你真的明白人机交互与智能吗？ | 清华AI Time

姓名：韩宜真

学号：17020120095

嵌牛导读未来的人机交互将是多模式状态，与人工智能密不可分。

嵌牛鼻子智能人机交互 人工智能

嵌牛提问当人和机器之间的边界逐渐模糊，人机交互的边界在哪里？未来人机交互会发展成什么样子？

嵌牛正文在2013年的**《她》中，男主结束了恋爱长跑之后，爱上了一个电脑操作的系统女声，这个叫“萨曼莎”的姑娘不仅有着略带沙哑的迷人嗓音，并且幽默风趣。

就这样，他们成了无话不谈的朋友，甚至发展出一段“畸形”的恋情。

虽然**是虚构的，但这也恰恰证明了，未来以用户为中心的交互模式不会仅仅停留在操作方便等基础方面，对于更好地识别用户表达意图与情感等方面，都将取得重大突破。

问题来了，当人和机器之间的边界逐渐模糊，人机交互的边界在哪里？未来人机交互会发展成什么样子？

在AI Time第七期的辩论中，清华大学的史元春、中科院软件所的田丰、中科院计算所的陈益强、小小牛科技创意公司的CEO曹翔就一起论道了人机交互与智能的相关问题。

1945年，在电子计算机尚未“出世”时，范内瓦·布什就发表了题为“As We May Think”的文章，形象描述了未来个人电脑——一种被称为MEMEX的机器，阐释了直接交互、超链接、网络存储等概念。

1960年，约瑟夫·利克莱德提出“人机共生”的思想，并在布什的领导下通过美国国家科技计划大力支持了人机共生理念下的图形与可视化、虚拟对象操控、互联网络等研究项目，在他的主导下，个人电脑、互联网络的标志性关键技术在六七十年代逐次诞生了。

约瑟夫·立克立德领导的交互式计算不但研发了分式操作系统，而且直接引导了图形技术。

在范内瓦·布什、约瑟夫·利克莱德等先驱的推动下，在语言学、心理学、计算机科学的共同参与下，计算机从没有用户界面，到有了图形用户界面，开创了个人电脑以及互联网络等惠及整个社会的新产业。

现在手机无需利用鼠标，可以利用新的传感技术，包括AI技术，这些都在使得人们能够更多地感受周围世界，这也是人机交互的一部分。

未来，在新的传感和多媒体技术的共同支持下，机器将可以通过感知和数据处理技术来理解我们，来理解周围的环境，实现更自然、更智能的人机交互。

曹翔介绍道，他现在的工作可以说是“现实版神笔马良”，用一张普通的纸和一个普通的画笔作画之后，用手机采集，瞬间就能转化生成三维动画。通过技术把创作的门坎降低，让普通人能够表达自己的创意是研究的初衷。

到目前为止还是普适计算的时代，未来人机交互会是多模态的，可以用键盘、语音，也可以用手势、表情、唇动等。他首先介绍了基于多通道或多模态感知理论的手语识别，原因有二，其一是因为姿势语言太多太泛，没有清晰的目标边界，其二是因为希望技术能服务于残障人士的日常交流。

第二个工作也和多模态相关，人机交互的终极目标是希望人机交互和人人交互一样。目前通过多模态，包括知识性感知，让机器获知人目前的状态，继而再进行下一步行为。未来可以利用可穿戴设备，对人的生理和心理的境况进行推断，然后进行交互。

陈益强也认为，未来的人机交互模式会是多模态的。围绕“多模态”设想，他提到了目前工作。一个是基于多通道或多模态感知理论的手语识别，将面部识别、手势动作识别和手语识别相融合，用以提高手语识别精度。二是通过多模态手段，使机器人获知人类当前状态。

田丰主要关注面向教育和医疗的人机交互的研究，他分享了再输入技术和相关理论方面的研究成果。由于输入不可避免地存在不精确性，希望用智能化的方法进行改善和帮助。

运动目标的选择是人机交互里非常重要的任务，玩游戏的时候就知道，相对静止来说运动目标的选中更难，怎样来提高选中的效率，同时去理解用户选择目标的能力。他们首先做了大量的用户研究，产生了针对不同速度和尺寸的物体在运动过程的落点分布，建立出模型，计算出用户选中物体的概率。这个模型不仅可以分析正常人，对帕金森病人等也可以用做辅助诊断。

