一種個(gè)性化的機(jī)器學(xué)習(xí)方式，幫助機(jī)器人評(píng)估每個(gè)孩子在這些互動(dòng)過程中的參與度和興趣

麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室(MIT Media Lab)的研究人員，現(xiàn)在研發(fā)出一種個(gè)性化的機(jī)器學(xué)習(xí)方式，使用每個(gè)孩子獨(dú)有的數(shù)據(jù)，可以幫助機(jī)器人評(píng)估每個(gè)孩子在這些互動(dòng)過程中的參與度和興趣。這個(gè)個(gè)性化的“深度學(xué)習(xí)”網(wǎng)絡(luò)，使機(jī)器人對(duì)孩子反應(yīng)的感知與人類專家的評(píng)估結(jié)果達(dá)到了60%的相同率。

患有自閉癥譜系障礙的兒童，往往難以識(shí)別周圍人的情緒狀態(tài)。例如，區(qū)分快樂的臉和恐懼的臉。為了解決這個(gè)問題，一些治療師使用適合孩子的機(jī)器人來演示這些情緒，并讓孩子們模仿，然后以適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)機(jī)器人演示的情緒做出反應(yīng)。

然而，如果機(jī)器人在治療過程中，能流暢地解釋孩子的行為——無論TA是感興趣、興奮還是專心——那么這種療法效果才是最好的。

麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室(MIT Media Lab)的研究人員，現(xiàn)在研發(fā)出一種個(gè)性化的機(jī)器學(xué)習(xí)方式，使用每個(gè)孩子獨(dú)有的數(shù)據(jù)，可以幫助機(jī)器人評(píng)估每個(gè)孩子在這些互動(dòng)過程中的參與度和興趣。

6月27日，科學(xué)家們?cè)凇犊茖W(xué)機(jī)器人》雜志上發(fā)表報(bào)告稱，這個(gè)個(gè)性化的“深度學(xué)習(xí)”網(wǎng)絡(luò)，使機(jī)器人對(duì)孩子反應(yīng)的感知，與人類專家的評(píng)估結(jié)果達(dá)到了60%的相同率。

對(duì)于人類觀察者來說，要讓孩子的參與意愿和行為達(dá)成高度一致是很有挑戰(zhàn)性的。普通的機(jī)器人（非個(gè)性化的）與人類專家的評(píng)估結(jié)果通常有50%到55%相同。研究的第一作者、媒體實(shí)驗(yàn)室的博士后Rudovic和他的同事認(rèn)為，像他們的研究一樣，經(jīng)過人類觀察訓(xùn)練的機(jī)器人，總有一天可以和人類專家所提供的評(píng)估結(jié)果更一致。

“長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)不是創(chuàng)造機(jī)器人來代替人類治療師，而是增加他們的關(guān)鍵信息。治療師可以使用這些信息，來制訂個(gè)性化治療內(nèi)容，也可以讓機(jī)器人和自閉癥兒童之間，產(chǎn)生更具吸引力的、更自然的互動(dòng)?！?Rudovic說。

Rosalind Picard是這篇論文的合著者，同時(shí)也是麻省理工學(xué)院負(fù)責(zé)情感計(jì)算研究的教授，他說個(gè)性化在自閉癥治療中尤其重要?！叭绻粋€(gè)人讓你想到了自閉癥，那么你就是遇到了一個(gè)自閉癥患者?！?/p>

“開發(fā)針對(duì)自閉癥的機(jī)器學(xué)習(xí)和AI(人工智能)應(yīng)用尤其令人煩惱，因?yàn)橐话愕娜斯ぶ悄芊椒ㄐ枰罅康臄?shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都是可以歸于一類的。而在異質(zhì)性占主導(dǎo)地位的自閉癥中，一般的人工智能方法就會(huì)失敗，因?yàn)閿?shù)據(jù)缺少共性?！?Picard說。

Rudovic、Picard和他們的隊(duì)友，也在其他領(lǐng)域使用了個(gè)性化的深度學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)它改善了疼痛監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)老年癡呆癥進(jìn)展的結(jié)果。

NAO（一個(gè)類人機(jī)器人）

自閉癥機(jī)器人的輔助療法通常是這樣運(yùn)作的:一個(gè)人類治療師展示一張紙質(zhì)兒童照片，或一張電子照片，用來代表不同的情緒，教孩子如何識(shí)別恐懼、悲傷或快樂。然后治療師對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程，向孩子們展示同樣的情緒，觀察孩子與機(jī)器人之間的互動(dòng)。孩子的行為會(huì)為機(jī)器人提供寶貴的反饋，機(jī)器人和治療師則需要用此反饋，繼續(xù)學(xué)習(xí)。

在這項(xiàng)研究中，研究人員使用了軟銀公司生產(chǎn)的人形機(jī)器人NAO。NAO大概有2英尺高，類似于裝甲超人型的機(jī)器人，通過改變眼睛的顏色、四肢的動(dòng)作和聲音的音調(diào)，來傳達(dá)不同的情緒。

