機(jī)器人正越來(lái)越多地被用于替代人類從事更多的危險(xiǎn)工作和在一些高危環(huán)境中工作，但是它們始終難以像人類那樣隨環(huán)境變化而采取行動(dòng)。如果今天的高智能機(jī)器人困在一個(gè)被卡住的失火的建筑物里，它極有可能根本不懂如何處理和使用房間里的東西從而跨越障礙，打開(kāi)門(mén)逃出失火的樓。

       由佐治亞理工學(xué)院Mike Stilman博士所帶領(lǐng)的一個(gè)科研項(xiàng)目組希望能改變這一現(xiàn)狀，他們希望能給予機(jī)器人使用工具來(lái)對(duì)抗環(huán)境的能力從而可以完成更多高級(jí)工作。該項(xiàng)目組收到一份由海軍研究院提供的為期3年，價(jià)值90萬(wàn)美元的贊助來(lái)研究這個(gè)工程。

       “我們的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一個(gè)具有MacGyver（1980年代的一個(gè)電視角色，但是其具有解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，并可運(yùn)用手邊的日常生活用品協(xié)助逃離困境）那樣行為能力的機(jī)器人，Stilman（佐治亞理工學(xué)院教互動(dòng)計(jì)算的助理教授）如是說(shuō)。“我們想研究人類具有在其所處環(huán)境當(dāng)中將所有物體作為工具的認(rèn)知過(guò)程。我們將通過(guò)設(shè)計(jì)算法使得懂得利用工具的機(jī)器人能夠完成赤手空拳的機(jī)器人所無(wú)法完成的工作。

       這項(xiàng)研究基于Stilman以前研究的運(yùn)動(dòng)物體導(dǎo)航項(xiàng)目，可以使得從A到B地的機(jī)器人自動(dòng)識(shí)別并移除所遇到的障礙物。
       “這項(xiàng)工程極具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樵谝苿?dòng)物體和使用物體之間具有關(guān)鍵的不同，”Stilman解釋說(shuō)。“機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃領(lǐng)域內(nèi)的研究人員已經(jīng)可以使用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)定位障礙物在雜亂環(huán)境當(dāng)中的位置，并給出一個(gè)無(wú)阻礙的通道，但是這些系統(tǒng)并未提供任何有關(guān)障礙物的信息。

       為了打造一個(gè)能夠選用其周圍環(huán)境中的任意物體來(lái)完成任務(wù)的機(jī)器人，Stilman計(jì)劃開(kāi)發(fā)一種算法，可以讓機(jī)器人識(shí)別與其在同一個(gè)地方的所有對(duì)象，并可確定對(duì)象的潛在功能，然后將該對(duì)象打造成一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)器，用來(lái)完成一個(gè)動(dòng)作。所具有的行為將可能包括站在椅子上拿到高處的東西，拿起一把梯子靠到墻壁的書(shū)架上，堆放箱子翻越障礙物，以及利用觸手可及的東西來(lái)搭建桿子或者橋梁。

       給機(jī)器人灌輸了剛體力學(xué)的基本知識(shí)和簡(jiǎn)單機(jī)械，其應(yīng)該能夠自主決定機(jī)械力對(duì)象的屬性并構(gòu)造行動(dòng)計(jì)劃使用各種物品來(lái)執(zhí)行高級(jí)任務(wù)。例如，逃出卡住門(mén)的著火的房間，則需要一個(gè)機(jī)器人環(huán)顧火的周圍，在房間里使用東西施加足夠的力來(lái)打開(kāi)卡住的門(mén)，還要在房間里找到足夠支撐其重量的物體，從而移動(dòng)走出房間。

       這些技能可能是非常寶貴的，未來(lái)機(jī)器人在與軍事人員一對(duì)一互助執(zhí)行工作時(shí)可完成具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

       “海軍以招募、訓(xùn)練和部署我們國(guó)家最足智多謀、聰明的男人和女人引以為豪，”海軍研究辦公室（ONR）認(rèn)知科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目組主任保羅·貝洛說(shuō)。 “現(xiàn)在，機(jī)器人系統(tǒng)在在軍事行動(dòng)中占了很大的一部分，我們必須確保，它們也是聰明的和足智多謀的。Stilman教授研究的‘MacGyver’機(jī)器人是第一個(gè)同類，并已經(jīng)開(kāi)始成為在高風(fēng)險(xiǎn)的情況下創(chuàng)造性地執(zhí)行任務(wù)的保證。”

       為解決類人思維情況下學(xué)習(xí)推理的需要，Stilman開(kāi)始與研究人員Langley和Choi進(jìn)行合作。Langley是學(xué)習(xí)能力研究所的主任，并確認(rèn)作為該領(lǐng)域機(jī)器人研究的共同創(chuàng)始人，在那里他倡導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室算法研究及其應(yīng)用于解決現(xiàn)實(shí)世界中的問(wèn)題。Choi先生是堪薩斯大學(xué)航空航天工程系的助理教授。

       Langley和Choi將拓展他們開(kāi)發(fā)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，稱為ICARUS，它提供了一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施，可以模擬各種人的能力，如機(jī)器人的感知，推理，性能和學(xué)習(xí)等能力。

       “我們相信，在認(rèn)知結(jié)構(gòu)中嵌入了我們的以物理為基礎(chǔ)的算法的混合推理系統(tǒng)將創(chuàng)建一個(gè)更普遍、有效和結(jié)構(gòu)化的控制系統(tǒng)，我們的機(jī)器人，將累積更多的利益，如果我們比單獨(dú)使用一種方法，”Stilman說(shuō)。

       之后，研究人員開(kāi)發(fā)和優(yōu)化的混合推理系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)模擬，他們計(jì)劃使用魔克朗的人形機(jī)器人（在Stilman全身機(jī)器人的計(jì)劃和控制的實(shí)驗(yàn)室研究）對(duì)軟件進(jìn)行測(cè)試。

       本研究的海軍部，海軍研究辦公室主辦，通過(guò)授權(quán)號(hào)碼N00014-12-1-0143。任何意見(jiàn)，研究成果，結(jié)論或建議，僅表示作者意見(jiàn)，與海軍研究辦公室的意見(jiàn)并不一定完全相同。