从非洲蚂蚁的智慧谈起│东京博士│东洋镜

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从非洲蚂蚁的智慧谈起
东京博士 (发表日期:2007-08-13 13:20:55 阅读人次:5574 回复数:75)
非洲某地区的原始森林里有一个奇怪的现象，秋风落叶的季节，大树上的树叶开始凋落，一片片树叶左右摇摆，呈一定周期描绘着波形渐渐下落。　　科学家们用高速摄像机拍摄了大量的落叶过程，然后带回研究室不断播放慢镜头，在计算机上抽取树叶落下时的重心轨迹，通过大量的计算分析，去除微风对摇摆周期的影响，他们发现每片树叶在下落过程中，都能用一个函数f(x)来描述，但是这个f(x)只能事后计算出来，如果考虑落下过程中的微风的因素，那么计算某一片树叶的f(x)函数并在树叶掉落前，如果不输入一定的条件参数（树叶质量，形状，湿度，下落时树叶的初始切入角度，风向和平均风速等等），都无法事先获得树叶掉落地面的精确位置。　　但是，就在大量的摄影观察中，大自然的奇迹发生了。当一片树叶开始下落时，大树底下聚集着成百上千只蚂蚁，它们一开始乱哄哄地聚集，然后渐渐地排列出一个奇妙的形状，那个形状缓慢地不断变化，秩序井然，仿佛冥冥之中有一名乐队指挥在调度这支大军，树叶经过无数次来回摇摆，终于掉落在地面，蚂蚁们的队形居然与这片树叶的外形完全吻合，树叶掉落后，蚂蚁们立刻朝着一个方向开始搬运，齐心协力，中途还不断有个别蚂蚁离开自己的位置，跑去补充搬力不足的空挡。　　科学家们百思不得其解，首先蚂蚁为何能预测出树叶的下落的精确位置找不到答案，而且也并非树叶坠落地面后蚂蚁们才调整位置的，更让科学家们沮丧的是，就连蚂蚁为何能朝着同一个方向移动至今依然没有解明，哺乳动物的企鹅虽然也具有类似的集体智慧，但是如果从外形体积来看，蚂蚁可能堪称是世界上智商最高的动物了。　　人类经过100年的工业革命，自动化控制技术飞跃发展，但是仔细想想，与蚂蚁相比，实在是依然处于太原始的阶段了。当我们看到很多自动生产精密电子零件的自动生产线上24小时不停地忙碌着的各种自动传送机构，都会为之感叹人类的生产技术居然达到了如此高超的精度和速度的时代。人对自己生产能力的提高，不再是对卓别林的摩登时代那样的手忙脚乱，而是开发出了生产效率成百倍高的稳定性，高速性，精确性更高的自动设备。　　机器人大致分为2种，工业用机器人通常要求的是高精度和准确性，但是由于行为路径是相对简单固定的，因此，工业机器人仅仅是把固定的行为路径自动化而已，并不能算作是真正意义上的机器人，而且很多只能叫做机器手，机器脚，或者某个机械化了的部分。　　判断是不是真正的机器人，最起码的是机器人是否具有自我行为判断能力。日本本田公司开发的机器人是一种与传统方式的机器人完全不同的思想产物。拟人机器人在技术上长期未决的课题是双足步行的控制算法如何最大限度的拟人化，要做到这一步，各国机器人专家花费了无数年月研究人类自身步行时的大脑思维，本能的，感官的，做了大量的算法模型。　　以往的拟人机器人的步行都是电脑首先发出跨步（方向，距离，速度）的指令，行为发生后迅速通过各种传感器收集数据，继续发下一个指令，这种方式几乎也被用于大量的工业机器人的算法中，也就是反复[收集传感→调整命令→动作]的循环过程。　　本田的机器人至少在拟人这一点上做出了一大进步，传统的机器人步行周期由于需要大量的计算，而且这些计算都是事先计算，计算完毕发布命令，因此，无论计算机的速度发展多快，都属于后手处理，控制逻辑始终处于被动状态，另外，所有的控制都是针对动作意欲而来，如果站立停住，行为逻辑上说不需要计算，电脑可以处于待机状态。　　本田的拟人机器人则完全不同，站立时也在进行大量的毫不停息的计算，由于两足站立，从人类的脚底面积看，要维持60公斤的人体的话，是一件非常艰难的事。其实我们不妨作一个实验，如果把不许移动脚步在同一个地方站立5分钟作为测试条件，或许并不是一件难事，而且你会觉得无所事事，但是如果让你闭眼站立5分钟，我敢保证大部分人即使最终没有移步，那也是一件非常劳累的事。　　为什么会劳累？因为我们为了保持自己巨大的身体依靠两个小小的脚底心的面积来保持平衡，里面隐藏着惊人的控制算法，而实现这样的控制，我们的五官，以及五官以外的皮肤感觉到的风吹草动，都在随时采集外界的信息变化，有这么多人体天然的感应器，我们仅仅关闭了视力感应，就会变得非常的困惑，几乎无法支持站停不动这么简单的测试约定。　　