MIT機(jī)械工程學(xué)院研究人員們正致力于開(kāi)發(fā)新的軟件，通過(guò)與硬件協(xié)作創(chuàng)造出真正的日常智能設(shè)備

大家一定還記得多年前Waston在危險(xiǎn)邊緣中戰(zhàn)勝人類(lèi)的激動(dòng)場(chǎng)景，雖然能耗和體積巨大的超級(jí)計(jì)算機(jī)和人類(lèi)大腦比起來(lái)似乎有失公允，但這確實(shí)計(jì)算機(jī)的一大步進(jìn)步，就像多年前深藍(lán)在國(guó)際象棋中的勝利一樣足以成為人工智能發(fā)展里程碑來(lái)銘記。隨著時(shí)代的發(fā)展，人工智能已經(jīng)從高不可攀的科學(xué)前沿走入到尋常你我他的手機(jī)中、電腦里，融入了生活中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴里。當(dāng)我們還在“西部世界”和"太空堡壘卡拉狄加"這類(lèi)科幻電影中憧憬未來(lái)時(shí)，智能裝備和系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始和我們的生活交織在了一起，慢慢的進(jìn)入了生活的方方面面。電腦和手機(jī)利用人臉識(shí)別來(lái)加密，智能家居設(shè)備自動(dòng)調(diào)節(jié)屋內(nèi)溫度，回答我們提出的問(wèn)題或者幫助我們選擇最喜歡的歌曲，幾乎所有的汽車(chē)公司都開(kāi)始嘗試使用自動(dòng)駕駛功能，人工智能實(shí)用化的例子數(shù)不勝數(shù)。

在這種環(huán)境中，軟件和硬件需要完美配合統(tǒng)一來(lái)協(xié)同工作。相機(jī)，觸覺(jué)傳感器，計(jì)算機(jī)和光探測(cè)設(shè)備需要將信號(hào)反饋給計(jì)算機(jī)，算法需要處理這些信息并作出決定。為了將這些強(qiáng)大的能力更廣泛地應(yīng)用于我們的日常生活造福人類(lèi)，MIT機(jī)械工程學(xué)院研究人員們正致力于開(kāi)發(fā)新的軟件，通過(guò)與硬件協(xié)作創(chuàng)造出真正的日常智能設(shè)備。他們研究的不是創(chuàng)造小說(shuō)中非凡的機(jī)器人，而是發(fā)明使人們?cè)谌粘Ｉ钪懈影踩?、高效和舒適生活的產(chǎn)品。

便攜設(shè)備更加智能

來(lái)自MIT 機(jī)械工程/材料工程系的 Jeehwan Kim教授正致力于利用神經(jīng)形態(tài)芯片將目前巨大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)壓縮到有限的體積內(nèi)，以便移動(dòng)設(shè)備能夠獲得傳統(tǒng)超算中心的能力。研究人員表示，如果將目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行壓縮小型化的課題成功的話，那么像IBM的Watson這樣的超級(jí)計(jì)算機(jī)的能力將被整合到一張紙大小的空間內(nèi)。

目前，大部分的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都是基于馮諾一曼軟件架構(gòu)方法的架構(gòu)。Kim 開(kāi)始嘗試使用神經(jīng)形態(tài)的計(jì)算方法。神經(jīng)形態(tài)電腦意味著便攜式的人工智能，你不再需要云服務(wù)、超算中心。通過(guò)將人工智能網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)元突觸架構(gòu)在一個(gè)小尺度的硅片上，形成所謂的“芯片上的大腦”。神經(jīng)形態(tài)電腦與傳統(tǒng)的二進(jìn)制構(gòu)式不同，信息處理方式更類(lèi)似于模擬裝置，信號(hào)在神經(jīng)元中移動(dòng)，在神經(jīng)元突觸中交換信息，通過(guò)成千上萬(wàn)的矩陣相聯(lián)系，大量的信息可以實(shí)現(xiàn)快速處理。

這種方法的關(guān)鍵在于較好的控制人工突觸，當(dāng)施加電壓的時(shí)候，非晶結(jié)構(gòu)的神經(jīng)形態(tài)芯片上的離子流動(dòng)很難控制。在今年發(fā)布的Nature Materials研究，Kim證實(shí)可以通過(guò)這種方法控制神經(jīng)突觸外的電流，并且將變化減小到了1%，實(shí)現(xiàn)了對(duì)神經(jīng)突觸的控制反應(yīng)。如此高的控制精度使得實(shí)際使用成為了可能。

