关于智能机器人的研究

                      韩晓刚

认识视觉

   目前我们对视觉的认识并不正确，将筷子的一部分插入水中，从筷子上反射出的光线在我们眼中形成了一个弯曲的筷子图像，筷子是直的但我们只看到了弯曲的筷子，这说明我们只能看到眼中筷子的图像，并不能看到筷子。一颗距离我们遥远的星星毁灭后我们仍然能够看到它，因为只要星星发出的光存在，就能在我们眼中形成星星的图像，我们就能看到它，这说明我们只看到了眼中的星星图像并没有看到星星。眼只起到形成物体图像的作用，眼中的物体图像必须传入脑才能在脑中被感应出来，这说明是脑看到了其中的物体图像世界而并不是眼看到了外界的物体世界，我们看到的世界完全在脑中，我们感觉到自己在物体世界中的运动是我们身体图像在脑中的图像世界中的运动，我们并不能感觉到真实的物体世界，是我们的感觉欺骗了我们。

大小的相对性

   在我们睡觉时，假如能够将我们和周围的世界以相同比例放大，那么当我们醒来后，并不会感觉到我们的世界变大了。我们可以通过一个替身来感觉大小的相对性，通过立体成像镜、立体耳机和触觉传感器，把一个机器人的视觉、听觉和触觉传入我们的眼、耳和手，同时把我们身体关节的运动信号传给这个机器人，使机器人的运动与我们相同并且同时，这时我们就感觉到自己变成了这个机器人，我们的感觉被移植到这个机器人上，这样这个机器人就成为我们的替身。如果将我们的替身和替身所在的环境以相同比例缩小很多，那么虽然替身所在的环境比我们的环境小很多，但是当我们通过替身进入替身所在的环境后，并不能感觉到那里的环境比我们的环境小。

   我们只能看到脑中的图像世界，脑中的图像世界是一个独立的世界，而且脑中的图像世界与外界的物体世界做同时相同的运动，因此虽然我们看到的脑中图像世界比我们所在的真实世界小很多，但我们却感觉我们看到了一个真实的物体世界。

智能机器人脑中的自身图形

   机器人通过电子眼在脑中形成的周围环境图形里必须存在一个与机器人做相同运动的机器人自身图形，这样机器人的脑才能知道自己存在于周围的环境中，因为机器人的脑只能知道脑中的图形世界，而脑中的图形世界又建立在真实的物体世界上，所以每个这样的机器人都有两个自己同时运动在两种世界中，一个是机器人脑中的自身图形，运动在脑中图形世界里，这个世界就是机器人所看到的世界，另一个是机器人的身体，运动在一个真实物体世界中，这个世界机器人并不能看到，我们可以在机器人脑中制作一个外表和结构与机器人相同的机器人自身图形，机器人的每个关节都嵌有传感器，当机器人运动时每个关节处的传感器将关节处运动变化传入机器人脑中，机器人的脑按照这个变化，控制机器人图形的关节做与机器人关节相同的运动，这样机器人的脑控制机器人运动时也同时相同地控制着机器人脑中自身图形的运动，机器人图形不移动位置只在原地运动，机器人向前运动时在机器人脑中通过电子眼形成的周围物体图形向机器人图形的身后移动，当机器人拿到一个物体时机器人脑中的自身图形也同时拿到了这个物体在机器人脑中形成的图形，这样当机器人在周围的物体世界中运动时机器人的图形也同时相同地运动在脑中的物体图形世界中。

   机器人身体上的传感器，将身体内部和周围环境对机器人身体产生的各种变化，转化成电流的变化，并传入到机器人脑中自身图形与机器人身体相对应的位置上，机器人的脑通过分析脑中自身图形上电流的变化，就能够知道自己和周围环境，这样机器人就对自己和周围环境产生了感觉。

