爱吧机器人网 » 技术 > 机器人学 > 正文

研究人员帮助机器人“思考”,并进行抽象的计划

核心提示:布朗大学和麻省理工学院的研究人员已经开发出一种方法,可以帮助机器人通过构建周围世界的抽象画像,来帮助机器人完成连续的多个步骤的任务

布朗大学和麻省理工学院的研究人员已经开发出一种方法,可以帮助机器人通过构建周围世界的抽象画像,来帮助机器人完成连续的多个步骤的任务。研究发表在《人工智能研究》杂志上,这意味着朝着构建能思考和行动更像人的机器人又迈出了一步。
 
对于机器人来说,由于他们对世界的感知和互动有限,计划变成了一件非常困难的事情。机器人对世界的感知仅仅是由它的摄像头收集的大量像素组成的,它的行动能力仅限于设置控制其关节和钳子的单个马达的位置,先天缺乏理解能力,不明白这些像素与我们可能认为的世界上有意义的概念有多大关联。

\
 
布朗大学计算机科学助理教授,这项新研究的主要作者 George Konidaris 说,只与世界进行低层次的接触使得很难决定该做什么。想象下如果你要去杂货店,但是需要考虑每块肌肉怎么动才能到达,还要提前想象一路上会通过视网膜的详细的视觉数据,这会有多难计划,你会立即陷入细节的泥潭。当然人类不会这样做,我们能够引入一些抽象概念,把大量不相干的细节抛诸脑后,只专注于重要的事情。
 
即使是最先进的机器人也无法实现这种抽象。当我们看到机器人计划和执行多步骤任务时,几乎总是有这样的情况,程序员明确告诉机器人如何思考这个世界,以便制定一个计划,但如果我们想要机器人能更自主地行动,它们就需要能够自主学习抽象概念。
 
在计算机科学术语中,这类抽象分为两类:程序抽象和感性抽象。程序抽象是由低层次的动作组成的程序,这些动作组成了更高层次的技能。一个例子就是把所有需要打开的小动作捆绑在一起,所有的动作都涉及到把手,转动它,把门开成为一个打开门的技能。一旦这样的技能建立起来,你就不用担心它是如何工作的了,只需要知道什么时候运行它,包括 Konidaris 自己在内的机器人专家们一直在研究如何让机器人学习程序抽象。
 
但根据 Konidaris 的说法,在感知抽象方面的进展比较少,与帮助机器人理解其像素化的环境有关,这正是这项新研究的重点。他们的研究表明,一旦机器人拥有高水平的运动技能,它就能自动构建出一种能与世界相适应的高水平符号表示,这是一种非常适合于使用这些技能的计划。

\
 
学习抽象世界
 
在这项研究中,研究人员介绍了一个名为 Anathema(简称 Ana)的机器人,它的房间里有一个橱柜,一个冰箱,一个控制橱柜内部光线的开关,以及一个可以放在冰箱或橱柜里的瓶子。他们给了 Ana 一套高级的动作技能,用来操控房间里的物品,打开和关闭冰箱和橱柜,翻转开关,拿起一个瓶子。然后让 Ana 放松,在房间里尝试他的运动技能,在每个技能执行之前和之后记录她的相机和执行器的感觉数据。这些数据被输入到由团队开发的机器学习算法中。
 
研究人员表示,Ana 能够学习到一种非常抽象的环境描述,这种描述只包含了他能够胜任某项特定技能所必需的。例如他了解到为了打开冰箱,站在它的前面的时候不拿任何东西,因为他需要用双手打开盖子。
 
他还学习了与其他技能相关的抽象概念。比如能了解到柜内的光线是明亮的,以致于传感器都被点亮了。所以为了控制橱柜里的瓶子,灯必须关掉。还又为了关掉灯,要关掉橱柜门,因为打开的门挡住了他进入开关的通道。由此产生的抽象表示将所有的知识从高清晰度图像压缩到文本文件,只有 126 行。
 
Konidaris 说,这些都是关于他周围环境的重要的抽象概念,在打开门之前,必须先关好门。不能把瓶子从橱里拿出来,除非它是开着的等等,他能够通过执行技能和看到发生的事情来学习。

\
 
在抽象中做规划
 
Ana 掌握了抽象表现,研究人员让他做一些需要计划的事情,比方说把瓶子从冰箱里拿出来放到橱柜里。
 
正如他们所希望的那样,安娜去打开了冰箱,没有把里面瓶子拿出来,他意识到如果夹子里拿着瓶子,就不能打开橱柜,因为这样做需要两只手。所以打开冰箱后,就去了橱柜。然后看到灯开关在打开的位置,又意识到打开柜子会挡住开关,所以在打开橱柜前把开关关掉,回到冰箱里拿回瓶子,最后把它放在碗柜里。简而言之,他事先计划好了,发现了问题并在可能发生之前就把问题解决掉了。
 