參與這項(xiàng)研究的35名自閉癥兒童，年齡從3歲到13歲不等，其中17名來自日本，18名來自塞爾維亞。在35分鐘的實(shí)驗(yàn)中，他們對(duì)機(jī)器人的反應(yīng)各不相同。在測(cè)試中，每個(gè)孩子的整體表現(xiàn)也不一樣。他們有的時(shí)候看起來很無聊、昏昏欲睡，有的時(shí)候則興奮地在房間里跳來跳去，拍手、大笑或觸摸機(jī)器人。

Rudovic表示，在研究中，大多數(shù)的孩子對(duì)這款機(jī)器人的反應(yīng)是，“它跟其他的機(jī)器人不一樣，不僅僅是一個(gè)玩具，更像一個(gè)人，這大概與NAO的外形有關(guān)?！?/p>

一名4歲的小女孩一開始在參與治療時(shí)躲在媽媽身后，但之后她對(duì)機(jī)器人的接受程度大大提高，治療結(jié)束后她笑了起來。其中一個(gè)塞爾維亞孩子的姐姐擁抱了NAO，說:“機(jī)器人，我愛你!”在治療結(jié)束時(shí)，她說她很高興看到弟弟有多喜歡玩這個(gè)機(jī)器人。

“治療師說，讓孩子接觸自己幾秒鐘，都是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，而機(jī)器人會(huì)吸引孩子的注意力?！盧udovic說。

他還解釋了為什么機(jī)器人在這種類型的治療中是有用的：“人類用許多不同的方式改變他們的表情，但機(jī)器人總是以同樣的方式來做，孩子們卻不會(huì)感覺單調(diào)，因?yàn)樗麄兪菄?yán)格按著機(jī)器人教的步驟，來學(xué)習(xí)如何表達(dá)自己表情的?！?/p>

個(gè)性化的機(jī)器學(xué)習(xí)

麻省理工學(xué)院的研究小組，意識(shí)到一種叫深度學(xué)習(xí)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以用于治療機(jī)器人，使其更自然地感知孩子的行為。深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)使用分層的、多層的數(shù)據(jù)處理，來改進(jìn)機(jī)器人的任務(wù)，每個(gè)連續(xù)的層都比上一層的原始數(shù)據(jù)要稍微抽象一些。

Rudovic說，盡管深度學(xué)習(xí)的概念自20世紀(jì)80年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但直到最近，才有足夠的計(jì)算能力來實(shí)現(xiàn)。深度學(xué)習(xí)已經(jīng)在自動(dòng)語音和對(duì)象識(shí)別程序中得到應(yīng)用，這使得它非常適合解決這樣的問題，比如，理解人臉、身體和聲音的多重特征，從而理解更加抽象的概念，比如，應(yīng)用在這種對(duì)兒童自閉癥的治療上。

“舉例來說，在面部表情的識(shí)別上，最重要的是臉部的哪些部位的變化，決定了兒童的參與程度，”Rudovic說，“深度學(xué)習(xí)允許機(jī)器人直接從數(shù)據(jù)中提取最重要的信息，而不需要使用經(jīng)過人類分析處理過的信息?！?/p>

對(duì)于治療機(jī)器人，Rudovic和他的同事更進(jìn)一步，建立了一個(gè)個(gè)性化的框架，可以從收集到的每個(gè)孩子的數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)。研究人員從孩子手腕上的監(jiān)視器上，獲取了每個(gè)孩子的面部表情、頭部和身體動(dòng)作、姿勢(shì)和手勢(shì)、音頻記錄和心率、體溫和皮膚出汗反應(yīng)的數(shù)據(jù)。

這些機(jī)器人的個(gè)性化深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，是由許多元素組成的，包括視頻、音頻和生理數(shù)據(jù)、關(guān)于孩子自閉癥的診斷和個(gè)人能力的信息、以及他們的文化背景和性別。

然后，研究人員將他們對(duì)孩子行為的估計(jì)，與五名人類專家的估計(jì)進(jìn)行了比較。這五名人類專家對(duì)孩子的視頻和音頻錄音進(jìn)行了綜合的分析處理，以確定孩子在這段時(shí)間里是高興還是難過，有多感興趣，有多投入。

對(duì)這些由人類編碼的個(gè)性化數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，并拿訓(xùn)練或調(diào)整模型未使用的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)顯著地改進(jìn)了機(jī)器人對(duì)兒童行為的自動(dòng)估計(jì)。研究人員發(fā)現(xiàn)，個(gè)性化的機(jī)器學(xué)習(xí)要好于把所有孩子的數(shù)據(jù)都“綜合在一起”式的應(yīng)用方法。

Rudovic和他的同事還探究了深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)是如何進(jìn)行估計(jì)的，這揭示了孩子們之間一些有趣的文化差異。Rudovic說:“舉例來說，來自日本的兒童在參與活動(dòng)的時(shí)候，會(huì)表現(xiàn)出更多的肢體動(dòng)作，而在塞爾維亞，大的肢體動(dòng)作則出現(xiàn)在參與活動(dòng)之后?！?/p>