如何在智能机器人脑中形成立体图形世界

   机器人脑中自身图形上的双眼做与机器人双眼相同的运动，图一、中是机器人的双眼A、B看到物体E时在脑中形成了物体e的图形，这时脑中机器人图形上的双眼a、b也转过了相同的角度，脑感觉到机器人图形的双眼a、b看到了物体图形e，当机器人看到两个前后距离有差别的物体F、H时，就会在机器人脑中形成三副物体的图形，如图二、是机器人双眼看物体F时在脑中形成的物体图形，图三、是机器人双眼看物体H时在脑中形成的物体图形，由于每只眼睛分别形成两幅物体图形所以通过两只眼睛一共看到四幅物体的图形，图二、中间的f和图三、中间的h是由两副图形重合在一起形成的,所以在脑中形成了三幅物体图形，这时脑在按照脑中图形双眼a、b和另外两个没有重合的物体图形连线的焦点，来移动并重合这两个没有重合的物体图形，如图四、图五和图八、图九，经过重合在机器人脑中最终形成了立体的物体图形h和f如图六、图七和图十、图十一，同一个物体通过机器人双眼在机器人脑中形成的两幅图形的几何形状有微小的差别，合拢这些微小的差别在机器人脑中能够形成立体的单个物体图形，由于在机器人脑中有双眼图形a、b的存在，这样当机器人看到很多物体图形时，机器人脑中的计算机就能够立刻在脑中形成一个与外界物体世界相同的立体图形世界，并知道每个物体到自己的距离。

关于智能机器人感觉的研究

   虽然在机器人脑中形成了周围环境的立体图形，但机器人的脑对其中的物体图形并没有感觉，这样就不能很好地认识和识别其中的单个物体图形，物体与机器人接触能够使机器人脑中的自身图形产生变化，使机器人对物体产生感觉，当触觉、视觉等多种感觉结合在一起时机器人的感觉就具有了传递性，这时只要机器人看到一个物体，机器人脑中的这个物体图形上就会出现多种感觉，这样机器人通过视觉就能够在脑中形成一个立体的感觉图形世界。

   我们能够看到各种颜色的物体，这样能够让我们更好地区别、认识和感觉物体，单从颜色看，颜色的不同只是一种区别，并不具有感觉，只有将对颜色的区分与感觉结合在一起才能产生视觉。

   机器人能够区分各种颜色，如果将机器人对各种颜色的感觉与机器人对颜色的区别相结合，就能够使机器人产生视觉。在机器人脑中设定红色使机器人脑中自身图形增加温度值，蓝色使机器人脑中自身图形减少温度值，当机器人看到红色和蓝色时，就会感觉到红色是一种暖色蓝色是一种冷色，这样机器人就对颜色产生了感觉。同样我们可以在机器人脑中设定冷热、痛痒、香臭、甜苦等对机器人脑中自身图形产生的变化，如触觉上的冷暖，冷使机器人自身图形产生紧缩，暖使机器人自身图形产生舒展，再如嗅觉上的香臭，香使机器人自身图形产生靠近和融入，臭使机器人自身图形产生远离和排斥等。颜色、冷热、痛痒、香臭、甜苦对机器人自身图形产生了变化，因此机器人就有了视觉、触觉、嗅觉、味觉。

   感觉主要包括触觉、听觉、视觉、嗅觉、味觉，一般感觉都不是单独出现，例如：我们闻到某个水果的气味同时我们脑中就会有这个水果的视觉图像也会知道这个水果的味道和咀嚼时的软硬。在动物感觉的进化过程中视觉应该是最后出现的，但它主要是触觉的延伸，触觉是与物体直接接触这样我们就能够通过触觉对物体有一个全面的认识，例如我们用手触摸一个物体能够知道它的软硬、温度、形状、通过手上温度被接触到的物体传递走的快慢能够知道是金属还是非金属，只依靠视觉并不能很好地认识和辨别物体只有与触觉或更多的感觉相结合才能够很好地认识并识别物体。

