博舍

什么是人工智能 什么不是人工智能主要技术指标之一

什么是人工智能

狭义人工智能(ANI)

ANI是现有AI技术能够达到的一种人工智能,也被称作弱人工智能。尽管狭义人工智能可执行的任务可能由高度复杂的算法和神经网络驱动,但它们仍然是单一且以目标为导向的。面部识别、网络搜索和自动驾驶汽车都属于狭义人工智能的范畴。之所以将狭义人工智能归类为弱人工智能,不是因为它在应用范围和能力方面存在局限性,而是因为它与具备人类特质这种真正意义上的智能相差甚远。哲学家约翰·塞尔(JohnSearle)认为狭义人工智能“可以用于检验关于思维的假设,但实际上并不属于思维范畴”。

 

通用人工智能(AGI)

 

AGI可以成功执行人类才能完成的智力型任务。与狭义AI系统一样,AGI系统可以从经验中学习,发现和预测模式,但是AGI的智能水平更胜一筹。AGI可以从先前获取的数据或现有算法未解决的各种任务和情况中,推断出这些知识。

 

Summit超级计算机是全球为数不多的可以演示AGI的超级计算机之一。Summit每秒可以执行200千万亿次计算,而人类完成这些计算需要十亿年。要想发挥切实可行的作用,AGI模型不一定需要如此强大的计算能力,只需要达到目前超级计算机的计算水平。

 

超人工智能(ASI)

 

从理论上讲,ASI系统拥有完全的自我意识。除了简单地模仿或理解人类行为之外,它们还能从根本上掌握人类行为。

 

ASI不仅具备这些人类特质,还拥有远胜于人类的处理能力和分析能力,这似乎为我们呈现了一个反乌托邦式的科幻未来,到那时人类将被逐渐淘汰出局。

 

生活在今天的人们也许无法亲历这样的世界,但即便如此,依照人工智能的迅猛发展势头,可以预见人工智能几乎会从所有可衡量的领域全方位碾压人类,因此人类必须慎重考虑人工智能的道德准则和管理措施。正如斯蒂芬·霍金(StephenHawking)所说,“正因为AI有着巨大的潜力,因此必须研究如何在利用其优势的同时避免落入潜在的危险中。”

人工智能与自然语言处理技术

随着人工智能技术的发展,我们生活中的许多应用都带上了“AI”的色彩,比如可以用计算机帮翻译外文文档。但有时候人工智也能会出一些小故障,变得不那么智能,尤其在语言处理方面。那么我们怎样才能让人工智能变成真正的“智能”呢?自然语言处理技术就是一个重要的方式。

自然语言处理技术(即natural language processing,简称NPL)是人工智能的一个重要分支,其目的是利用计算机对自然语言进行智能化处理。基础的自然语言处理技术主要围绕语言的不同层级展开,包括音位(语言的发音模式)、形态(字、字母如何构成单词、单词的形态变化)、词汇(单词之间的关系)、句法(单词如何形成句子)、语义(语言表述对应的意思)、语用(不同语境中的语义解释)、篇章(句子如何组合成段落)7个层级。这些基本的自然语言处理技术经常被运用到下游的多种自然语言处理任务中,如机器翻译、对话、问答、文档摘要等。

科学家研究自然语言处理技术(NLP)的目的是让机器能够理解人类语言,用自然语言的方式与人类交流,最终拥有“智能”。AI时代,我们希望计算机拥有视觉、听觉、语言和行动的能力,其中语言是人类区别于动物的最重要特征之一,语言是人类思维的载体,也是知识凝练和传承的载体。在人工智能领域,研究自然语言处理技术的目的就是让机器理解并生成人类的语言,从而和人类平等流畅地沟通交流。

但现在的人工智能常常和我们的人工评价有很大的出入,这也是基于AI算法的自动评测面临的最大挑战:如何与人工评价保持一致?应对这个挑战需要解决很多问题。以智能阅卷为例:如何制定电脑适用的评测标准?人工智能如何应对语言的千变万化?如何设计阅卷综合性的评测指标?有科学家认为,大数据与富知识双轮驱动或许能成为解决问题的关键,即在大数据驱动的基础上加入富知识驱动,可以突破现在智能语言处理技术上的瓶颈。

总而言之,自然语言技术的发展说明人工智能技术的核心还是在“人”。“人工智能和机器学习带给决策过程的支撑和信心将使创新加速,但这并不意味着人类的缺席。人们仍然需要定义分析的起点、标注主题并从收集的信息中提取所需数据。”

本文由北京市第六十五中学一级教师李岩进行科学性把关。

科普中国中央厨房

新华网科普事业部

科普中国-科学原理一点通

联合出品

更多精彩内容,请下载科普中国客户端。

作者:和卓琳 [责任编辑:魏承瑶]

什么是人工智能,这篇文章讲得很透彻!