值得一提的是，田丰带领团队研发的笔式电子教学系统获得了国家科技进步二等奖，并与协和医院共同取得了国家卫健委颁发的医疗健康人工智能应用落地30最佳案例的荣誉。

史元春介绍道，在使用手机软键盘时，26个字母挤在狭窄的输入界面里，再配上胖乎乎的手指，点错的经历太多了。这是触屏这种自然交互界面上典型的难题：胖手指难题。

基于研究工作，他们提出了基于贝叶斯推理的自然用户意图理解框架，建模用户行为特征，在模糊的输入信号上推测用户的真实意图。你点的不准没关系，算法可以猜得准。利用这项技术，史元春团队已经研究实现了手机、平板、头盔、电视等一系列接口上的输入法，输入准确度大幅度提高，且几乎不需要视觉瞄准，进而还能支持盲人用户准确实现软键盘输入。

未来的接口也会延伸感知人的操控行为，史教授正在研制的手机前置摄像头上就能：“感知到人手在界面上的变化后，我们就能以此做出新的‘输入法’。”

比如手握手机的任意边框或位置，就可以输入信息、访问界面，甚至和桌子的交互，也能变成对手机的操作。”

针对交互界面的构建是否存在计算模型的问题，田丰指出，传统上存在计算模型，而针对自然人交互，现在还没有相应的理论计算模型，但是应该朝着这个方向努力。

史元春教授同意以上观点，并指出定量评估的方法虽有，但很不充分。不过借助相应的传感技术，定量评估的原理和技术都在不断拓展，这从红外反射监测血流、血压参数、情绪变化等一系列应用上就可以看出。

以后的计算终端是多种多样的，适配的场景和任务也是不一样的，所以完全统一的大而全的模型非常难以建立，但是在特定任务上，技术背后的科学原理一定是有计算模型的，研究者们都应该去努力探索。

此外，定量评估的方法理论上是存在的，但现在很难说是好方法，因为界面在扩展，相应的实现技术、原理和评价技术也都在做扩展和变化。

曹翔也指出，因为人机交互的任务多样，很难去界定效率，更多是用主观感受衡量。从大方向上讲，一定是需要定量数据的，人工智能需要数据，而人机交互离不开人工智能。

针对建模的机制和限制，曹翔指出，具有明确任务的工作建模相对容易，因为目标很清晰，但是体验性的、娱乐性的、沟通性的工作比较难用计算的方式建模，因为其中夹杂着大量非简单人机交互的内容，比如人与人之间的互动等。

用大数据的方式对情绪的预测更有效果，本身人类对情绪化的东西也没有细分到小单元。反过来说，大数据分析或人工智能分析，能在没有用明确的细分模型的情况下做出预测，恰恰能解决非标准性任务。但如果是利用大数据解决问题，建立的可能是一个通用的模型，涉及到个人也会一些差别。

陈益强认为，人机交互要做得好，就一定要做到个性化，也就一定会用到智能方法。从交互来说，最初键盘是确定性交互，鼠标是属于感知层次。往智能上走，语音识别、手势识别这部分在感知以外加入了知识性学习。到第三部分，即情感智能，在执行前还需要加上知识，或者说认知。这也与人脑的三个部分，即中枢神经、小脑和大脑相对应。

智能和人机交互一样，也是按人也分层次，人机交互我们从传统到智能也分层次，可以把它理解为消除不确定性。越往上走，不确定性越大，尤其对意图理解，但是我们怎么去消除它，是人机交互上应用的一个探讨。

人工智能和人机交互，都有“人”这个字，对于二者的关系，史元春首先指出，这是中文说法，英文没有这样的词，但二者的共性在于都是很早很明确地谈到人机关系。

史元春教授认为，人机交互应该让机器更好的适应人，适应人的本性，适应人的操控能力、感知能力和认知能力。从“人” 的研究内容上来说，人机交互与人工智能有差异，但出发点是一致的，即“人机共生”。

目前看，人工智能的研究更多的体现在人的识别、语言的表达等数据密集型任务上的处理方法，人机交互的研究更偏重于对人的主动交互行为和感知能力的建模、传感和建立适应的接口技术，人机关系必定向着共生的方向发展，这些研究内容和方法会相互影响和适应，交叠的研究内容会越来越多。