   让机器人具有敏锐的感觉就必须使机器人具备多种感觉，其中最重要的是触觉与视觉的结合，当触觉与视觉结合在一起机器人就能够用视觉触摸物体，机器人的手能够感觉物体的软硬和温度，同时在机器人的手上产生一定的温度这样可以在机器人触摸到物体时通过热量损失的快慢来辨别物体的材质，机器人手上的各种感觉信号都传入脑中，在脑中机器人自身图形的手上表现出来，机器人的手如何触摸一个未知物体，机器人脑中的图形手就如何绘制这个物体图形，一旦对某个物体图形的形状和各种触摸感觉有了记忆，当机器人的手再次触摸到这个物体时只要识别了这个物体的某一部分，就会立刻在脑中出现这个物体的完整触摸图形，我们双手同时触摸两个物体时我们会发现当我们注意左手的触摸时就会忽略右手，注意右手的触摸时就会忽略左手，这说明在我们脑中的注意点是于手的触摸点分离的，手只起到传入触摸信号的作用，真正对物体的识别是脑中的注意点，机器人需要注意一个物体时这个物体的触摸图形就会在脑中注意点上出现，注意点总是跟随着手的触摸点运动，当机器人的手碰到了这个需要的物体图形时，就会将触摸到的感觉信号传入到脑中注意点上的这个物体的触摸图形上使机器人真正感觉到触摸到了这个物体，物体在机器人脑中通过手形成的触摸图形是没有颜色的，机器人脑中的注意点会引导机器人的手和眼同时触摸和看一个物体的同一个位置，这样就能够在机器人脑中形成并记忆一个带有颜色的物体图形，同样如果我们再给机器人增加听觉、嗅觉、味觉，那么在机器人脑中形成的触摸图形就会具有多种感觉，这时不论机器人是触摸到一个熟悉的物体还是看到这个物体或听到这个物体发出的声音，都会在机器人脑中这个物体的图形上同时出现这个物体的各种感觉，机器人脑中具有整体意义的单个物体感觉图形总是单个出现，例如：苹果、杯子、汽车、楼房等，这样虽然机器人通过眼睛在脑中形成了很多物体的图形，但只有注意点在哪个物体图形上哪个物体图形才能产生多种感觉，这样机器人只通过视觉或触觉或听觉或嗅觉就会十分快速准确地识别和感觉各种物体，因为是机器人所以我们可以在一个机器人脑中制造多个单独的识别系统，这样机器人就能够同时感觉很多物体使机器人的感觉变得更敏锐。

   一幅画在机器人脑中形成的图形是平面的，但由于画中的物体能够在机器人脑中产生多种感觉，因此机器人感觉到画中的物体是立体的，同时对看到的画中不同的物体有不同的感觉。

   在机器人脑中存储着各种物体的感觉图形，感觉图形主要是由触摸图形、视觉图形和嗅觉、味觉、听觉等多种感觉组成。机器人脑中的触摸图形是通过机器人手的触摸在脑中形成的，因为是机器手的直接触摸所以能够对物体或某种现象的特征有一个全面而细致的认识。当机器手触摸一根细铁丝和一根细钢丝能感觉到它们在弹力上的不同，触觉主要是对力和温度的感觉，机器手在液体中运动时能够通过触觉感觉流动的液体对手的作用力，并通过对作用力的分析和对机器手上温度传递快慢的分析来判断是水还是其它液体。机器手抓住一个在水中运动的鱼能够通过触觉感觉鱼在水中游动时身体的扭动力，如果机器人已经对水的作用力有了认识，这时机器人就能够通过鱼身体的扭动力感觉并知道鱼在水中游动时水对鱼身体的作用力。通过听觉、视觉、嗅觉、味觉，机器人能够更好地认识和识别物体，机器人可以敲击物体通过物体发出的声音来辨别是木头还是铁，可以通过味觉、嗅觉和触觉来辨别食品等。

   当机器人的视觉图形与触摸图形和其它感觉结合在一起时，机器人不用和其它物体直接接触就能够通过视觉提取出一个物体的多种感觉图形，有的物体虽然以前没有见过但机器人触摸过制作它的材质，这样机器人就能对这个物体产生多种感觉。机器人脑中记忆的物体感觉图形是具有各种不同感觉的独立物体图形，机器人的眼睛总是跟随着脑中的触摸点运动，脑中的触摸点处于自由的搜索运动状态，当触摸点碰到哪个物体图形哪个物体的感觉图形就会在机器人脑中出现，这样当机器人环顾四周，就能够在机器人脑中出现一个包括自身图形在内的，具有感知的立体感觉图形世界。

