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:5575 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[31]: 东京博士 (2007-08-14 10:26:53)

　　我小时候是用毛豆虫引诱蚂蚁与之大战，蚂蚁们集体配合，把大于蚂蚁几百倍的虫子咬得精疲力尽后搬回老窝过冬，据说蚂蚁制服虫子的关键不是单纯的无数地咬虫子，而是在咬的时候不断吐出蚁酸，蚁酸在虫子体内积累后造成虫子失去反抗能力，因此这种战斗需要一定的时间和蚂蚁的数量，集体的力量是不可忽视的，尽管蚂蚁很小，有些蚂蚁吐尽蚁酸时自己其实也已经奄奄一息。

回复[32]: 小林 (2007-08-14 10:27:06)

　　我就怕东博的蛋饭照相机，他这回要是扛着高速摄影机来的话，俺19日就得化装了。

回复[33]: 采夫 (2007-08-14 10:39:50)

！

　　

回复[34]: 蚂蚁移动的速度没有树叶飘落的快吧 陈某 (2007-08-14 10:46:53)

回复[35]: 采夫直接从电脑发传真是需要专门的软件的 陈某 (2007-08-14 10:47:28)

回复[36]: 邓星买电脑建议你买没有牌子的 陈某 (2007-08-14 10:53:53)

真的，又便宜，兼容性又好。

回复[37]: 东京博士 (2007-08-14 10:57:11)

　　陈某才说到点子上，正因为树叶飘落的速度远远快于蚂蚁移动速度，所以才说蚂蚁能准确地接住落叶是非常惊人的现象，从中才会引出对人类现在构筑自控模型方法需要突破性的研究开发。

回复[38]: モデム 薛东方 (2007-08-14 10:58:25)

　　回采夫。

　　在コントロールパネル中选择「電話とモデムオプション」，打开后按照要求顺次设定即可。特别要注意的是，选择信号是脉冲还是数字，不然还是不能接通线路。

回复[39]: 采夫 (2007-08-14 11:07:38)

　　谢谢镜主、薛桑指导。

　　先按薛桑的办法试试。如有问题还得麻烦你们。

　　拜谢！

回复[40]: 不懂技术，瞎想想： 龍昇 (2007-08-14 16:26:53)

　　1，非洲蚂蚁的智慧主要用在了觅食求生存上。人类，吃不饱的人会有那种集体精神，吃太饱了的人会整出点高尚或卑鄙的玩艺儿。

　　2，人类中，吃饱了的也有保持那种集体精神的人，比如说日本民族保存的就多些。中国也不是没有过呀，我这一打蚂蚁两字，竟出来蚂蚁啃骨头五个字，可这精神哪里去了呢？

回复[41]: 采夫 (2007-08-14 11:38:05)

　　请教薛桑：

　　〉选择信号是脉冲还是数字

　　是不是在トーン（T）和　パルス（P）之间选择一个？我现在的电脑默认的是パルス（P）。

　　另外，现在的电脑用的是ダイヤル上网，适不适合这种设定？

　　

回复[42]: 东京博士 (2007-08-14 11:42:23)

　　龙爷用的是最新蚂蚁智能输入法？

回复[43]: 薛东方 (2007-08-14 11:53:25)

　　采夫

　　选择P是对的。不过，用ダイヤル上网的话，大概不能同时发传真，除非是两条电话线。

回复[44]: 小林 (2007-08-14 11:58:00)

　　南京市江宁胜利小区胜泰路的两群蚂蚁血腥群鏖，持续了两天还没结束，仍然是杀的昏天黑地，路边的蚁尸已经堆积如山。

　　当小小蚂蚁的尸体能够用「堆积如山」来形容，就真让人怵然。

　　现代快报5月30日报导说，两天前，住在胜泰路的邵先生在楼下人行道上偶然发现，地上有很多蚂蚁，黑压压的聚集在一起，“会不会是蚂蚁开会啊？”好奇的邵先生俯身观察。“我看了才知道，蚂蚁是在‘打仗’，那架势我从来没有见过！”邵先生是昆虫爱好者，回家拿来了摄象机拍摄，过了一天，他再次经过，蚁群之战仍在继续，而人行道砖的沟缝里已经填满了蚂蚁尸体，足有近20米长，数量惊人！