本田的机器人正是在这一点上充分模拟了人的这个特点，因此比通常的机器人能做得脚底板面积更小，站立时微微的弯腿，那样更有利于保持平衡，而且随时调整着身体的重心，虽然本田机器人能轻松地站立5分钟，但实际上，这5分钟内，机器人的中央电脑一直在不断计算调整重心，从弯曲的膝盖部可以看出是一种动态平衡。　　极端地做一个试验就能知道本田机器人与真人是如何的相似的。如果你对站立中的本田机器人推一把，如果其他机器人，由于没有让它离开原位置走步的指令，它会失去平衡跌倒，尽管它有巨大的脚底板（轮式行走机器人除外），而本田机器人却不会跌到，它的内部平衡感应器感受到了跌倒的危险（重心偏离到了让自己将要跌倒的警告区域）时，会迅速计算并命令自己跨出左脚或右脚来重新获得平衡，这个判断和结果与我们人类非常的相似。　　因此本田机器人的步行更类似人类，它的步行动作是步行的整个过程中感受平衡的过程，跨步是为了保持平衡跨出下一步，而不是先决定跨步才跨步的，这样的行为更接近人类的主观行为，而不是被动性的行为。因此无论是站住还是运动，本田机器人都具有相当的主观能动性。　　自动化控制理论到了今天，已经不能说是什么新兴的技术理论了，但是与大自然的非洲蚂蚁相比，却实在是依然处于幼稚可笑的阶段，我们需要控制什么都是预先设定好的流程或称为程序，有什么样的输入，就有什么样的输出，没有输入信息，控制系统并不会自己输出结果。那么蚂蚁们究竟是根据什么样的输入信息才有那样准确无误的行为结果的呢？科学家们正是在为从大量的慢镜头录像中捕捉不到这样的蛛丝马迹而烦恼。　　科学家们至今百思不得其解，还在艰苦卓绝地采样，重复播放慢镜头分析，忙得满头大汗。可是我却有了点恍然大悟，这些科学家又误入了企图，他们犯了一种病，病名叫做“分析主义”，这种传统的观察，分析，总结，建立算法和控制理论，适合19世纪的人类，也适合20世纪，但是如果21世纪依然停留在分析主义上，那么人类的自控理论就会停滞不前了。　　非洲蚂蚁的智慧和本田计算机的算法，或许会成为21世纪人类崭新的控制理论的启迪萌芽，前提就是必须脱出传统控制理论的“分析主义”，建立没有输入都能有输出的新的控制理论。通常搞IT的人都强调处理模块化，给予一定的输入信息，经过软件模块的处理，获得一定的输出，严格地说这并不是真正意义的控制，因为结果已经是人类预测计算中的，仅仅是让电脑代替人脑进行大量的计算，减少了计算错误和节约了计算时间，而已，所以我们绝大多数不要误以为自己是一个优秀的现代工程师。　　一种奇妙的现象发现时，人的本能就是去分析，然后就用种种自己臆测的想法去圆梦，哪怕圆错了几百年，都会被这种理论顽固不化地欺骗，守卫那些理论，直到很多现象无法解释时，人类依然死死地抱住不放，“分析主义”就是如此。分析主义束缚了人脑的创造性，也束缚了机器人控制理论的进一步的研究开发，世界上众多的著名科研单位甚至为了回避真正的控制，制造了很多轮式机器人。然而能否挑战完善的2足步行机器人，我认为才是抛弃“分析主义”的第一步，也是能开始意识到没有输入也有输出的崭新控制理论研究的真正的自控专家。　　如果没有信息输入，一个控制模块也能有输出，简单而言就是这个模块具有自主思维能力，自我创造能力，今天众多的优秀的IT技术者，无论是搞VC/VB的，还是搞什么JAVA/SQL的，他们都是“分析主义”的牺牲品，永远只能在1世纪前的思维中甘受经典科学的奴役，不仅建立不出新的控制理论，连模仿前辈们的程序设计都会渐渐变得没有饭吃。　　如果我们把思维作为n维向量的集合，而且采用本人欲批倒批臭的“分析主义”去建立模型分析一下，不难看到我们的思维中的荒唐元素，正如本人最近在东方上采用的头像，那不是原子核，不是电子云，也不是化学元素，是包罗万象可以用来分析思维荒唐度的n维矢量的3D投影模型，但是这种将思维是否荒唐的可视化模型展现在我们眼前时，如何去纠正其荒唐，我们要做的是将那些荒唐元素纠正到正确地收敛的矢量线上，这个可逆处理并非简单，如果能针对可逆处理上建立处一种自动纠正的控制模型，那么非洲蚂蚁为何能预测树叶掉落时的精确位置和外形布局，将不再是一个悬而未决的谜，这样的控制模型会给人类至今为止的自动控制理论带来革命性的转折。　　（注：本人职业上与本田公司完全无关，涉及的本田机器人信息来自一般公开媒体，特此注明）　　——东京博士 2007年8月13日