“做人工智能最后要接触人机交互，做人机交互最后也要接触人工智能。”

田丰提到中国科学上有一篇观点性的论文，他指出，人机交互和人工智能在未来的趋势会从交替沉浮走向协同共进。国家人工智能发展规划里一个核心研究点是人机协同，人机协同也是人机交互未来的方向。从人工智能角度讲，自动驾驶等也讲人机协同，其实是殊途同归的。

曹翔指出，人工智能和人机交互的研究价值观、出发点会略有不同。人工智能根本上讲，终极目标是让机器能做所有人能做的事情，人机交互则是指人和机器的合作，两者不矛盾，但是要看情境。

针对人机交互研究对AI的贡献，他指出，首先必须承认AI对人机交互研究的贡献。从大趋势上讲，机器学习中大量的人工标注数据就是人机交互的过程。进一步讲，AI的一个挑战在于可解释AI，最终担心的是可不可被信任，解释的原因是希望能够放心地使用。

某种意义上讲也许解决AI可信任的问题，在于创造一种方式，让人和AI的系统在一个互动过程中慢慢通过衡量判断，可能这个恰恰是人机交互帮助解决所谓AI可解释问题的方法。

对于智能人机交互的畅想，史元春指出，未来计算机的形态会变化，甚至可能不存在了，但计算机技术会持续为我们服务，成为人机共生的一部分，交互接口、交互任务会有很大的变化，但会更自然，更智能。

她把智能人机交互集中分为三类，一是手势，然后是语音，还有可穿戴设备，包括手环、头盔。在这三类上看到了很多新技术和新产品，但都还没有成为主流，也就是说，都存在一定的问题。

比如语音交互，不光是识别率没有达到百分之百，同时语音表达的带宽和表达的数据类型还不完整，和空间有关的数据效率低、没有精度。此外，还有打扰、隐私等，都有很大的限定条件，穿戴更是这样。

陈益强举例穿戴设备可以附着于衣服和鞋子，人机交互最终将实现人机共生。并且，在材料、技术的进步下，能够完全理解人类自然行为的意图，甚至帮助解决人口老龄化、阿尔茨海默病等。

曹翔根据自己目前的研究内容，指出，要通过技术把每个人的创造力充分发挥出来，创造力在未来会成为生存和工作所不可或缺的一部分。

未来在输出上或许能获得更多体验，比如把挖掘出更多感官体验，不只是视觉和听觉领域，甚至创造一个幻想的世界，这是十分有趣的。

田丰称，他对于如何通过人机交互的研究推动产业发展更为关心，相关人口老龄化问题已经与协和医院进行了深入合作，通过对老年人的动作进行解读，提供量化的辅助诊断。

针对人机交互人才的培养，史元春指出，工业界是有需求的，但是学术界还很迷茫。有博士生毕业后在工业界无法找到与专业十分匹配的职位，由于工业界的进步会促使学术界对人才培养建立一套科学的方法。

史元春教授提到：“我们培养的人才应该能够发现交互难题，并且能通过科学的方法来解决这个问题。”

曹翔指出，交互设计师、用户研究员等对口培养的专业，不难找工作；难找工作的是把人机交互作为一个研究领域去学习的学生，因为现有的一个萝卜一个坑的职业体系，并不太适合跨学科的人才，但创业特别需要这样的人。