通過(guò)構(gòu)建實(shí)際的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，Kim可以實(shí)現(xiàn)書(shū)寫(xiě)筆記的識(shí)別，準(zhǔn)確率達(dá)95%。通過(guò)一臺(tái)相機(jī)和一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)手寫(xiě)數(shù)據(jù)集的算法識(shí)別。這項(xiàng)技術(shù)的潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是手寫(xiě)方法的識(shí)別，將超級(jí)計(jì)算機(jī)縮小到可移動(dòng)裝備的大小，這項(xiàng)技術(shù)帶來(lái)的變革是前途無(wú)量的，可以使得手機(jī)，電腦機(jī)器人等裝備更加智能化。

給你一個(gè)更聰明更懂你的家

在Kim希望便攜式設(shè)備變得更智能時(shí)，Sanjay Sarma 教授和Josh Siegel 研究員致力于將小型智能化設(shè)備整合我們的居家環(huán)境之中。這項(xiàng)研究源于Sarma 教授某天夜里的惱人經(jīng)歷——在沒(méi)有任何故障的情況下，空氣開(kāi)關(guān)不停的跳閘，很大程度上影響正常的生活?？諝忾_(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)本來(lái)是為了防止觸電和火災(zāi)事故的影響，但是生活中卻時(shí)不時(shí)出現(xiàn)莫名其妙跳閘的現(xiàn)象。Sarma作為MIT開(kāi)源學(xué)習(xí)小組的副主席，將這個(gè)小痛點(diǎn)化為了機(jī)遇。他將空氣開(kāi)關(guān)智能化，并且與物聯(lián)網(wǎng)相連，從而更加準(zhǔn)確的判斷該電路是出處于火災(zāi)的危險(xiǎn)狀況中還是保持安全。

Siegel補(bǔ)充解釋到：可以將它想象成一個(gè)病毒掃描器，每隔一段時(shí)間，病毒掃描器就會(huì)更新其內(nèi)置的病毒定義系統(tǒng)。 Sarma 和 Siegel 將空氣開(kāi)關(guān)智能化，它能準(zhǔn)確的檢測(cè)到某個(gè)電氣是否加入到了電網(wǎng)中。比如，當(dāng)真空吸塵器將被接入到電路中，家中的空氣開(kāi)關(guān)如果毫無(wú)理由的突然跳閘，智能網(wǎng)路就會(huì)分析出具體的原因，并將真空吸塵器將其加入安全名單中。與前文的神經(jīng)形態(tài)芯片不同的是，這里使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于軟件的。

通過(guò)收集上千次模擬測(cè)試數(shù)據(jù)，人們建立起了一個(gè)可以判斷電路狀態(tài)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。隨后算法對(duì)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，對(duì)模型進(jìn)行識(shí)別，最終根據(jù)概率來(lái)輸出希望的結(jié)果。

在跳閘時(shí)候的眾多數(shù)據(jù)點(diǎn)，評(píng)估網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，識(shí)別模式，在已有概率基礎(chǔ)上做出反應(yīng)，通過(guò)一個(gè)價(jià)值35$的微型計(jì)算器和一個(gè)聲卡，該團(tuán)隊(duì)可以最低成本的將此技術(shù)應(yīng)用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決跳閘的問(wèn)題。與此同時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以同步實(shí)現(xiàn)于所有家居物聯(lián)網(wǎng)的家庭環(huán)境中。利用廉價(jià)的微型計(jì)算器研究人員們可以為斷路器賦予更加智能的操作。

更重要的是，隨著空氣開(kāi)關(guān)遇到的情況越來(lái)越多，它可以將學(xué)習(xí)到的知識(shí)分享給物聯(lián)網(wǎng)中的其他設(shè)備，實(shí)現(xiàn)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的共享。物聯(lián)網(wǎng)也可也被稱(chēng)為物體智能化，在云的幫助下，智能化的局部設(shè)備可以使我們的環(huán)境更加舒適，用戶(hù)體驗(yàn)更加流暢。

空氣開(kāi)關(guān)只是使家居智能化眾多案例中的一個(gè)。通過(guò)這些科技，可以控制我們家中的溫度，監(jiān)控家居環(huán)境的安全，診斷家中常用物品的壽命等。正在開(kāi)發(fā)的居家環(huán)境軟件，具有自我監(jiān)控和學(xué)習(xí)能力。研究人員們沒(méi)有去制定規(guī)則，而是教會(huì)了這些設(shè)備如何學(xué)習(xí)。