　　战死杀场的起码有几千万只，而参战的蚂蚁又有多少呢？！

　　蚁群撕杀两天，肚子都撕开了，还不肯罢手！

　　5月29日，当记者闻讯赶到胜利小区时，发现对抗的黑头蚂蚁和黄头蚂蚁的“战争”仍在继续，只见人行道上、绿化带边，到处是黑压压的蚂蚁，凑近观察，就可以看到一只只蚂蚁舞动着爪子，张牙舞爪，在蚁群之中相互撕咬，有咬头的，有从后面咬住肚子，直至将对方肚子撕开的，有被残忍的分成几段横尸杀场的，看起来很血腥。

　　记者用草去拨一对厮打的蚂蚁，竟然无法拨开，两方死死咬在一起。是什么样的仇恨让它们杀的难解难分？

　　有人估计是在争地盘。在人看来这是非常可笑的，小小的蚂蚁需要多大的地盘？土地之广大，哪里容不下这些蚂蚁，再多也容的下。

　　

回复[45]: 采夫 (2007-08-14 11:59:25)

　　谢谢薛桑！明白了，估计是电脑判断发不出去，自己转到自家的打印机上来了。下个月之后我们这里可能集体改成NTT光缆了，那时我再试试。

　　谢谢您的指导。

回复[46]: 不客气 薛东方 (2007-08-14 12:01:13)

　　建议你还是买个软件或者换打印机，有很多メリット。

回复[47]: 小林的照片有意思 薛东方 (2007-08-14 12:07:18)

　　如果是外星人，大概也会看着当年在南京的厮杀如同这两群蚂蚁。

回复[48]: 采夫 (2007-08-14 12:08:52)

　　哈哈，龙爷把蚂蚁的行为提升到了精神层面。

　　其实，那是生物的一种本能。几十万年的生存竞争，把非得有（或碰巧有）某种能力的物种给保留下来了。

　　东博说的是一例，另一例是老鼠打洞，它们在地下，总能精准的把洞的出口打倒有食物的地方！人类为了找地下石油、金矿床，动了那么多脑筋，可能还不如老鼠涅。

　　蚂蚁打假，俺在动物世界里看过，不同的蚁群有不同的味道和地盘，打起战来就象大阪城里陈列着的＜夏の阵＞模型一样儿。

回复[49]: 关键在于:这是编的故事还是真的事实? 大象 (2007-08-14 12:15:28)

　　若是前者,大家白吃惊了.若是后者嘛....请东博老实交代时间,地点,人物!!

回复[50]: 好文，启智啊 离别钩 (2007-08-14 13:59:45)

回复[51]: 邓板娘不要听36楼的 我是局长 (2007-08-14 14:21:41)

　　36楼斑竹的馊主意使不得。不要贪便宜。一定要买名牌机。

　　其实杂牌货稍微便宜一点，但是万一有点故障什么的，你跳舞都来不及。

　　给你个0120的电话号码，你就慢慢打吧，打到天亮也没人听。

　　其实，名牌机并不会贵很多！

　　现在买电脑，功能都差不多，价钱也差不多。最主要看谁的售后服务好。

　　

　　最最需要当心的，是：尽量不要看支那的网站！那里头病毒和恶意代码层出不穷，说不定什么时候就给你传染了。那可不是电脑的毛病。嘿嘿。切记！

　　

回复[52]: 东京博士 (2007-08-14 15:28:05)

　　关于买台机，赞成局长的意见，懂电脑的人可以采纳陈某意见，邓板娘要是轻信了，估计会买来一大堆烦恼，除非买电脑同时买一张月票邮寄给陈某，让他每天来维护。台机有品牌又相对便宜的应该是DELL，EPSON。

回复[53]: 东京博士 (2007-08-14 15:32:34)

　　小林，你那44楼贴错地盘了，应该贴到犬神的《蚂蚁大战》后面去。

回复[54]: 补充一个！ 我是局长 (2007-08-14 15:33:12)

　　“台机有品牌又相对便宜的应该是DELL，EPSON。”

　　还有一个牌子，HP!

　　业界的人对这个牌子大加赞赏。故障率最低！也不贵。

　　现在它的招牌是：Made in Tokyo.

　　

　　

回复[55]: 如果是买DELL 薛东方 (2007-08-14 15:44:41)

　　档次稍为高一点，可以给你个专用的电话サポート、基本是一拨就通，不会让你等得心烦意乱。

　　也就是说，局长的意见正确，关键是售后服务。

回复[56]: DELL便宜，可是故障率极高 陈某 (2007-08-14 15:46:00)

回复[57]: 蛇 (2007-08-14 15:56:02)

　　完了，估计邓星看完你们几个人的发言后，比没看时更迷糊了。

回复[58]: 陈某 (2007-08-14 16:44:24)