“智力”是指一个人的智力能力。他知道,记得,判断,思考,想象等等。例如,法国心理学家AlfredBinet将“智能”定义为“判断或判断是适应环境的有力实践,主动性和能力。良好的决策能力,充分的理解力,正确的推理能力,但记忆不同于判断且独立于判断。”在牛津英语词典中,智力”被解释为“获得和应用知识和技能的能力”,这无疑取决于记忆。最后,大脑是一种心理能力,与神经机制和认知活动密切相关。与生物学的“神经”水平相反,从科学和心理学的角度来看,在行为的宏观水平上,智力偏好被赋予“认知”的定义。

什么是人工智能(Al)

一般而言,智力主要包括学习能力,对环境的适应能力,灵活的应对能力和创造思想的能力。可以说,智力将超越主体的功能,即心理能力。因此,智力与体现在感知,适应,训练,感觉,判断,意识和创造力中的心理机制的实施密切相关。因此,AI可以定义为促进或替代人类思维的工具,无论数据中心或通过诸如机器人之类的手段,它都体现在计算机程序中。同时,人工智能(AI)工具还具有在特定条件下有目的地获取和应用知识和技能的能力。

人工智能(AI)分类

根据AI算法,AI可以分为符号AI和AI研究深度,但从实践的角度来看,AI可以分为弱AI,强人类AI和普通AI。

弱人工智能(AI)意味着通过可编程逻辑判断,数据存储和搜索机来实现智能。

弱人工智能(AI)只要求机器具有智能行为,具体的实现细节并不重要。作为“蓝色”的创造者,它没有遵循国际象棋大师的思想,仅遵循既定的操作步骤。

人工智能引领人类第四次工业革命-智能化

强大的人工智能(AI)意味着一台机器可以发展思维,甚至拥有比人更高的思维。强大的AI需要创造一种可以像人类一样思考的机器,以理解信息并保持意识。至于强大的人工智能(AI),其创造应该基于人类思维的原理,也就是说,人工智能(AI)的优缺点不是力量,而是机器智能的程度,而是意识的真正独立性。

物理人工智能(AI)。与强大的人工智能(AI)不同,物理人工智能(AI)不是专注于人脑的机器,而是因为该机器越来越多地模仿人体,并且似乎已经成为一个聪明的人。例如,一群具有蚂蚁智能的机器人例如智能狗在清理灾区碎片和寻找幸存者方面可以发挥重要作用。

人工智能(AI)已渗透到人们的生活中

另外,根据人工智能(AI)的应用范围,可以分为三类:特殊人工智能(AI),通用人工智能(AI)和超级人工智能(AI)。当前,基于一个或多个专业领域的人工智能(AI)主要是一种特殊的人工智能(AI),它发展迅速,产生了更加丰富的成果。通用人工智能(AI)意味着一台机器,就像一个人一样,可以自动知道并扩展以做所有可能的事情。超级人工智能(AI)是指具有自我意识的人工智能(AI),例如具有独立的价值观,世界观等。

如您所见,AI的分离主要基于技术开发逻辑的变化以及其在技术应用中实际效用的差异。这样的划分无法解释AI的性质,因此它无法应对使用AI的后果。

人工智能(AI)的本质

人工智能(AI)的创造和发展一直伴随着人类思维的矛盾。因此,可以从矛盾的另一个方面获得人工智能(AI)的本质。通常,在人类思维和人工智能(AI)中,人类与工具之间存在矛盾。因此,人工智能(AI)的本质也显示出思维模式相对于人类的特殊性。

首先,就人工智能(AI)的功能特性而言,人工智能(AI)不仅被理解为机器人或智能工具,而且被理解为用于建模,扩展和开发人类智能的人工智能(AI)产品,以及一系列的人工智能(AI)。产生的技术。因此,人工智能(AI)的本质与计算有关,它成为计算机科学的重要分支和解决问题能力的体现。简而言之,人工智能(AI)的本质是对问题的解决方案的计算。其次,人工智能(AI)是必须具有技术和人工特征的人工产品。这与通常意义上的技术无关。