整理了各类场景应用中AI算法

一、图像CV

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二、人脸、体态、眼瞳、声音、指纹

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三、视频

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四、ocr文字识别

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五、自然语言NPL

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6、知识图谱

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7、对话问答机器人

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8、翻译

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9、声音

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十、数据挖掘AI硬件

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十一、其他

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欲望很少，从不抱怨，从不疲倦，上得厅堂，下得厨房，无所不知，青春靓丽，忠贞不二，还可以无条件退换货。面对这样一个完美情人，你会爱上“她”吗？但“她”是一个机器人。　　这个问题并非遥不可及，人工智能突飞猛进，专家预言，机器人将会成为新的族群。23日，日本大机器人展开幕，这个问题再度引起了广泛关注。也许，是好好想想这个问题的时候了。　　如果有一天，您看到一对俊男靓女并肩走进结婚礼堂，却被告知其中一个是机器人，你是否会惊讶不已？尽管到目前为止，这还只是发生在科幻**中的情形，但是，就理论而言，这一切未必不会成为现实。　　英国一位目前在荷兰马斯特里赫特大学攻读博士学位的人工智能研究者戴维·莱维日前大胆预测说，未来的某一天，人类将和机器人结婚。最近，戴维刚刚完成他关于人与机器人关系的博士论文——《与人工伙伴的亲密关系》。他在论文中认为，机器人在外表、功能和性格上将越来越像人类，所以将来很多人可能会爱上机器人、和机器人发生性关系、甚至跟机器人结婚。这一切大约会在2050年实现。　　机器人越来越像人　　“这一切真可能发生吗？”看到以上预测，大多数人心中都会产生这样的疑问。一个人真的有可能爱上一个钢筋铁骨的机器人，并结为伴侣共同生活？这个预言对我们来说似乎太过前卫。　　“事实上，我认为这并非不可实现，套用一句广告词，就是‘一切皆有可能’。”从事相关研究工作的王先生指出，机器人并不是一个新鲜的名词，机器人的雏形就是古老的牵线木偶，起初它们被设计出种种关节，由人牵引着行动，慢慢地，聪明的工匠为它们设计出更多的机关，使它们可以更自由地行动。日本“大机器人展”就体现了不少传统的机关人偶制作技艺，譬如“送茶人偶”和“射箭童子”等就是机关人偶的杰作。　　早期的机器人制造更多的是以工业应用为目的，上世纪50年代出现工业机器人，服务机器人则出现于上世纪80年代，譬如入围日本2006年度机器人大奖赛优秀奖的清扫机器人、用于给上肢行动不便的病人喂饭的护理机器人“我的勺子”、机器人家庭保姆“若丸”等。　　而现在的机器人则越来越重视智能。机器人已经由原来的“铁领”技术工人身份逐渐向更多的消费级应用转变——在这个过程中，机器人正变得越来越“聪明”，无论从外表还是“智力”水平来看，机器人都越来越像人。“其实机器人本身是否像人并不是关键，除了人型的机器人，还有很多不同的机器人。不过通常来说，机器人越像人，价格就越昂贵。”　　而随着近年来人工智能与机器人的结合，也将会给机器人技术带来革命性的变化。王先生说。“被称为‘机器人之父’的Unimation公司创始人乔·恩格伯杰早就预言过，未来使机器人振兴的是服务行业。这就需要机器人拥有更多与人的交互性，具有更多学习及理解人类思维的能力。机器的学习能力是惊人的，当机器人的知识积累达到一定量时，谁能担保不会发生质的飞跃？”　　