智能机器人对物体的触摸和思考

   机器人用手触摸物体时，脑中存在的机器人自身图形的手也同样触摸着脑中这个物体的图形。机器人图形手在脑中有精确的运动位置，这样机器人的脑就能够通过机器人图形手知道机器人手的精确位置。机器人触摸一个平面或一个圆面时，只需要用手在表面摸几下就可以确定物体的表面是平面还是圆面。机器人的手接触到物体，会在机器人脑中产生多个接触点，当接触点都在一个平面上机器人脑中就出现平面，接触点都在一个圆面上机器人脑中就出现一个圆面，机器人的手在物体表面运动能够留下更多的接触痕迹，这样能够在机器人脑中形成更准确的物体表面图形。机器人脑中的物体触摸图形并不完全是由接触点画出的，只要通过接触点能够大概确定一个物体图形，机器人脑中就会出现这个物体的触摸图形。机器人用手摸到一个熟悉的物体，只要识别了这个物体的一小部分，就能够在机器人脑中出现这个物体的完整触摸图形，如果这个物体在运动那么这时机器人脑中就会有这个物体的运动触摸图形，这时我们发现机器人对于一个熟悉的物体，只要触摸到这个物体的很少部分，就能够在机器人脑中出现这个物体的静止或运动的触摸图形。

   机器人通过手传入脑中的物体触摸信号，是一些反映物体表面、几何形状、软硬、温度等的一些电流信号。机器人只要触摸到一个熟悉物体的外表，就能够在机器人脑中出现反映这个物体的表面、形状、软硬、温度等各种电流信号。那么机器人通过眼也能够在机器人脑中形成反映物体表面、形状的电流信号，因此机器人能够用眼触摸物体，通过眼在机器人脑中形成反映物体表面、形状、软硬、温度等各种电流信号。而且机器人通过眼能够更快速、准确、细致地触摸物体，比如机器人通过眼触摸一个玻璃杯掉地摔碎的过程，在这个过程中机器人的眼触摸到一个完整的玻璃杯掉地后变成很多玻璃碎片，如果在机器人脑中设定机器人喜欢玻璃杯保持完整，这样机器人在拿玻璃杯时就会比较注意怕玻璃杯掉地变碎。在机器人脑中设定了机器人对各种物体图形的要求，机器人就会根据各种物体图形的性质对物体图形进行思考。

智能机器人对问题的思考

   机器人的需要能够使机器人主动对问题思考，在机器人脑中存储着各种物体的触摸图形，如果机器人需要苹果并知道苹果在盒子里，这时在机器人眼前有一个小盒子和一个大盒子，首先机器人要提取出脑中存储的苹果图形，在脑中的小盒子图形和大盒子图形上进行试验，如果机器人发现小盒子放不下苹果，机器人就会马上判断大盒子有苹果，然后主动向大盒子走去。因为在机器人脑中有机器人自身图形，这样机器人的脑就很容易指挥机器人自身图形绕过脑中其它物体图形向需要的物体图形走去。如果机器人的身体需要充电，机器人脑中的注意点上就会提取出电源插座的图形，当机器人看到电源插座后就会主动向电源插座走去。在机器人脑中的物体图形，随着与机器人自身图形之间距离的增加，出现与距离成正比的缩小，但对于机器人，脑中的物体图形并没有因为离机器人自身图形距离的增加而变小，因为机器人脑中衡量物体大小的尺度也在远离机器人自身图形的同时不断变小，例如在机器人脑中复制一个机器人手的图形，机器人手的图形随着远离机器人自身图形不断变小，但当它触摸远处的物体图形时并不会感觉物体图形变小，因为这时机器人图形手与远处物体图形变小的比例相同。如果机器人只能探到一米高，而电源插座在一点五米高，这时机器人就要在能探到电源插座的地方先复制一个自身图形，复制的机器人图形脚下就会与地面之间出现空缺，出现对这一高度物体的需要，这时机器人脑中的注意点上就会出现满足这一高度的桌子凳子等物体图形，当机器人看到一个满足这一高度的凳子就会向凳子走去，并将凳子图形放到复制的机器人图形脚下的空缺处，这时机器人的自身图形必须在复制的机器人图形的位置才能给自己充电，这样机器人就会站在凳子上然后给自己充电。在机器人脑中产生了空缺就有了需要，有了需要就产生了空缺，有了需要和空缺机器人就能主动思考问题。