人工智能发展历程

就人工智能(AI)而言,“智慧”与人类思维并不平衡,但是人类思维与工作智慧正在融合。因此,人工智能(AI)不能总是与“人工”成分分开。它的本质仍然是“人造”属性。最后,作为人类智能类似物的“一类”,人工智能(AI)的发展是使用一种算法来模拟人类的思维和行为,无论结论是计算学习还是独立学习。因此,随着特定领域操作能力的提高,人工智能(AI)的未来发展必然要高于人类,但永远无法完全取代人类的思维。

人工智能系统的技术架构人工智能发展历程

因此,人工智能(AI)的本质就是机器思维的本质,属于人工智能(AI)的范畴。尽管人工智能(AI)具有人类的某些功能和属性,但它不能超越和替代其本质,或者与人类的思维无关。因此,人工智能(AI)解决问题的能力不能超出人们的思维和意识范围,更不用说产生人们所依赖的联系和社会实践。

当前,人工智能(AI)是全世界研究的重点对象,也是人们茶余饭后讨论的经典话题。不管怎样,人工智能(AI)将是今后人类社会发展的方向。人工智能的出现是人类社会在某个阶段发展的科学技术产物。它的发生,应用和发展对人类生存具有重要意义。在哲学上,人工智能加深了对物质反应的理解。在社会上,人工智能(AI)释放生产力并提高经济效率:对于生活而言,人工智能(AI)使生活更加便利。

前路仍需双脚走,人工智能(AI)必将深深地影响着我们每一个人的生活,让我们拥抱人工智能,一起见证人工智能的辉煌明天!返回搜狐,查看更多

人工智能可能有自主意识了吗

 

参会者在第六届世界智能大会上参观(2022年6月24日摄)  赵子硕摄/本刊

➤大模型、大数据的驱动让人工智能在对话的自然度、趣味性上有了很大突破,但距离具备自主意识还很远。换言之,即便人工智能可以对人类的语言、表情所传递的情绪作出判断,但这主要应用的是自然语言处理、计算机视觉等技术

➤不同于当前依赖数据学习的技术路线,新一代人工智能强调在没有经过数据学习的情况下,可以通过推理作出合理反应,从而与没有见过、没有学过的事物展开交互

➤当前人工智能治理面临的最大挑战,是我们没有一套比较成熟的体系来规制其潜在的风险。在发展科技的同时,必须同步发展我们的规制体系

➤“技术归根结底是由人类来发展和把控的。人类和人工智能的未来,是由人类选择的。”

文 |《瞭望》新闻周刊记者 于雪 魏雨虹

今年6月,美国谷歌公司软件工程师布莱克·勒莫因称语言模型LaMDA出现自我意识。他认为,LaMDA拥有七八岁孩童的智力,并相信LaMDA正在争取自己作为一个人的权利。

LaMDA是谷歌去年发布的一款专门用于对话的语言模型,主要功能是可以与人类交谈。

为佐证观点,勒莫因把自己和LaMDA的聊天记录上传至互联网。随后,谷歌以违反保密协议为由对其停职。谷歌表示,没有任何证据支持勒莫因的观点。

事实上,“AI(人工智能)是否拥有自主意识”一直争议不休。此次谷歌工程师和LaMDA的故事,再次引发讨论。人们想知道:人工智能技术究竟发展到了怎样的阶段?是否真的具备自主意识?其判定依据是什么?未来我们又该以怎样的能力和心态与人工智能和谐共处?

人工智能自主意识之辨

勒莫因认为LaMDA具有意识的原因有三:一是LaMDA以前所未有的方式高效、创造性地使用语言;二是它以与人类相似的方式分享感觉;三是它会表达内省和想象,既会担忧未来,也会追忆过去。

受访专家告诉《瞭望》新闻周刊记者,上述现象仅仅是因为LaMDA所基于的Transformer架构能够联系上下文,进行高精度的人类对话模拟,故能应对人类开放、发散的交谈。

至于人工智能是否已经具备自主意识,判定标准如何,受访专家表示,对人类意识的探索目前仍属于科技前沿,尚未形成统一定义。

清华大学北京信息科学与技术国家研究中心助理研究员郭雨晨说:“我们说人有自主意识,是因为人知道自己在干什么。机器则不一样,你对它输入内容,它只是依照程序设定进行反馈。”

中国社会科学院科学技术哲学研究室主任段伟文认为,一般意义上,人的自我意识是指对自我具备觉知,但如何认识和理解人类意识更多还是一个哲学问题而不是科学问题,这也是很难明确定义人工智能是否具备意识的原因。

