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假如你在多媒体电脑上看电影,而对这部电影不感兴趣,只要用眼神表示出厌烦的样子,此时电脑会立即给你换一个频道,直到你的眼睛表现出高兴看的样子.这种电脑并非幻想,目前已经是美国麻省理工学院媒体实验室的成果.
识别人的情感
从1996年开始,这家大学的研究人员就从事能够通过监测身体的动作来“读取”一个人心情的研究.这个被命名为“情感计算课题组”的学术负责人罗莎琳德·皮卡德教授说:“虽然研究成果还是初步的,但已显示出令人兴奋的应用前景.”科研人员正在研制这样的计算机系统:它利用同使用者身体相连的生物韵律传感器和记录面部表情的小型摄像机来观察人的表情的变化.据悉,目前正在开放的项目中,有一项名为“情感导师”.这是一种能够识别观众兴趣程度的计算机程序,它可以分辨如无聊乏味、焦虑不安、混乱和有无兴趣等状态,它还可以“理解”像微笑和皱眉等面部信号——并依此来调整其指令.而一台“有情感的录像机”可以监测观看者的面部表情,洞察是否有感到枯燥的迹象,从而决定是否迅速将光碟快进到最激动人心的那段去,或者赶紧调整频道.如果确认观看者已睡着了,它就自动关机.
另一种能够懂得手势的计算机也已成为科技人员的研究对象.加拿大魁北克省舍而鲁克大学的研究人员已初步开发了一种能够识别国际手势语的系统,这种系统可以通过手势把组成单词的每个字母拼出来.这种系统识别国际手势语的成功率高达96%.由于每个人的手势略有不同,如果使用这种神经网络系统的人经过培训,就可以使这种系统发挥的作用达到最佳效果.这种系统通过快速工作站识别一个手势需要半秒钟,目前研究人员尚未能使它达到最佳识别速度.研究人员相信,他们通过使这种系统具备可以检验容易出错的手势,能够进一步提高识别的准确性.据介绍,这种系统用摄像机捕捉每个手势,再由软件进行一系列处理.第一阶段是“边缘测定”,即绘制出手的轮廓.然后由系统确定手的长轴和短轴,以便确定手势的确切方向.在这个基础上,程序对手指相对于手的长轴的变化和方向加以测量,得出的信息被输入神经网络程序.程序通过与现有数据比较,对表达动作含意的字母做出猜测.一旦计算机识别出手势所要表达的意思,就把相关的字母显示在屏幕上.研究人员说,由于这个系统采用的是实时交流方式,其反应速度是相当快的.
观察人的眼神
在英国剑桥大学和美国弗吉尼亚大学,专家们正在研制可以用眼神操纵模氦键盘的计算机,其应用对象是肢体残疾者.科技人员使用了一种“眼神凝视反应界面计算机系统”,其功用是计算眼神变化的过程,该过程由一台红外摄像机摄录下来.通过“学习”,该系统可以获得计算机使用者的意图信息,准确率目前已达80%.对于错误的理解,使用者可通过眼神的表达命令计算机重新操作.专家相信,这种计算机一般是专人使用,长期的磨合和适应,识别的准确率可达95%以上.
以后,你的电脑在使用时将十分安全.最近,香港一家公司展示了一项让电脑懂得“认人”的新技术,以人脸作为辨识依据,保证各类电子交易的安全.该技术采用一种名为Face on的脸部辨识软件,利用三维辨识技术以确认使用者身份.这项功能使用家不必记忆密码,也不必携任何证明文件,只需露脸让电脑认出你的长相就行.该技术解决了密码安全性问题.业内人士认为,由于多媒体已渐成现代人生活的一部分,个人电脑或个人无线通讯产品的内置摄影镜头亦会成标准配备之一,这正是“辨脸”技术的发展优势.
专家指出,由于集成电路技术的进步,已出现供视频系统使用的超高速图像数字处理装置,分析处理一幅图像仅需20毫微秒时间(1毫微秒等于十亿分之一秒),这种速度已不低于人的思维速度.而预先贮于芯片上的数万、数十万幅图像可作为视频系统在识别目标时的“标准”,经对比、分析,可在瞬间“明察秋毫”,辨别是非.同时,这种视频系统还具有“学习”的功能,可掌握足够的“标准图像”,以完成多种目标的识别需要.人们相信,上述超高速图像处理技术和应用,将研制能理解人性的计算机的进程大大加快.