智商情商一起发展　　撇开婚姻不谈，你想像过自己会和机器人在一个屋檐下朝夕相处，共同生活吗？比尔·盖茨就这样想过，他曾经在著名的《科学美国人杂志》上发表文章，在对未来的高科技产业预言时认为，未来家家都会有机器人。他认为，从现在开始到未来30年，机器人将经历与过往30年间PC发展类似的过程，而且将会更加精彩。人类即将进入家庭机器人的时代。　　在某公司担任技术工程师的赵先生告诉记者，日本已经发明了造价高达上百万美元的仿真机器人，不仅外表与人相似，而且具备感觉，在硅胶 “皮肤”下布满类似人的皮肤神经系统的电线，控制机器人的感官。专家预测，在未来的30年，机器人与人的差距将越来越小，并会发展到具有一定的思维和判断能力，甚至具有3~5岁婴儿的智商。　　事实上，现在有些计算机已经能部分听懂人类的话，并且会按照人类的命令去执行某些动作。但多数命令都是生硬的，不带任何感情色彩。而这一点将会改变。换句话说，机器人进入家庭，光有智商不够，还得具备情商。“我认为家庭机器人单有智力是不够的，虽然早期人们可能出于好奇购买这样的机器人帮助处理家庭事物，但没有人喜欢永远对着一台冷冰冰的机器自言自语。无论机器人长得多么像人，智力多高，不具备情感机能的机器人仍旧很难进入家庭。家庭机器人时代的机器人应当懂得察言观色，根据人的情感变化来做出回应。”赵先生这样认为。　　但是，机器真能具有人的感情吗？中科院自动化所所长谭铁牛曾在演讲中指出，情感的表达是计算机拟人化特性最为生动的体现。目前关于计算机拟人化的研究主要集中在情感语音合成和情感面像合成等领域。例如：在情感语音合成上，通过在语气的运作上，加入情感控制参数，增加了语音合成的表现力；在人脸上附加表情生成，使得其表达的含义更生动和精确。不过目前的表达系统多局限在语音合成、面像和姿态合成的具体实现上，在多模态情感表达方面，涉及并不多。有关情感信息的同步和综合控制建模等方面还没有得到很好的解决。有必要在情感数据分析结果和学习算法的支持下，进一步细化情感表达的参数化模型，通过和情感理解技术的融合，深入进行多模态的情感表达的理论研究。　　会爱上机器人吗　　一旦机器人进入家庭，并在情感表达方面有了新的突破，是否就预示着在朝夕相处的情况下，机器人有可能对人类产生感情，甚至爱情？戴维认为这是可能的，他指出，目前心理学家已经基本弄明白人类为什么会互相产生爱慕，这包括大致12个基本原因，而这些原因也几乎同样适用于人类和机器人之间的关系。例如，人类彼此相爱的原因之一是因为两个人在个性和知识方面都比较相似，而这完全可以通过编程来实现；如果得知另一个人喜欢自己，人们也更可能坠入爱河，而这样的情形也是可以通过编写程序来实现的。一旦人和机器人产生了不可分割的亲密感情，结婚似乎也不是什么不可能的事情。　　不过，虽然这一结论看起来顺理成章，可推论的本身是建立在假设的前提之下的，其中涉及到的方方面面的问题足以让假设者头大。　　“我还是不相信机器人会和人类产生情感。目前机器人表达的情感都是通过设定程序实现的，不是真正的生物反应。尽管机器人已经可以自己制作机器人，但不可能制作出生物，不能进行繁衍。” 一位不愿透露姓名的IT业人士指出，“机器人与人结婚目前还是个预言。目前机器人与人还是有着本质的差别，结婚不仅涉及到伦理方面，还涉及到 ‘人权’等法律方面的内容。就目前及未来的社会状况来看，我觉得实现的可能性很小。”　　“我认为目前和相当长的一段时间内，人与机器人结婚不可能出现，我自己也无法接受。”该IT业人士告诉记者，他曾就此咨询过法律人士，得到的回答是，目前婚姻只能是“自然人”的行为，作为非自然人的机器人要被确认为民事主体，其实质要件必须为独立的意志和拥有可支配的财产，机器人不具备上述条件。　　但他也表示，并不排除机器人婚姻未来出现的可能。“许多新事物都会遭到人们的抗拒，但终究会被接受，人与机器人结婚也并非不可能，技术的发展完全可以做到机器人与人的差距越来越小。”这和美国机器人专家罗纳德·阿尔金的想法不谋而合，他不认为到2050年人类和机器人结婚将成为合法。但是，他同时坦言：“一切皆有可能，不合法并不意味着人们就不去尝试。”　在记者的调查中就有网友表示，自己很看好未来机器人的发展，而且如果法律允许，自己愿意和机器人结婚。有网友认为，机器人一旦融入社会，就属于人的一种，就应该有人权，当然也可以结婚。这个世界上没有什么规则是永远不会改变的，“譬如在废奴运动之前，黑人和白人通婚也被认为是不可理喻；在封建社会，两情相悦也被认为是大逆不道。而现在一切早已不是问题，我们永远不能预测社会进步的脚步，如同我们不能预测科技的发展速度。”　　