被誉为“计算机科学与人工智能之父”的艾伦·图灵,早在1950年就曾提出图灵测试——如果一台机器能够与人类展开对话而不能被辨别出其机器身份,那么可以称这台机器具有智能。

这一设想随后被具化为,如果有超过30%参与测试的人以为自己在和人说话而非计算机,就可以认为“机器会思考”。

当前随着技术的发展,已经有越来越多的机器能够通过图灵测试。

但清华大学人工智能国际治理研究院副院长梁正告诉《瞭望》新闻周刊记者,图灵测试只能证明机器在表象上可以做到让人无法分辨它与人类的不同,却不能证明机器能够思考,更不能证明机器具备自主意识。

段伟文表示,目前大体有两种方式判定人工智能是否具有自主意识,一种以人类意识为参照,另一种则试图对机器意识进行全新定义。

若以人类意识为参照,要观察机器能否像人一样整合信息。“比如你在阳光下,坐在河边的椅子上看书,有树影落在脸上,有风吹来,它们会带给你一种整体的愉悦感。而对机器来说,阳光、河流、椅子等,是分散的单一元素。”段伟文说。

不仅如此,段伟文说,还要观察机器能否像人一样将单一事件放在全局中思考,作出符合全局利益的决策。

若跳出人类构建自主意识的范式,对机器意识进行重新定义,则需要明白意识的本质是什么。

段伟文告诉记者,有理论认为如果机器与机器之间形成了灵活、独立的交互,则可以称机器具备意识。也有理论认为,可以不追究机器的内心,仅仅把机器当作行为体,从机器的行为表现判断它是否理解所做事情的意义。“比如机器人看到人类喝咖啡后很精神,下次当它观察到人类的疲惫,能不能想到要为人类煮一杯咖啡?”段伟文说。

但在段伟文看来,这些对机器意识进行重新定义的理论,其问题出在,即便能够证明机器可以交互对话、深度理解,但是否等同于具备自主意识尚未有定论。“以LaMDA为例,虽然能够生成在人类看来更具意义的对话,甚至人可以与机器在对话中产生共情,但其本质仍然是在数据采集、配对、筛选机制下形成的反馈,并不代表模型能够理解对话的意义。”

换言之,即便人工智能可以对人类的语言、表情所传递的情绪作出判断,但这主要应用的是自然语言处理、计算机视觉等技术。

郭雨晨直言,尽管在情感计算方面,通过深度学习的推动已经发展得比较好,但如果就此说人工智能具备意识还有些一厢情愿。“把‘意识’这个词换成‘功能’,我会觉得更加准确。”

技术换道

有专家提出,若要机器能思考,先要解决人工智能发展的换道问题。

据了解,目前基于深度学习、由数据驱动的人工智能在技术上已经触及天花板。一个突出例证是,阿尔法围棋(AlphaGo)在击败人类围棋世界冠军后,虽然财力和算力不断投入,但深度学习的回报率却没有相应增长。

一般认为,人工智能可被分为弱人工智能、通用人工智能和超级人工智能。弱人工智能也被称为狭义人工智能,专攻某一领域;通用人工智能也叫强人工智能,主要目标是制造出一台像人类一样拥有全面智能的计算机;超级人工智能类似于科幻作品中拥有超能力的智能机器人。

从产业发展角度看,人工智能在弱人工智能阶段停留了相当长时间,正在向通用人工智能阶段迈进。受访专家表示,目前尚未有成功创建通用人工智能的成熟案例,而具备自主意识,至少需要发展到通用人工智能阶段。

梁正说,大模型、大数据的驱动让人工智能在对话的自然度、趣味性上有了很大突破,但距离具备自主意识还很远。“如果你给这类语言模型喂养大量关于内省、想象等与意识有关的数据,它便更容易反馈与意识有关的回应。”

不仅如此,现阶段的人工智能在一个复杂、专门的领域可以做到极致,却很难完成一件在人类看来非常简单的事情。“比如人工智能可以成为围棋高手,却不具备三岁小孩对陌生环境的感知能力。”段伟文说。

谈及背后原因,受访专家表示,第一是当前人工智能主要与符号世界进行交互,在对物理世界的感知与反应上发展缓慢。第二是数据学习让机器只能对见过的内容有合理反馈,无法处理陌生内容。第三是在数据驱动技术路线下,人们通过不断调整、优化参数来强化机器反馈的精准度,但这种调适终究有限。