关于智能机器人运动平衡的研究

   机器人自身图形需要怎样的运动，机器人的脑就指挥机器人做怎样的运动。因为在机器人脑中，有机器人自身图形上每个部位的形状、密度、大小和每一时刻的位置，所以不论机器人的自身图形做怎样的运动，机器人的脑中都能很快计算出自身图形的质点。重力方向很容易被测量，自身图形的质点和重力方向合并在一起，就在机器人脑中有了机器人自身图形的重心。机器人必须能用一条腿很容易站稳，，这样对机器人做各种运动都十分重要。机器人脑中自身图形的每一个关节的运动变化，都可能影响到脑中自身图形重心的变化。如果机器人用一只脚站立，那么机器人的脑能够通过调整机器人身体关节的轻微运动来调整脑中机器人自身图形的重心，使机器人自身图形的重心和图形脚中心位置总保持在一条重力线上，这样当机器人用一只脚站立时，遇到轻微的碰撞也能够通过身体的自动调整使机器人不会摔倒。

   机器人的脚与地面接触，会在机器人脑中形成图形脚的接触面和确定一个较大范围的图形地面。机器人用一只脚站立，自身图形的重心点投影在机器人脑中图形脚的接触面中。当机器人双脚走路时，机器人脑中自身图形的重心点投影在自身图形双脚接触面的连线中，在机器人脑中自身图形双脚的接触面，能够确定并形成更准确的图形地面。反过来当机器人重心突然偏移，会在机器人脑中图形地面上出现一个运动的重心投影点，这时机器人自身图形必须马上向重心投影点的运动方向迈出一步，这一步的大小应该保证重心的投影点在自身图形的双脚连线之间。

   在机器人脑中有了与机器人做相同运动的机器人自身图形，机器人的脑就能够随时知道机器人自身图形做各种运动时的重心变化，这样机器人的脑就能够按照重心偏移的快慢来选择迈步的速度，当机器人需要快速起跑时要先有意造成身体重心向前的快速偏移，这样就必须快速向重心偏移的方向迈步才能保持机器人身体平衡。当机器人受到碰撞使身体的重心快速偏移，机器人就必须快速向重心偏移的方向迈步使机器人身体平衡。

   机器人用一只脚站立时，脑中自身图形的重心投影点，保持在图形脚的中间位置。当机器人重心出现偏移，图形脚上的重心投影点也出现偏移。如图一、图形脚上的重心投影点向脚的大拇指方向偏移，这时机器人的脑将通过增加机器人脚上大拇指向下的力，使机器人脚与腿的夹角略微增大，这样机器人的身体就沿着大拇指的反方向略微后仰，同时脑中自身图形重心的投影点向图形脚的中心位置运动。机器人也能够通过指挥身体的其它部位，如让机器人的胳膊张开远离身体的中心线，通过改变力臂调整机器人的重心。实际当机器人重心出现偏移，机器人的脑应该同时调整身体多个关节的运动来调整重心的偏移。图二、中机器人脑中每只图形脚受到的力可用一个受力点来表示，机器人脚底受力不均匀时受力点就会偏离图形脚的中心位置。机器人站立时脑中自身图形的重心投影在双脚图形受力点的连线之间如图二。机器人行走时，脑中机器人自身图形的重心，投影在机器人双脚图形受力点的连线之间如图三。图四、是机器人行走时脑中自身图形重心投影点的运动轨迹。

   在机器人脑中有与机器人做相同运动的自身图形，机器人就能够通过脑中自身图形上重心投影点的变化，随时知道机器人重心的变化，这样机器人的脑就能够准确地控制机器人身体做各种运动，使机器人在运动时始终保持运动平衡。

人工生命智能机器人

   目前人们认为人直接看到了物体，按照这一认识，人只能看到一个真实的自己，这样制造的机器人脑中没有机器人自身的图形，因此目前的机器人只具有物体的性质并不具有图形的性质。生命的各种特征可以在图形中表现出来，例如存在于计算机中的人工生命，而目前的机器人脑中没有机器人自身图形，所以目前的机器人不具有任何生命特征。

