統(tǒng)控制低時(shí)延、甚至無(wú)時(shí)延的目的。

在電子元件數(shù)量日趨增多的情況下，各器件之間的干擾正逐漸凸顯出來(lái)，做到電磁兼容，更好地辦法是進(jìn)行信號(hào)隔離。