郭雨晨说,人类在特定任务的学习过程中接触的数据量并不大,却可以很快学习新技能、完成新任务,这是目前基于数据驱动的人工智能所不具备的能力。

梁正强调,不同于当前主要依赖大规模数据训练的技术路线,新一代人工智能强调在没有经过数据训练的情况下,可以通过推理作出合理反应,从而与没有见过、没有学过的事物展开交互。

相比人类意识的自由开放,以往人工智能更多处在封闭空间。尽管这个空间可能足够大,但若超出设定范畴便无法处理。而人类如果按照规则不能解决问题,就会修改规则,甚至发明新规则。

这意味着,如果人工智能能够超越现有学习模式,拥有对自身意识系统进行反思的能力,就会理解自身系统的基本性质,就有可能改造自身的意识系统,创造新规则,从而成为自己的主人。

“人工智能觉醒”背后

有关“人工智能觉醒”的讨论已不鲜见,但谷歌迅速否认的态度耐人寻味。

梁正表示:“如果不迅速驳斥指认,会给谷歌带来合规性方面的麻烦。”

据了解,关于人工智能是否有自主意识的争论并非单纯技术领域的学术探讨,而关乎企业合规性的基本坚守。一旦认定公司研发的人工智能系统出现自主意识,很可能会被认为违反第2版《人工智能设计的伦理准则》白皮书的相关规范。

这一由美国电气和电子工程师协会2017年发布的规范明确:“根据某些理论,当系统接近并超过通用人工智能时,无法预料的或无意的系统行为将变得越来越危险且难以纠正。并不是所有通用人工智能级别的系统都能够与人类利益保持一致,因此,当这些系统的能力越来越强大时,应当谨慎并确定不同系统的运行机制。”

梁正认为,为避免社会舆论可能的过度负面解读,担心大家认为它培育出了英国作家玛丽·雪莱笔下的弗兰肯斯坦式的科技怪物,以“不作恶”为企业口号的谷歌自然会予以否认。“不仅如此,尽管这一原则对企业没有强制约束力,但若被认为突破了底线,并对个体和社会造成实质性伤害,很有可能面临高额的惩罚性赔偿,因此企业在合规性方面会更为谨慎。”

我国也有类似管理规范。2019年,国家新一代人工智能治理专业委员会发布《新一代人工智能治理原则——发展负责任的人工智能》,提出人工智能治理的框架和行动指南。其中,“敏捷治理”原则主要针对技术可能带来的新社会风险展开治理,强调治理的适应性与灵活性。

中国信息化百人会成员、清华大学教授薛澜在接受媒体采访时表示,当前人工智能治理面临的最大挑战,是我们没有一套比较成熟的体系来规制其潜在的风险。特别是在第四次工业革命背景下,我国的人工智能技术和其他国家一样都处于发展期,没有现成的规制体系,这样就使得我们在发展科技的同时,必须同步发展我们的规制体系。“这可能是人工智能发展面临最大的挑战。”

在梁正看来,目前很难断言新兴人工智能技术具有绝对风险,但必须构造合理的熔断、叫停机制。在治理中既要具有一定的预见性,又不能扼杀创新的土壤,要在企业诉求和公共安全之间找到合适的平衡点。

毕竟,对人类来说,发展人工智能的目的不是把机器变成人,更不是把人变成机器,而是解决人类社会发展面临的问题。

从这个角度来说,我们需要的或许只是帮助人类而不是代替人类的人工智能。

为了人机友好的未来

确保通用人工智能技术有益于人类福祉,一直是人工智能伦理构建的前沿。

薛澜认为,在科技领域,很多技术都像硬币的两面,在带来正面效应的同时也会存在风险,人工智能就是其中一个比较突出的领域。如何在促进技术创新和规制潜在风险之间寻求平衡,是科技伦理必须关注的问题。

梁正提出,有时技术的发展会超越人们预想的框架,在不自觉的情况下出现与人类利益不一致甚至相悖的情况。著名的“曲别针制造机”假说,即描述了通用人工智能在目标和技术都无害的情况下,对人类造成威胁的情景。

“曲别针制造机”假说给定一种技术模型,假设某个人工智能机器的终极目标是制造曲别针,尽管看上去这一目的对人类无害,但最终它却使用人类无法比拟的能力,把世界上所有资源都做成了曲别针,进而对人类社会产生不可逆的伤害。