用脑波操纵机器
美国布朗大学的一项实验证实,在猴子脑部植入手指甲大小芯片后,可以通过思考来移动计算机屏幕上的光标.据称,这一最新成果给瘫痪病人带来了希望,也许有一天他们能够用脑来操纵复杂的装置.
人类已经可以植入同能控制光标的芯片相类似的装置.布朗大学的研究人员使用一组体积很小的金属电极,并且只需利用很少的神经细胞.
电极能够对猴子在操纵电脑操作杆时脑部产生的信号进行记录,科学家将这些信号转变成数学代码,以便监控猴子在进行上述操作时需要哪些具体的脑信号.在科学家对猴子的脑信号进行了适当的编码之后,他们将操作杆撤除,但电极记录下的内容显示猴子的大脑依然在产生与操纵操作杆时相同的信号.这意味着如果在人脑中也安装类似的电极.那么人脑与电脑之间就基本可以实现直接沟通.
布朗大学的研究人员对上述猴子大脑中的6个神经发出的控制信号进行了记录.在报告中,这些研究人员称:“我们的研究结果显示,利用简单的数学公式再加上一种生物系统的配合,我们可以提供有效的人机界面解码能力,这种能力有助于那些神经细胞遭到破坏的残疾人.”
多诺霍说,任何可以利用二维和三维坐标控制的活动都可以用相同的芯片来控制.西北大学教授、芝加哥残疾人协会工作人员桑德罗·穆萨—伊瓦尔迪说,布朗大学在这方面取得了重大进展,其现实意义在于使用很少的神经细胞——7个到30个神经细胞——就可以控制光标.科学家普遍的看法是,上述研究进一步充实后,飞机、电话和电脑游戏也将很快通过脑电波或肢体语言来控制了.
美国航天局艾姆斯研究中心的科学家们通过飞行模拟器,在不使用操纵杆的情况下,使波音757飞机成功着陆.飞行员手臂的运动由他手臂上的电极来感应,通过电脑分析控制飞机.布鲁克斯空军基地的另一个小组通过预先测定绘制的飞行员的脑电波,成功地实现了飞行模拟器左右摇动.这项技术的发展可能最终减轻飞行员的工作负荷,使他们不必忙于控制大量的开关和仪表.
为使这项技术走入家庭,美国科学家已经修改了PS游戏,以治疗注意力不集中的儿童.弗吉尼亚研究小组在儿童玩游戏时对他们进行生物反馈——通过放松改变身体机能.
应用新技术,连在儿童头部的传感器将绘制出脑电波的活动,通过处理器把这些信号传送给游戏控制装置.当脑电波图达到最佳状态时,PS游戏会做出更好的反应,这样就刺激孩子产生最佳状态的脑电波图来赢得胜利.
科学家认为,这项技术的发展并不局限于电视游戏方面.也许人们不久就能看到电话来访者的图像.英国电讯公司设计了一种装置.可以追踪打电话人脸上的像点,从而模仿出其容貌.由于新技术比现在的影像连接技术要求更少的数据,它的价格将便宜很多.
当计算机能读懂人类行动,而不仅仅是绘制出我们的行动图时,整个社会将出现重大发展.
电脑也能有神经系统
科学家证实已经研发成功一个可以模仿人脑活动的新电子回路(return circuit),将来有一天将可能会运用在电脑上,赋予电脑像人类一样的思考能力.
人类智慧中枢的大脑皮质包含复杂的反馈回路,是一个复杂的神经网络.来自麻省理工学院、新泽西的贝尔实验室和苏黎世神经资讯学中心的科学家们证实,他们已经创造出类似人脑神经系统的电子回路.
由人造神经组成的这个电子回路是靠人造突触或是彼此的连结点来相互沟通,所有的这些成份是由回路上的电晶体所制作而成的.未来这个系统可以让电脑等硬件具备复杂的认知功能,例如视觉等.