Konidaris 说,「我们没有向 Ana 提供任何他需要的抽象表示,他自己就学会了这些抽象概念,一旦有了这些抽象概念,计划就变得简单了。他发现这个计划只需要 4 毫秒的时间。这项研究为将人工智能应用于机器人技术提供了一个重要的理论基础,我们认为允许机器人在抽象而非具体的内容上进行规划和学习,将是构建真正智能机器人的基础。如果你以正确的方式思考,很多问题往往都很简单」。
 
这篇论文的合著者是来自麻省理工学院的 Leslie Pack Kaelbling 和 Tomas Lozano-Perez,这项研究得到了美国国防高级研究计划局和麻省理工学院的情报计划的支持。

上一篇:未来10年机器人技术面临这十大挑战
下一篇:DeepMind开发新系统 让AI机器人具备自学能力

本周栏目热点

工业机器人之三大零组件:电机、控制器与减速器分析

[2018-03-20]  若以机械结构来看,工业机器人可区分为单轴机器人、座标机器人、水平多关节机器人(SCARA)、垂直多关节机器人以及并联式机器人(DELTA)等,以下依序就这五种类型来说明。...

研究人员帮助机器人“思考”,并进行抽象的计划

[2018-02-11]  布朗大学和麻省理工学院的研究人员已经开发出一种方法,可以帮助机器人通过构建周围世界的抽象画像,来帮助机器人完成连续的多个步骤的任务 ...

工业机器人的主要组成结构和技术原理

[2017-12-18]  工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成,主体即机座和执行机构,包括臂部、腕部和手部,有的机器人还有行走机构,大多数工业机器人有3~6个运动自由度,其中......

机器人离线编程误差来源分析及消除办法

[2018-01-02]  随着机器人应用领域越来越广,传统的示教编程这种编程手段有些场合变得效率非常低下,于是离线编程应运而生,并且应用越来越普及。初用离线编程的朋友,总会被最后生...

一文读懂机器人传感器的秘密

[2017-12-20]  机器人也是通过感知系统来感知世界,这个感知系统是通过各种各样的传感器组成的。传感器可以感受外界的信号,如光、热、烟雾、压力和湿度等等,并将信息传递给下一级装置,机......

精选推荐

苹果AI主管透露自动驾驶汽车项目关于机器学习方面的进展
苹果AI主管透露自动驾驶汽车项目关于机器学习方面的进展

[2017-12-11]  苹果隐秘的自动驾驶汽车项目多年来一直在转移焦点,但今年似乎正在加速。 4月份,公司获得了在加利福尼亚州进行自动驾驶汽车测试的许可证,而在6月份,苹果公司首席执行官库......

什么是机器人学?机器人学简介
什么是机器人学?机器人学简介

[2017-12-14]  机器人学是工程学与科学的交叉学科,包括机械工程,电气工程,计算机科学等。机器人技术涉及机器人的设计、制造、操作和应用,以及用于控制、感官反馈和信息处理的计算机系统。...

比利时研发出可以自我愈合伤口的软体机器人
比利时研发出可以自我愈合伤口的软体机器人

[2017-09-03]  软体机器人是机器人技术的新兴领域; 他们“可以与人类相互作用,而不会杀死他们,并拿起像西红柿这样柔软的物体。” 从长远来看,布鲁塞尔大学队伍正在努力创建一个类似的材......

科学家从蟑螂获得启发 教机器人更好地走路
科学家从蟑螂获得启发 教机器人更好地走路

[2017-12-11]  Weihmann指出:“我特别感到惊讶的是,动物运动稳定机制的变化与腿部协调的变化是一致的。昆虫的慢运行非常稳定,因为它的重心很低,三条腿总是以协调的方式运动。...

农业将为高科技行业 农业机器人的应用领域
农业将为高科技行业 农业机器人的应用领域

[2017-12-17]  农业正在迅速成为一个令人兴奋的高科技产业,吸引了新专业人士,新公司和新投资者。技术发展迅速,不仅提高了农民的生产能力,而且促进了我们所知道的机器人和自动化技术的发展。...

德国研发出一种能在你体内工作的微型机器人

[2018-01-26]  纽约时报的报道,德国的研究人员已经开发出一种长约七分之一英寸的机器人,首先看起来不过是一小块橡皮条。然后它开始移动。机器人走路,跳跃,爬行,滚动和游泳。它甚至爬出......

谷歌在中国成立一个新的人工智能(AI)研究中心
谷歌在中国成立一个新的人工智能(AI)研究中心

[2017-12-13]  谷歌正在中国建立一个新的人工智能(AI)研究中心,希望进一步扩展到中国,以充分利用中国高度重视的人工智能技术。人工智能是目前地球上最具竞争力的领域之一,亚马逊,微软......

2022年全球工业机器人市场将达到790亿美元
2022年全球工业机器人市场将达到790亿美元

[2017-09-04]  预计到 2022年, 全球工业机器人市场将达到790亿美元, 并在预测期内登记11 5% 的复合年增长率。随着发展中国家中小型企业需求的不断增长, 采用自动化技术以确保生产质量......