因此有观点认为,创造出法力高超又杀不死的孙悟空本身就是一种不顾后果的冒险行为。

与其对立的观点则认为,目前这一担忧为时尚早。

“我们对到底什么样的技术路线能够发展出具备自主意识的人工智能尚无共识,现在谈论‘禁止发展’,有种空中楼阁的意味。”梁正说。

商汤科技智能产业研究院院长田丰告诉《瞭望》新闻周刊,现实中人工智能技术伦理风险治理的关键,是产业能够在“预判防范-应用场景-用户反馈-产品改进”中形成市场反馈机制,促成伦理风险识别与敏捷治理。同时,企业内部也需建立完整的科技伦理自律机制,通过伦理委员会、伦理风控流程平台将伦理风险把控落实到产品全生命周期中。

郭雨晨说,人工智能技术发展到目前,仍始终处于人类可控状态,而科技发展的过程本来就伴随对衍生问题的预判、发现和解决。“在想象中的人工智能自主意识出现以前,人工智能技术脚踏实地的发展,已经造福人类社会很多年了。”

在梁正看来,人与人工智能在未来会是一种合作关系,各自具备对方无法达成的能力。“技术归根结底是由人类来发展和把控的。人类和人工智能的未来,是由人类选择的。”□

长沙华夏实验学校学生和机器狗互动(2022年6月22日摄)薛宇舸摄/本刊

什么是智能感知技术

本文引自:《智能制造装备基础》。作者:吴玉厚、陈关龙、张珂、赵德宏、巩亚东、刘春时。由清华大学出版社「智造苑」原创首发,数字化企业经授权发布。

01

智能感知技术的定义

智能感知技术是指将物理世界的信号通过摄像头、麦克风或者其他传感器的硬件设备,借助语音识别、图像识别等前沿技术,映射到数字世界,再将这些数字信息进一步提升至可认知的层次,如图1,比如记忆、理解、规划、决策等。

图1 人工智能[1]

智能感知中的智能指的是事物在网络、大数据、物联网和人工智能等技术的支持下,所具有的智慧能动地满足人类各种需求的属性。比如无人驾驶汽车,它将传感器物联网、移动互联网、大数据分析等技术融为一体,达到减轻或一定程度上取缔人们手动的操纵车辆的目的,从而能动地满足人的出行需求。而在媒体行业中,相对传统媒体,智能化是建立在数据化的基础上的媒体功能的全面升华。它意味着新媒体能通过智能技术的应用,逐步具备类似于人类的感知能力、记忆和思维能力、学习能力、自适应能力和行为决策能力,在各种场景中,以人类的需求为中心,能动地感知外界事物,按照与人类思维模式相近的方式和给定的知识与规则,通过数据的处理和反馈,对随机性的外部环境做出决策并付诸行动。

智能感知由应用层、感知层与信息层三个层次组成[2],如图2所示。

图2人工智能与信息感知框架

其中,应用层面向实际应用对象,涵盖了安防监控、环境监测、智能制造、智慧城市等被测的物理环境对象;感知层基于传感网与物联网对应用层的物理环境对象进行信息的感知,信息感知涵盖了数据融合的基础理论,采用了协作感知、自适应融合、统计与估计、特征推理的理论和方法;信息层基于信息感知的数据,采用神经网络、深度学习、进化计算、粒群智能、模糊逻辑、支持向量机等人工智能的理论和方法,实现了智能感知。

02

智能感知技术与人工智能的关系

人工智能主要分为三个阶段[3]:第一阶段为运算智能,即计算机能够快速运算和记忆存储的功能;第二阶段为智能感知,即计算机具有通过各种传感器来获取物理世界的信息的能力;第三阶段为认知智能,即计算机具有了像人一样理解、分析、推理等能力。当前社会正处于智能感知快速发展的阶段,并朝着认知智能的终极目标进军。

智能感知是人工智能与现实世界交互的基础和关键,是人工智能服务于工业社会的重要桥梁,它对于信息进行智能化的感知及测量,将有助于人工智能对信息进行识别、判断、预测和决策,对不确定信息进行整理挖掘,实现高效的信息感知,使得物理系统更加智能,智能感知涉及诸多工程领域,如海洋船舶、航空航天、土木建筑、生物化学等,这些领域都离不开对于信息的智能感知和处理。

人工智能包括信息感知和计算智能两个重要组成部分[4]。信息感知是实现人工智能的基础,计算智能是实现人工智能的关键。

信息感知利用传感系统对被测对象的变化进行测量,是信息处理的首要环节,智能感知技术具有“感、知、联”一体化的功能,涉及数据采集、数据传输与信息处理等过程,涵盖信息采集、过滤、压缩、融合等环节。其中,信息采集是获取所需事物的测量信息,必须要确保信息的准确性;信息过滤是对所采集的信息进行有效的特征提取;信息压缩是对冗余数据的去除;信息融合是指对传感器感知的信息进行融合处理、识别或判别。

