關(guān)于人與機(jī)器溝通的語言--MATLAB的介紹分析

RoboCup是國際上最大型、級別最高、最受國際認(rèn)可的機(jī)器人大賽。每年有來自世界各地的200多個團(tuán)隊參加，大會的目標(biāo)是讓機(jī)器人在2050年擊敗人類世界杯冠軍。MathWorks作為全球贊助商之一，為所有參賽團(tuán)隊免費(fèi)提供正版軟件授權(quán)以及技術(shù)支持，幫他們解決難題，實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。

程鄴博士介紹了MathWorks公司產(chǎn)品在人工智能、機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用，以及公司的理念之一：讓更多的人掌握與機(jī)器交流的通用「語言」，讓更多非專業(yè)的人們能夠享受技術(shù)帶來的樂趣和益處，從而提升自己的教育、工作和生活。

MATLAB——讓編程更好玩

就像人類說人類語言，計算機(jī)說機(jī)器語言，MathWorks的軟件相當(dāng)于是創(chuàng)造了一種更接近人類語言的機(jī)器語言，讓人類與機(jī)器進(jìn)行更好的交互。這可以理解成翻譯，我們在人類語言和機(jī)器語言之間進(jìn)行翻譯，在高級機(jī)器語言和低級機(jī)器語言之間進(jìn)行翻譯。

最近有一種趨勢，叫做計算語言素養(yǎng)，就好像是傳統(tǒng)的識字、文學(xué)語言素養(yǎng)，學(xué)習(xí)的卻是計算機(jī)語言。人人學(xué)習(xí)計算機(jī)語言，并不是說人人都要成為軟件工程師，而是要懂得現(xiàn)今的技術(shù)社會是怎樣運(yùn)作的，培養(yǎng)基本的邏輯思維。

如今人手都持有多個智能電子產(chǎn)品，Internet of Things（IoT）、Smart Things等滲入于普通人生活的各個方面，能夠?qū)@些物品最基本的運(yùn)作方式有些了解，甚至能和機(jī)器進(jìn)行更好的交流，在逐漸變?yōu)橐环N素養(yǎng)。連前紐約市長、彭博集團(tuán)總裁Michael Bloomberg都將學(xué)習(xí)編程作為新年志愿。一個億萬富翁為什么要學(xué)會編程呢？他真的覺得這件事情很重要，讓他有一種新的視角來理解世界。

MathWorks工具被廣泛應(yīng)用于教育業(yè)以及工業(yè)界，它的容易上手并且功能強(qiáng)大的特點也同時被很多業(yè)余愛好者和創(chuàng)客們接受。他們把自己的想象力和創(chuàng)造力用MATLAB、Simulink和其它工具箱很快的實現(xiàn)起來。

有人做了會自動解魔方的機(jī)器人、智能手環(huán)、心率監(jiān)測儀。有人自制家庭控溫系統(tǒng)，行動監(jiān)測器、天氣探測器，聲控?zé)?。?chuàng)客們之所以能快速將自己的想象現(xiàn)實化，因為MATLAB和Simulink提供很多與低成本硬件（比如Arduino，Raspberry Pi，BeagleBoard等）的連接支持，并且有強(qiáng)大的圖像處理、數(shù)據(jù)采集、信號處理、控制等工具箱。幾行代碼、幾個模塊，不用是專業(yè)的工程師或者程序員，大眾也可以享受的MATLAB的應(yīng)用和樂趣。

MathWorks和人工智能與機(jī)器人

在給機(jī)器人編程時有一些非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，開發(fā)者可以選擇用比較低級的語言一點點寫，但是這會花很多時間。而MATLAB的平臺上已經(jīng)提供很多工具箱和自帶算法，一行MATLAB函數(shù)可以媲美幾十行C代碼。自動代碼生成大大縮短研發(fā)時間、并減少了手動代碼的出錯率。

MathWorks也對機(jī)器人領(lǐng)域的關(guān)注和發(fā)展不僅限于機(jī)器人世界杯。 2015年，MathWorks推出全新工具包——Robotics System Toolbox，對于仿真機(jī)和硬件機(jī)器人提供直接的接口，還包含地圖、路徑規(guī)劃、圖像識別、自動控制等多種算法，為機(jī)器人領(lǐng)域的研發(fā)提供了軟件平臺。

以一個工業(yè)焊接的機(jī)械臂為例：

它是讓焊接槍沿著一定軌跡運(yùn)動，這其實是一個相當(dāng)復(fù)雜的動力學(xué)及控制問題。因此，要想讓手臂末端指向空間一點或者沿一軌跡運(yùn)動，需要列出并解決很多很復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式，每個關(guān)節(jié)的運(yùn)動軌跡、速度、以及促使運(yùn)動需要的力和力矩等都是要計算的未知量。沒有計算機(jī)的幫助，靠手算是基本不可能的。

MATLAB和Simulink是高級的計算和建模工具，可以大大節(jié)省設(shè)計、仿真、和跟硬件結(jié)合的時間。在使用這些工具時，所有的部件、關(guān)節(jié)和約束等都是模塊化的。用戶可以直接選擇一個SimMechanics工具箱自帶的模塊，比如定軸轉(zhuǎn)動模塊，設(shè)好其約束，機(jī)器人手臂的肩膀關(guān)節(jié)就做成了。用同樣的方式很快便能組成整個機(jī)器人手臂的模型，并且模擬其運(yùn)動，實時計算各關(guān)節(jié)需要的力矩。

如果靠人自己推倒公式，或者用C語言來從零開發(fā)，工作量將成幾何倍增加，使用MATLAB和 Simulink進(jìn)行建模和仿真的方式則大大降低了研發(fā)成本和時間，這就是為什么工業(yè)界會采用這種標(biāo)準(zhǔn)流程。

人工智能方面，以人臉跟蹤為例。程序首先需要的就是人臉識別，在MATLAB里因為后臺嵌入了很多數(shù)據(jù)庫，我們只需輸入命令——識別一雙眼睛，系統(tǒng)就可以找到眼睛。我們并不是人臉識別專家，但是用這一句簡單的MATLAB語言就可以實現(xiàn)這個功能。

MathWorks關(guān)注教育、關(guān)注工業(yè)、關(guān)注金融等各行各業(yè)的背后，是對人類技術(shù)和創(chuàng)新的不斷追求，是對于人類與機(jī)器溝通的向往。