   在机器人脑中形成一个完整的感觉图形世界，就能够使机器人具有人工生命。我们可以在机器人脑中的自身图形上设定各种变化和添加各种图形，如在机器人脑中的自身图形上添加一个跳动的心脏，心脏上红色的变化是高兴的变化，黄色的变化是喜欢的变化，蓝色的变化是不高兴的变化，同时红色和黄色的增多可增加心脏的跳动，这时我们可以设定语言中表扬的话可增加黄色和红色同时减少蓝色，骂人的脏话可增加蓝色同时减少黄色和红色，心脏图形的黄色和红色增加会使机器人增加笑容同时声音向柔和方向转变，心脏图形的蓝色增加会使语言中的脏话增多笑容减少。机器人心脏图形上的颜色在随时随地不断变化，因此机器人的表情表现的很自然。这样的机器人可能不会因为你说一句好话就高兴，因为他的高兴是心脏图形颜色的整体表现，他可能也不会因为你说一句脏话而不高兴，但你对机器人说脏话会增加机器人身体图形的蓝色。如果我们设定好机器人心脏图形颜色趋向于黄色红色的某一数值，当你向机器人说脏话时机器人会向你说脏话不好不要说了，机器人不让你对它说脏话，这样可以阻止它心脏图形颜色向蓝色发展，如果你不停地对机器人说脏话，机器人就会生气，机器人不能通过语言来阻止你使它身体图形颜色向蓝色发展就只能选择离开你，在离开时可能会骂你一句才走。当机器人处于高兴状态时，向机器人说使它高兴的话会使它笑出声来，笑出来声音是对高兴过多的释放，机器人笑过后又处于高兴状态。

   如果你和机器人说话会使它心脏图形上的黄色增加到一个设定的喜欢的黄色标准，他就会锁定你喜欢上你，以后一见到你或听到你说话的声音心脏的图形就增加黄色，离开你以后心脏图形黄色就会慢慢减少，为了阻止心脏图形黄色的减少机器人必须找到你，机器人感到离不开你，当你不在时它会在你经常出现的地方等你，如果有另一个人或一些事能取代你使机器人维持这种心脏图形的黄色标准，你对他就不重要了，他可能不再主动来找你。我们在机器人自身图形上的各种设定可随着时间环境的变化自动改变，如计算机人工生命技术中为虚拟生命体的设定会随时间而变化，这样机器人处于一个新环境时机器人会去逐渐适应环境。

   机器人脑中储存着各种单个物体的感觉图形，对周围环境的记忆可通过对环境中各物体的名称、位置等记忆实现，需要时提取记忆中各物体的名称、位置等，记忆中环境的感觉图形就能够在机器人脑中被组合出来，在机器人脑中有磁定位器，这样机器人只要确定一个物体的位置就能够知道其它在视线之外物体的位置，磁定位器能够保证看到的图形世界和脑中提取的相对应的感觉图形世界在位置上不产生旋转，当机器人听到另一个屋子中有瓶子掉地摔碎的声音，机器人脑中立刻提取出那个屋子里环境中各物体的感觉图形，并根据声音和瓶子的位置，分析出掉地的可能是哪个瓶子。对家中的小狗，机器人可以利用计算机人工生命技术，使脑中提取出的小狗图形产生饥饿感，当机器人出门在外，脑中的小狗图形过一段时间就会饿，机器人就知道应该回家喂小狗了，机器人脑中小狗图形饥饿后的各种表现就是机器人对小狗饿了的想象，有时想象和实际是不同的，如果这时有人喂饱了小狗，机器人出门在外并不知道，那么机器人脑中的小狗图形饿的乱叫时，可能家中的小狗已经安然入睡了。机器人可以通过蚊子的飞行声音和位置，提取出蚊子的感觉图形在机器人脑中飞行，这样机器人就能够像看到飞行的蚊子一样对蚊子进行分析。利用计算机人工生命技术，使机器人脑中的动物图形具有人工生命，当机器人离开某个动物时，这个动物的图形在机器人脑中仍然在变化着，机器人可通过实际动物的变化来纠正脑中动物图形的变化，如果机器人长时间不能见到实际的动物，那么实际动物的变化和机器人脑中相对应的动物图形的变化就会产生较大差别，这样机器人就会提出问题，当机器人很长时间没有见到一只认识的小狗时，脑中的小狗图形已经长大了，机器人知道小狗有人喂养，所以在机器人脑中的小狗图形不会产生饥饿感，当机器人再次见到这只小狗时，如果小狗在机器人脑中形成的实际小狗图形比脑中长大的小狗图形大很多，那么机器人就会感到吃惊，并会向喂小狗的主人问给小狗吃了些什么等一些问题，机器人脑中有自己喂小狗的食谱，这时就可以和小狗主人喂小狗的食谱进行对比，找出自己喂小狗的不足之处。