制造和設(shè)計(jì)過(guò)程智能化

人工智能不僅能幫助改進(jìn)產(chǎn)品和設(shè)備與用戶(hù)的交互過(guò)程，也能提高通優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，來(lái)提高生產(chǎn)效率。MIT的另一位研究人員 A. John Hart.認(rèn)為：自動(dòng)化領(lǐng)域中飛速發(fā)展的3-D打印，人工智能，機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)迫使我們重新思考和定位工廠設(shè)計(jì)和供應(yīng)鏈管理的模式。Hart對(duì)3D打印進(jìn)行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)人工智能是提高制造過(guò)程中產(chǎn)品性能的重要方法。在3D打印過(guò)程中結(jié)合高性能傳感器，這使得快速的數(shù)據(jù)分析稱(chēng)為可能，同時(shí)有助于大規(guī)模生產(chǎn)的推進(jìn)。

使得3D打印機(jī)學(xué)會(huì)如何生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)的部件會(huì)極大的提高制造業(yè)的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是在制造諸如手術(shù)器械及航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件這些有嚴(yán)苛指標(biāo)的部件時(shí)更是如此。零部件的設(shè)計(jì)過(guò)程也可以通過(guò)使用智能軟件而大大簡(jiǎn)化。這樣的流程將會(huì)被稱(chēng)為混合智能設(shè)計(jì)，目標(biāo)是能夠使智能工具和設(shè)計(jì)者高效協(xié)同工作。

研究者們?cè)谧罱囊豁?xiàng)研究中，在不同自動(dòng)化等級(jí)下測(cè)試了一個(gè)設(shè)計(jì)工具，參與者運(yùn)用軟件選出不同種類(lèi)的節(jié)點(diǎn)，該工具隨后會(huì)自動(dòng)生成解決方案，優(yōu)化這些點(diǎn)之間的銜接。研究人員們嘗試開(kāi)發(fā)智能算法來(lái)適應(yīng)現(xiàn)在設(shè)計(jì)者們的思路。

更聰明的機(jī)器人

如果一定要在MIT中選擇出一個(gè)最與科幻故事中相像的機(jī)器人角色，那么一定是Sangbae Kim教授制作出的cheetah。這個(gè)四條腿的生物通過(guò)LIDAR技術(shù)來(lái)感知周?chē)沫h(huán)境，并且對(duì)相關(guān)信息作出反應(yīng)。并且它還是一只名不虛傳的可以跨越障礙的“獵豹”機(jī)器人。Kim的研究興趣在于導(dǎo)航方面，“我們?yōu)闄C(jī)器人的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)了一套獨(dú)特的導(dǎo)航系統(tǒng)，我相信這會(huì)改變機(jī)器人與世界的互動(dòng)方式，并且可以應(yīng)用于你能想到的各個(gè)領(lǐng)域——醫(yī)療，健康管理，工廠等等”。

Kim發(fā)現(xiàn)將他的研究與物理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合將會(huì)迸發(fā)出新的火花?！叭绻阆Ｍ鹀heetah識(shí)別人類(lèi)，聲音，姿勢(shì)，他需要大量的學(xué)習(xí)和處理過(guò)程，Jeewahn的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)在未來(lái)的某有一天可以使這個(gè)假設(shè)成真?！?/p>

將強(qiáng)大能力的便攜式硬件神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與擁有熟練導(dǎo)航能力的機(jī)器人相結(jié)合，將會(huì)為人機(jī)智能寫(xiě)作打開(kāi)一扇新世界的大門(mén)。然而這只是機(jī)械工程領(lǐng)域與AI結(jié)合的一個(gè)縮影，未來(lái)的結(jié)合將促進(jìn)兩個(gè)學(xué)科和智能技術(shù)邁向新的高度。

也許將人工智能，機(jī)器學(xué)習(xí)與機(jī)器人結(jié)合起來(lái)暫時(shí)還不能實(shí)現(xiàn)，但是現(xiàn)在在手寫(xiě)識(shí)別，人臉識(shí)別，物聯(lián)網(wǎng)，家居，安防和更高效的設(shè)計(jì)制造過(guò)程等方面，人工智能已經(jīng)占有了不可或缺的地位?？苹眯≌f(shuō)中機(jī)器人主宰世界的設(shè)想與現(xiàn)實(shí)仍有差距，但充分利用智能化、自動(dòng)化，為人們帶來(lái)美好的生活，這在今天已經(jīng)是觸手可及的。人工智能技術(shù)不斷與其他領(lǐng)域的碰撞將在未來(lái)生發(fā)出更多的美好。