计算智能由贝兹德克于1922年提出的,他认为计算智能取决于制造者提供的数值数据,不依赖于知识。要实现智能感知,就必须完成信息的感知与数据的融合。由此可知,智能感知是面向感知信息,并基于先验知识模型进行融合处理的过程。传感系统实时采集的数据信息通过感知处理,得到测量对象的状态信息。感知系统综合来源于各类传感系统和计算云等的数据,分析、提取、感知数据源的有效信息。采用感知测量网络协作获取的多传感器系统测量数据通过计算智能的方法,提取有效的特征信息,从而提高系统的感知能力。

智能感知与人工智能已成为当今世界高度关注的热门领域,如何将两者进行有机地结合,具有重要的理论和实际应用价值[5]。

03

智能感知技术的特点和关键技术

1)智能感知技术特点

(1)要能够更加准确地获得被测对象或环境的信息,而且比任何单一传感器所获得信息具有更高的精度与准确性。

(2)能通过各个传感器性能的互补,获得单一传感器所不能获得的独立的特征信息。

(3)和传统的单一的传感器系统相比,能够以更少的时间、更小的代价获得同样的信息。

(4)能根据系统的先验知识,通过对多传感器信息的融合处理,完成分类、判决、决策等任务。

2)智能感知关键技术

(1)智能感知器。感知传感器是智能感知技术的核心之一,根据所完成任务的不同,一般可分为内部感知器和外部感知器。在应用中都应该具有以下性质:

①测量范围。传感器应能对所测信息的输入信号的最大值最小值都有显像。

②灵敏度。一般来说,在任何应用中的传感器应该具有足够的灵敏度,这样才可以在输入信号作用下有正确的信息输出。灵敏度就是输入和输出之间的关系,它表示输出相对于非测量参数输入(比如环境参数的变化)所发生的变化。当环境参数变化时,理想的情况是传感器的灵敏度变化为零或者很小,这样环境变化就很容易忽略。如果环境参数的影响比较大,是不能忽略不计的,需进一步采用补偿的方法改进。

③精确度。用来衡量传感器的实际输出与理想输出的接近程度。它说明测量结果的错误程度。任何可能的错误都会发生,这也取决于调校的方法。精确度可以用绝对值表示或者输出满量程的百分比表示。

④稳定性。通常情况下,应用于实际领域的传感器往往需要使用较长时间。因此传感器要有足够的稳定性。即传感器能在一定时间内,在相同的输入时能够有稳定的输出。对于稳定性而言,常用术语“漂移”来描述输出是随着时间而变化的,它可用输出满量程的百分比来表示。

⑤重复性。重复性对于任何传感器都非常重要,特别是用于关键应用场合的传感器。它是指传感器在重复应用中有相同量输入的情况下,有着相同数量的输出,它也被称为“可重复性”。

⑥静态和动态特性。当为某个应用领域选择传感器时,传感器的静态和动态特性都要考虑到,如上升时间、时间参数和响应建立时间。例如利用压力传感器测量动态气流速度变化的风洞应用中,传感器的信号输出必须随着风速变化,此时就需要快速的响应时间,否则达不到监测要求。但是响应时间也不是越快越好,过快的传感器响应会引入未过滤和不需要的系统噪声或者湍流压力波动等,造成对系统监测的干扰。因此,在设计中理解传感器的静态和动态特性需求是十分重要的。

⑦能量收集。传感器已广泛用于无线传感网络(WSN)中,为保证网络传感器能量持续供应,可采用能量收集技术实现网络传感器部件长效供电。能量收集是利用环境中的能量进行收集并实现应用。目前能量收集可利用机械振动、光能、温度变化、电磁场、风能、热能、化学能等。其中以机械振动和光能的应用最为广泛。

⑧温度变化以及其他环境参数变化的补偿。由于环境温度、湿度和其他环境参数的变化,传感器的响应也会受到影响。为了减少外部因素而造成的影响,传感器的信号调整部分必须要有合适的补偿机制。

(2)多传感器数据融合。数据融合是20世纪80年代诞生的信息处理技术[6],主要解决多传感器信息处理问题,多传感器数据融合研究如何充分发挥各个传感器的特点,把分布在不同位置的多个同类或不同类型传感器所提供的局部、不完整的观察信息加以综合,利用其互补性、冗余性,克服单个传感器的不确定性和局限性,提高整个传感器系统的有效性能,以形成对系统环境相对完整一致的感知描述,提高测量信息的精度和可靠性,从而提高智能识别系统识别、判断、决策、规划、反应的快速性和准确性,同时也降低其决策风险(如图3所示)。

