普林斯頓研究生團(tuán)隊(duì)在機(jī)器人 智能系統(tǒng)競(jìng)賽中取得進(jìn)步

普林斯頓大學(xué)的兩支研究生隊(duì)伍在今年的全國(guó)機(jī)器人競(jìng)賽中表現(xiàn)出色。這些團(tuán)隊(duì)正在將計(jì)算的進(jìn)步與傳感技術(shù)的進(jìn)步結(jié)合起來(lái)。

本月晚些時(shí)候，其中一組將與麻省理工學(xué)院的隊(duì)友一起參加在日本名古屋舉行的第三屆年度亞馬遜機(jī)器人挑戰(zhàn)賽。該挑戰(zhàn)要求團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)一種機(jī)器人，該機(jī)器人可以識(shí)別以前從未見(jiàn)過(guò)的各種物體，撿起它們并將它們裝在一個(gè)盒子里。該團(tuán)隊(duì)在去年的挑戰(zhàn)賽中獲得第三名。普林斯頓的第二支團(tuán)隊(duì)是亞馬遜正在進(jìn)行的AlexaPrize競(jìng)賽的決賽選手，該競(jìng)賽要求團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)能夠與人自然對(duì)話的軟件。

Alexa團(tuán)隊(duì)正在探索理解和使用語(yǔ)言的方法，而RoboticsChallenge團(tuán)隊(duì)正在突破計(jì)算機(jī)視覺(jué)和圖像處理的界限。

“我很高興看到普林斯頓團(tuán)隊(duì)在機(jī)器人競(jìng)賽中處于領(lǐng)先地位，”GordonYSWu工程學(xué)教授兼計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任JenniferRexford說(shuō)。“機(jī)器人技術(shù)從工廠等受控環(huán)境向復(fù)雜的人類世界的轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)社會(huì)帶來(lái)了巨大的機(jī)會(huì)，同時(shí)也帶來(lái)了艱巨的技術(shù)挑戰(zhàn)。普林斯頓正在通過(guò)將傳感和計(jì)算的進(jìn)步結(jié)合在一起來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，以使未來(lái)的機(jī)器人能夠了解周圍的世界并在人類社會(huì)中安全地互動(dòng)。”

工程研究生工作

普林斯頓大學(xué)的研究生正在開(kāi)發(fā)一種軟??件系統(tǒng)，可以就各種話題與人類進(jìn)行互動(dòng)交流。團(tuán)隊(duì)成員(左起)NiranjaniPrasad、AriSeff、KaranSingh和DanielSuo在計(jì)算機(jī)科學(xué)大樓從事該項(xiàng)目。

在他們實(shí)驗(yàn)室最近的一次演示中，ShuranSong和AndyZeng舉起一個(gè)黑色金屬網(wǎng)狀小籃子來(lái)展示創(chuàng)造準(zhǔn)確的機(jī)器人視覺(jué)所面臨的挑戰(zhàn)。這是一個(gè)日常用品，用來(lái)在桌子上放鉛筆的那種東西。”曾氏一邊緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)著這只手上的小筐，一邊說(shuō)道：“看起來(lái)不像，但這其實(shí)是一件比較難處理的事情。

“這是因?yàn)楹谏姆垂獗砻孀?-D傳感器很難看到，”Zeng解釋道。“這樣的表面經(jīng)常出現(xiàn)在我們的日常環(huán)境中，但在最近的計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究中較少涉及。通過(guò)使用具有像這樣的特殊屬性的各種對(duì)象，競(jìng)爭(zhēng)迫使我們解決現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景中具有挑戰(zhàn)性的視覺(jué)問(wèn)題。”

在該團(tuán)隊(duì)去年制作的一段視頻中，觀眾可以看到一個(gè)涂有普林斯頓橙色的機(jī)器人看著一個(gè)紅色容器，使用機(jī)械臂上的傳感器識(shí)別物體。確定是咖啡罐后，機(jī)器人用起重機(jī)吊入箱子，用大功率吸盤(pán)吸起罐子，然后抬起手臂將咖啡罐放在架子上。

普林斯頓大學(xué)的團(tuán)隊(duì)由計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的研究生Zeng和Song領(lǐng)導(dǎo)，他們的指導(dǎo)老師是ThomasFunkhouser，DavidM.Siegel計(jì)算機(jī)科學(xué)教授。當(dāng)普林斯頓大學(xué)的學(xué)生致力于構(gòu)建識(shí)別物體的算法時(shí)，他們來(lái)自麻省理工學(xué)院的隊(duì)友正在研究“操縱”，即使用機(jī)械臂和手來(lái)抓住和移動(dòng)物體。

這將是該團(tuán)隊(duì)第二年參加這項(xiàng)挑戰(zhàn)，這項(xiàng)挑戰(zhàn)最初被稱為亞馬遜采摘挑戰(zhàn)。學(xué)生們說(shuō)，盡管他們?nèi)ツ陿?gòu)建的算法是準(zhǔn)確的，但領(lǐng)先他們完成的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)工作速度更快的機(jī)器人。“我們最大的弱點(diǎn)是速度，”宋說(shuō)。

他們正在努力通過(guò)安裝更多攝像頭來(lái)補(bǔ)充機(jī)械臂上的攝像頭來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。有了這一變化，以及改進(jìn)的算法，希望“我們可以獲得與去年表現(xiàn)良好的團(tuán)隊(duì)類似的加速，”曾說(shuō)。

去年，該團(tuán)隊(duì)提前獲得了一份物體清單，機(jī)器人可能需要識(shí)別、抓取和移動(dòng)這些物體。但今年，挑戰(zhàn)更加艱巨：參與者只能提前半小時(shí)獲得該信息。學(xué)生們說(shuō)，這要求他們創(chuàng)建一種更通用的算法。