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回复[1]: 蛇 (2007-08-13 18:40:09)

　　DB肯定是放暑假了！从小小蚂蚁“整”到机器人，真够猛啊

回复[2]: 东京博士 (2007-08-13 20:47:26)

　　放假受罪，上班时不知道白天休息在家的热，在家热得像非洲蚂蚁。空调呜呜叫都跟不上俺汗流浃背啊。日货质量最近真的不怎么的，用了才3年，就漏瓦斯了，叫来修理了3次，态度蛮好，最终免费，但怎么都觉得致冷效果不如以前。

回复[3]: 薛东方 (2007-08-13 21:08:20)

　　你肯定用的进口货了，或许不幸用了进口零件。我家的三台已经用了15年了，开起来还像冷藏室。

回复[4]: 东京博士 (2007-08-13 21:19:34)

　　那我就搞不懂了，中国人把在日本购买的日货在日本使用，也叫进口货的吗？

　　我是搞电子的，但是不搞白色家电，还真的很难想象日本的空调会使用进口零件，螺丝可能进口成本更低的东西？也不至于吧。

回复[5]: 薛东方 (2007-08-13 22:40:14)

　　你大概不知道自从各个家电厂家采用部分中国的元件，骤然故障激增。特别是三洋最近的窘境，你没看到？

回复[6]: 东京博士 (2007-08-13 23:00:46)

　　嗯，这么说到是知道一点的，不过我不是三洋的，因为三洋卡西欧之类的牌子的产品的中国化太厉害了，基本上从来都不买。

回复[7]: 采夫 (2007-08-13 23:22:51)

　　东博放假了？请教一事儿。

　　我的打印机堵了，想直接用电脑发传真。

　　Window XP Pro版上在打开Word文件时，用ファイル＞送信＞FAXの宛先这个步骤来发FAX，可俺的电脑就是发不出去，只会转为在自家的打印机上打印。

　　Word 是Word 2000。

　　不知什么地方出了乱子？

回复[8]: 东京博士 (2007-08-13 23:51:18)

　　用电脑发FAX应该可以，但是现在没人这么发的吧？我没发过，应该需要接电话线之后利用モデム接口ダイヤル出去的吧，需要追加设定FAX为外部设备的，否则word的打印目标一览表内不会出现FAX设备选项，只有打印机。为什么不用邮件发？

　　家用打印机应该是喷墨打印机，打印机堵塞的话，用打印机的清洗程序跑一遍即可，或者干脆换新墨盒。

回复[9]: 薛东方 (2007-08-14 00:08:14)

　　我一直使用PC发传真。

　　当然必须要接上电话线，如博士所言还要设定モデム。

　　用PC发传真，既节约纸张，墨水，对传真的管理也方便，对方接到的是极为清晰的文件。最近有很好的软件，也很便宜。或者干脆更新打印机，购置带有连接PC，据FAX功能的。我目前用的就是Brother。很方便，价格也不贵。没有必要保存的来函，看过即可删除。当然，在PC上作的文件随时都可以从机上传走。