图3数据融合的过程

智能感知需要多种人工智能方法的综合集成应用。人工智能方法主要涵盖神经网络、深度学习、模糊计算和进化计算等方面,以实现复杂系统的智能应用。

04

智能感知技术应用

智能感知技术要求因应用领域不同,各有侧重[7]。

1)在军用领域的应用

在军用领域,要求智能感知以及导航系统具有更强的自主性和可靠性。例如:卫星导航系统凭借其全球性、连续性、高精度,是目前应用最广的导航系统,比如美国的GPS,我国的北斗。卫星导航系统属于无线电导航方式,通过太空中的卫星对地发射无线电信号,载体通过接收信号并对自身进行定位,这种导航方式易受到外界干扰。在现代战争中,卫星导航系统这种弱点容易被利用,造成严重后果。例如在2011年与2017年,伊朗通过干扰与模拟卫星导航信号,诱捕了美国两架无人机。所以随着战争对抗性的增强,就要求智能导航系统具有更强的自主性与可靠性。

近年来DARPA(DefenseAdvancedResearchProjectsAgency,美国国防高级研究计划局)制定了多项卫星导航阻止环境下的导航发展计划(指的是由于自然或人为因素,卫星导航系统无法使用的环境)。2014年DARPA启动了轻质小型自动化(fastlightweightautonomy,FLA)计划,Udine提高了小型无人机在GPS阻止环境中执行自主飞行任务的能力。2016年麻省理工学院完成了FLA项目首飞,其研发的小型旋翼飞行器达到了20m/s的飞行速度。2017年,FLA项目进行了避障飞行测试。试验飞行器中搭载了惯性传感器、激光雷达、视觉传感器等多类传感器,实现了自主避障飞行。2018年,FLA项目进行了室内自主感知、路径规划飞行测试。

2)在民用领域的应用

在民用领域[8],随着现代化社会的发展,各类行业对智能感知也提出了许多方面的需求。特别是在环境感知方面应用较为广泛,又可进一步分为:

(1)室外环境感知。室外环境感知应用最多的两方面是无人驾驶车辆和无人机。无人车的技术结构主要分为环境感知、导航定位、路径规划和运动控制四个方面[9-10]。(图4)

图4大疆T20植保无人飞机(2)室内环境感知。在智能制造领域室内环境感知的应用在特种工作机器人上得到了充分体现。机器人环境感知技术伴随着机器人的出现而产生。机器人的环境一般是指机器人所处的空间环境,机器人通过对环境的认知来定位、避障和导航。随着机器人技术的进步,机器人环境的概念也在拓宽,除了它的运动空间环境,还包括其它一些自然环境因素,例如气体环境、气候参数等。在煤矿、化工场等场所,人类已经在利用机器人动态感知危险气体的浓度,或者通过气味搜索危险源。(图5)

图5 气源探测机器人

参考文献

[1]高金吉.机器故障诊治与自愈化[M].北京:高等教育出版社,2012.

[2]赵升吨.高端锻压制造装备及其智能化[M].北京:机械工业出版社,2019.

[3]黄志坚.机械设备振动故障监测与诊断[M].北京:化学工业出版社,2017.

[4]杨芙,鞠洪涛,贾征,路林,等.焊接新技术[M].北京:清华大学出版社,2019.

[5]田锋.制造业知识工程[M].北京:清华大学出版社,2019.

[6][美]李杰(JayLee).从大数据到智能制造[M].上海:上海交通大学出版社,2019.

[7][美]李杰(JayLee),邱伯华,刘宗长,等.CPS:新一代工业智能[M].上海:上海交通大学出版社,2017.

[8][美]李杰(JayLee).工业人工智能[M].上海:上海交通大学出版社,2016.

[9][德]杰伊·塔克(JayTuck).无人的演进人工智能会杀死我们吗?[M].薛原,凌复华,译.上海:上海交通大学出版社,2020.

[10]高金吉.中国高端能源动力机械健康与能效监控智能化发展战略研究[M].北京:科学出版社,2017.

特别声明:以上文章内容仅代表作者本人观点,不代表新浪网观点或立场。如有关于作品内容、版权或其它问题请于作品发表后的30日内与新浪网联系。

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容,一经查实,本站将立刻删除。

上一篇

下一篇