一个大脑神经可能和一万个其他的神经相连结,这使得大脑成为一个大而复杂的网络.研究者长久以来尝试将电子和神经回路类比,神经生理学实验却发现,大脑和传统的电子回路所使用的反馈是不一样的.
传统的电子回路是类比和数据泾渭分明,而大脑的认知则包含类比和数位层面.例如,当一辆车靠近,大脑会不断接收到有关它的颜色、大小和距离的信息,但是数据的成份还是存在的,不管物体如何呈现,我们的大脑还是会做是或不是的决定:究竟它是不是一辆车?
麻省理工的电子工程和电脑科学的学者沙帕斯卡表示:“电子世界和人脑一样,正朝向类比和数据混合的计算来发展.但是大脑的混合符号回路所包含的类比和数据功能,比电子世界所做的更深入.”
开发脑型计算机
欲使电脑理解人脑,很关键的一环是不仅必须提高电脑的运算速度,而且还要改变电脑的运作模式.
目前的计算机以纳秒(十亿分之一秒)为单位运算,其速度大大超过人脑,相当于人脑运算能力的100多万倍.但是,计算机依然远远赶不上人脑信息处理能力的多样性.
5年前,计算机在国际象棋比赛中成为人的手下败将,由此可以看出,计算机并没有凌驾于人类之上.专家是这样解释的:计算机以与人类不同的方法指挥国际象棋,结果使人重新认识到双方具有互不相容的“智力”.
为什么计算机的“智力”不能与人类一样呢?原因之一就在于二者的信息处理模式不同.计算机的信息处理基础是对由记号来体现的概念的逻辑操作,而人脑的信息处理基础则是以图形为基础的非线性、并行的复杂能力.
也可以这样说:计算机运用的仅仅是逻辑思维,而人的大脑运用的不仅是逻辑思维,更有形象思维.显然,人的大脑考虑问题比电脑更合理、更准确、更科学,因而效率更高,速度更快.
有人尝试模仿人脑模式制作具有人类特有的功能的计算机,例如日本正在积极推进“脑型计算机”的研究.由于目前并没有完全弄清楚人脑的机制,因此在“脑型计算机”方面进行的研究不止一种.
日本ATR人类信息通信研究所目前正在开发整体模仿人脑的计算机.人脑的神经线路并不是起初就非常完善的,而是在成长的过程中通过神经细胞相结合,从而形成了神经线路.把这一过程作为硬件建设而加以实现的是“以硬件进化为基础的自我增殖型人工电脑”.这种被称作CAM智囊(Cellular Automate Machhine Brain)的系统.将包含数十亿到数百亿的神经细胞,并以这些神经细胞完全能够并行运作为目标.
有些科学家专门着眼于用计算机来实现人脑的部分功能.人脑是以细胞层多层重叠的三维结构和高度的并行处理性为特征的.基于上述的认识,日本东北大学进行了具有层叠型结构的人工视网膜芯片的开发,并可望制造出具有近似于人的视觉信息处理功能的系统.
日本物理化学研究所最近开始通过开发高级小型机器人来探索脑型计算机的研制.该研究所根据人脑让不同的小型机器人模拟人脑的处理线路,用以对大脑认知、学习和控制等问题进行研究.
目前人们主要通过三种途径开发像人脑一样有自律性和创造性、能进行高度智能作业的计算机.一是人工智能的研究;二是以人脑结构为模型,制成以人工神经细胞为基础的脑型计算机,这也被称为神经计算机;第三种途径则是开发能像神经网络一样工作的电子线路来自动生成“人工脑”.
脑型计算机的研究范围非常广泛,但如今的大部分工作处于基础阶段.因为要弄清楚人脑的机制很不容易.专家们认为,要想了解其复杂的人脑的作用,就必须进行跨学科的多方面研究,进行综合、整理获得全面的信息.例如,通过了解大脑工作时的生理学功能,可以在神经细胞研究阶段得到精细的研究成果,但要在宏观上捕捉人脑活动则存在一定困难.另外,人脑同整个身体的关系等重大的课题也非常重要,如果不能发挥综合能力,就难以弄清楚大脑的工作原理.
为什么开发脑型计算机如此困难?正如许多科学家所说的:“对人类来说,最困难、最复杂的课题是了解自己.”