回复[10]: 邓星 (2007-08-14 00:14:06)

　　东博，如果你在请你马上回答我，买一台新电脑，买哪个牌子的最好？我的所谓好，是好用的意思，键盘好，样式好，屏幕大，不要很难缠的那种。

回复[11]: 邓星 (2007-08-14 00:15:31)

　　东博？喝咸绿豆汤去啦？？

回复[12]: 壮壮 (2007-08-14 00:17:58)

　　シャープの「インターネットAQUOS」が一番いいぜ！

　　37インチのディスプレーもついているし、画面はでか、でかいよ！

回复[13]: 那先要问你买来干什么。 我是局长 (2007-08-14 00:19:43)

回复[14]: 东京博士 (2007-08-14 00:21:03)

　　邓板娘说话不严密啊。是买笔记本还是台机啊？如果是笔记本，首推panasonic的W5。

　　sharp的笔记本千万别买，当年因为崇拜它的液晶我买过，特征却是除了液晶其他都很烂，笨重不说，电池续航时间超短。

回复[15]: 邓星 (2007-08-14 00:22:28)

　　哦哦。壮壮，谢谢。局长，别不怀好意，难道买来煎、炸、炒不成。。

回复[16]: 我准备买一台台式的。 我是局长 (2007-08-14 00:23:45)

　　我手头这台TOSHIBA的dynabook，本来很好,喝酒时一杯啤酒洒在键盘里……

　　下次还是买一台台式的。以免出事。嘿嘿。

回复[17]: 回答邓星 (2007-08-14 00:24:12)

　　博士，是买台机哦。。

回复[18]: 邓板娘误会了 我是局长 (2007-08-14 00:25:16)

　　你主要需要娱乐？图像处理？音乐处理？等等，用途不一样，所需配置也不一样。

回复[19]: 邓星 (2007-08-14 00:30:59)

　　局长大人，主要么，用来看看东洋镜，敲敲文章，与你们侃侃。。我家祖宗回来的时候，可能要下载一些电影、音乐等等。。

回复[20]: 哦。知道了。 我是局长 (2007-08-14 00:33:26)

　　那你继续问东博吧。

　　我继续找我的，你找你的。呵呵呵！

回复[21]: 采夫 (2007-08-14 00:41:12)

　　谢谢东博桑、薛东方桑

　　在Word文件上有ファイル＞送信＞FAXの宛先这个选项，选了FAXの宛先之后还会出现3种FAX的案内表纸，贴上内容输入对方FAX号码之后，本应发出去了，可电脑上显示的却是要给打印机加入纸张，也就是没有发出去，而这时我的电脑是处在联网（ダイヤル）状态。

　　也许，还要设定モデム，请教薛桑是如何设定的？

　　一般用邮件，但有时对方只有FAX号码。

　　我的电话是带传真的，SHARP，但用了快10年了。平时还是可以发传真的，但打印机坏了，没有纸面形式的，想直接用数据形式发出（公司里的电脑可以直接从电脑上发传真的）。

回复[22]: 壮壮 (2007-08-14 00:42:43)

　　ダウンロードした映画を見るのは、やはり「インターネットAQUOS」がいいよ！

　　くせになるくらいきれい映像だよ！

　　（音声もいいし、液晶テレビにもなるし）

回复[23]: 东京博士 (2007-08-14 00:52:37)

　　邓板娘，台机的话，泡网随便啥电脑，配置都足够，如果要下载电影什么的，最好选择硬盘容量大点的，液晶屏幕分辨率高点的。

　　我最近买了台索尼的蓝光录像机，在液晶大电视上看Full HD录像很爽，如果再搞个蓝光驱动器接电脑上看，就完美无缺了，但是听说现在电脑外接的蓝光驱动器除了PS3,市面上还很少，而且很贵。

回复[24]: 东京博士 (2007-08-14 00:58:45)

　　壮壮说的那个估计价格不菲。现在32英寸的液晶电视居然只卖6万多。

回复[25]: 东京博士 (2007-08-14 01:11:20)

　　唉，我的可怜的非洲蚂蚁哟，被俺们的采夫同志带到了社会主义金光大道上。。。