婚姻是严肃的，涉及到诸多问题，甚至法律。退一步讲，谁能保证将来不会爱上机器人？“机器人相对来说比人具有更少的欲望，没有那么多抱怨，具备各种功能，还可以无条件退换货。”这简直是完美情人的代表。　　机器人将是新的族群　　虽然不少业内人士都表示让机器人具有自主情感还有很长的路要走，但这并不表示这永远不会出现。纵观近年来电脑、网络、人工智能等技术的飞速发展，当机器人技术在某些瓶颈取得突破性进展时，一切都可能加快步伐，那时，人类与机器人将会面临怎样的局面？　　“爱情是人类情感里最复杂的感情，如果机器人能拥有爱情，那说明机器人的‘脑’已经发展到了相当高的水平。”一位从事科幻写作多年的科幻作家在与记者的交谈中指出，有不少科幻作品曾经描述过机器人与人类的感情，有部叫《机器管家》的**描述的是一个机器人通过学习得到了人类情感,在即将达到生命终点时他被联邦法院宣判成为人类。《终结者》中现在的“我”也和忠诚的未来机器人产生了友谊。　　“从某种程度来说，科幻就是未来的预演，许多从事科幻写作的作家本身也是科学家。科幻在为作者与读者编织梦想的时候，同时也推动着科技的进步。许多曾经的科幻已经成为了现实，我们有理由相信我们今天的梦想也有可能很快被后人实现。”　而机器人和人之间如果能产生感情，当然也可能存在伤害。该作者也同时指出，在科幻小说家艾萨克·阿西莫夫的《我是机器人》里就描述过高度发达的机器人绑架人类的场景，这并非是天方夜谭。而目前病毒的发展也使不少人对机器人的未来忧心忡忡，有网友指出，目前不少虚拟的网络机器人都具有学习能力，“譬如MSN陪聊机器人小I，每个人都可以教它说话，使它了解对不同词语的反应，一旦它的词库积累到足够多，从某种意义上说，它就具有了自己的‘思维’。虽然虚拟的陪聊机器人看起来很小儿科，但我认为这是一个预示，网络技术迟早会和机器人技术结合起来，那时机器人就等于具有了无穷的学习能力。这样的机器人一旦被别有用心的人感染了病毒，后果将不堪设想。”　　上述机器人可能对人造成的伤害和机器人三定律也并不矛盾，“机器人三定律”的目的是为了保护人类不受伤害，但阿西莫夫在小说中也探讨了在不违反三定律的前提下伤害人类的可能性。譬如在两个人互相造成伤害时，机器人不能任人受到伤害而无所作为，但是这会造成对另一个人的伤害，在一些小说中这造成了机器人的自毁。如果病毒能够修改机器人的程序使之错乱，混淆机器人的判断，未必不会对机器人三定律造成挑战。　　因此，目前已有专家指出，如果人类制造出的机器人可能出现不受人控制的局面，就有可能形成新的族群。这并非悲观者的偏见，韩国已经拟订了机器人法，专门就人与机器人的关系进行了法律上的规定。实际上，在日本已经有了针对机器人的法律，即：《下一代机器人安全问题指导方针(草案)》，该文件是为了保护人类在使用机器人过程中不被伤害。而韩国拟出台的法律主要内容是：确保人类对机器人的控制、保护机器人获得的数据，并防止违法使用机器人，并准备将道德标准装入计算机程序，以防止人类虐待机器人。　　业内人士指出，替机器人立法的问题虽然有点早，但不可否认是一个前瞻性的问题。人类应该想法保护自己，在发展科技的同时也要防止出现意想不到的后果。而机器人和人一样同时成为法律保护的对象，这在机器人发展史上是一次巨大变化。　　链接　　机器人的分类　　机器人按功能可以有如下的分类：操作机器人——有用于移动和／或操作的控制器的执行机构，由操作人员遥控的机器人；顺序控制机器人——按照给出的信息顺序操作的机器人；示教再现机器人——在操作控制下对机器人进行运动示教，然后可重复进行操作的机器人；数控机器人——依照输入的数字信息或程序(而不是通过运动示教)来进行操作的机器人；智能机器人——通过人工智能决定自己动作的机器人。　　机器人三定律　　机器人三定律是科幻小说家艾萨克·阿西莫夫在他的大量机器人相关作品中为机器人设定的行为准则：第一定律，机器人不得伤害人，或任人受到伤害而无所作为；第二定律，机器人应服从人的一切命令，但命令与第一定律相抵触时例外；第三定律，机器人必须保护自己的存在，但不得与第一、第二定律相抵触。机器人被设计为遵守这些准则，违反准则会导致机器人受到不可恢复的心理损坏。　　在科幻小说中机器人普遍遵守这三条定律。在现实中“三定律”成为机械伦理学的基础，目前的机械制造业都遵循这三条定律。但是，截至2005年，三定律在现实机器人工业中仍然没有应用。目前很多人工智能和机器人领域的技术专家也认同这个准则，随着技术的发展，三定律可能成为未来机器人的安全准则。