Zeng說(shuō)：“我們必須調(diào)整我們的算法，使其具有足夠的通用性，以便它仍然能夠識(shí)別這些新物體”，而且時(shí)間更短。

更好的聲音

從小，CyrilZhang就夢(mèng)想著用機(jī)器模擬意識(shí)。盡管科學(xué)家們?nèi)栽跔?zhēng)論是否有可能創(chuàng)造出真正有意識(shí)的機(jī)器，但目前計(jì)算機(jī)科學(xué)博士生正在研究“也許是你能得到的最接近的東西”。

從10月初開(kāi)始，張和其他12名計(jì)算機(jī)科學(xué)研究生開(kāi)始研究一個(gè)軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)旨在與人類就各種熱門話題進(jìn)行連貫和互動(dòng)的交流。這項(xiàng)工作是亞馬遜AlexaPrize競(jìng)賽的一部分，該競(jìng)賽要求國(guó)際大學(xué)生團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)能夠使用亞馬遜語(yǔ)音服務(wù)Alexa作為起點(diǎn)進(jìn)行此類對(duì)話至少20分鐘的軟件。獲勝團(tuán)隊(duì)將獲得500,000美元的獎(jiǎng)金以及他們所在部門的100萬(wàn)美元研究補(bǔ)助金。

11月，亞馬遜通知普林斯頓團(tuán)隊(duì)，它是被選中贊助參加比賽的12個(gè)大學(xué)團(tuán)體之一，并帶來(lái)了10萬(wàn)美元的津貼。從那時(shí)起，團(tuán)隊(duì)成員每周四都會(huì)與他們的指導(dǎo)老師SanjeevArora會(huì)面，SanjeevArora是CharlesC.Fitzmorris計(jì)算機(jī)科學(xué)教授，以協(xié)調(diào)他們各自的任務(wù)。

模擬人類行為的軟件被稱為社交機(jī)器人。團(tuán)隊(duì)成員DanielSuo表示，普林斯頓團(tuán)隊(duì)選擇將其社交機(jī)器人命名為“Pixie”，這是他們可以設(shè)計(jì)出的“Princeton”和“Alexa”的最簡(jiǎn)潔組合。

該團(tuán)隊(duì)的前身是每周一次的研究生閱讀小組，主題是深度學(xué)習(xí)。張將團(tuán)隊(duì)描述為“局外人”，因?yàn)榇蠖鄶?shù)學(xué)生并不專門從事自然語(yǔ)言處理研究，而是在機(jī)器學(xué)習(xí)理論、深度學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、機(jī)器人或分布式系統(tǒng)等其他領(lǐng)域有經(jīng)驗(yàn)。

“我們的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)是我們來(lái)自不同的研究背景，”張說(shuō)。“這意味著我很樂(lè)觀，我們可以想出一些在自然語(yǔ)言處理領(lǐng)域工作了很長(zhǎng)時(shí)間的人可能從未想過(guò)的事情。但與此同時(shí)，我們肯定會(huì)花費(fèi)大量精力來(lái)適應(yīng)該領(lǐng)域的研究人員已經(jīng)完全熟悉的技術(shù)。”

長(zhǎng)期以來(lái)，模擬人類對(duì)話一直是軟件設(shè)計(jì)中的一個(gè)挑戰(zhàn)。人類以模棱兩可的術(shù)語(yǔ)進(jìn)行交流，正確解釋單詞和句子取決于上下文、常識(shí)和對(duì)世界的一些理解。由于計(jì)算機(jī)缺乏此類先驗(yàn)知識(shí)并依賴于精確性，因此對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程以理解歧義是極其困難的。

“對(duì)于任何特定的輸入，機(jī)器人必須確定——用戶是否試圖談?wù)撘粋€(gè)特定的話題?它只是一般的閑聊嗎?可能需要哪些來(lái)源來(lái)產(chǎn)生合適的響應(yīng)?”團(tuán)隊(duì)成員AriSeff說(shuō)。

該團(tuán)隊(duì)還面臨著更廣泛的挑戰(zhàn)，即設(shè)計(jì)一種連貫的個(gè)性，既能取悅用戶，又能使對(duì)話自然流暢。

“亞馬遜競(jìng)賽挑戰(zhàn)我們從社會(huì)角度思考對(duì)話，”Suo說(shuō)。“與只會(huì)說(shuō)沒(méi)完沒(méi)了的單行代碼或只回答基于事實(shí)的問(wèn)題的機(jī)器人交談會(huì)變得無(wú)聊。但是，表明某人有多感興趣或有多無(wú)聊的語(yǔ)言線索又如何呢?我們能否將對(duì)話引導(dǎo)到一個(gè)新的領(lǐng)域，而不僅僅是對(duì)用戶做出反應(yīng)?”

團(tuán)隊(duì)成員對(duì)該項(xiàng)目的協(xié)作性質(zhì)以及從中產(chǎn)生新的顛覆性想法的可能性表示興奮。

“這對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)共同建設(shè)的機(jī)會(huì)，但也可以相互學(xué)習(xí)，”索說(shuō)。

4月，參賽團(tuán)隊(duì)根據(jù)對(duì)話的相關(guān)性、連貫性、興趣和速度，從現(xiàn)實(shí)生活中的AmazonEcho用戶那里收到了關(guān)于社交機(jī)器人成功的反饋。最終獲獎(jiǎng)?wù)邔⒂?1月公布。

“我們贏或不贏都不是重點(diǎn)，”團(tuán)隊(duì)成員DavitBuniatyan說(shuō)。“事實(shí)是這項(xiàng)研究正在推進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)的未來(lái)。”