情感机器人-简介

情感机器人就是用人工的方法和技术赋予计算机或机器人以人类式的情感，使之具有表达、识别和理解喜乐哀怒，模仿、延伸和扩展人的情感的能力，是许多科学家的梦想，与人工智能技术的高度发展相比，人工情感技术所取得的进展却是微乎其微，情感始终是横跨在人脑与电脑之间一条无法愈越的鸿沟。很长时间内，情感机器人只能是科幻小说中的重要素材，很少纳入科学家们的研究课题之中。

情感机器人-发展需求

科学技术发展的迫切需要

科学技术正在步步逼近自然界的各种“极限”，目前超高温、超低温、超真空、超导、超强磁场、彻底失重等研究已经取得了很大进展。工业革命有力地促进了各独立学科的专业化发展，信息革命促进了各学科朝着综合性、交叉性、极限性、特异性、精确性的方向发展。尽管如此，科学技术对于人脑自身的研究却举步维艰，虽然人们在生命科学(如生物技术、遗传工程等)上不断取得进展，并在物理层次和生理层次上对于人脑内部结构的认识也不断深入，但是，对于人脑各组成部分的功能特性及其逻辑关系的认识却始终是模糊的。目前，计算机科学的发展经历了算术运算、数学运算、逻辑推理、专家系统和模式识别等五个发展阶段，在人工智能的认知领域已经取得了显著的成果，但在人工智能的情感领域却收获甚微。情感是人类智能的重要组成部分，也是生命科学的重要组成部分，没有情感的智能是残缺不全的，不解决“人工情感”的理论问题，生命科学中的许多理论问题将无法解决。人工情感又是一门高度综合性的科学，广泛涉及哲学、生理学、心理学、生物学、思维科学、社会学、计算机、医学等多门学科，情感理论的发展状态将会对这些学科的发展状态产生重要的影响，情感理论的发展如果受到制约，必然会对其它学科的发展产生严重的制约。

计算机应用扩展迫切需要

虽然计算机在人工智能方面已经取得了突出的成就，能够在算术运算、数学运算、逻辑推理、专家系统和模式识别等方面出色地完成人所赋予的许多工作任务。然而，这远远不够，人们期待着计算机在替代、帮助、补偿和强化人类劳动的众多方面应该有更多、更好的作为。目前，计算机的应用扩展迫切需要解决三个方面的的问题：一是要建立和谐而自然的人机界面。如今人类生活已经无法离开计算机了，在计算机不断升级的同时，人与计算机之间的交互方式却没有什么明显的改变，基本上是借助于键盘、鼠标等被动式的中介手段，计算机无法理解和适应人的情绪或心境。人们相互之间的沟通与交流是自然而富有感情的，计算机如果没有情感能力，就很难指望它具有类似人一样的高层次智能，也很难期望人机交互真正实现和谐与自然。二是要进一步提高计算机自身运行的速度和效率。大家都知道，一方面计算机对于一些非常复杂而繁琐的问题能够轻松而快速地解决，其运转速度、记忆容量和计算准确率等是任何人都无法跟它相比的，另一方面对于一些非常简单而直观的常识性问题却无所作为，智力远不如一个三岁儿童，这主要是因为人脑能够在情感的引导下，按照某些“价值特性参量”(如重要性、紧迫性、倾向性、经验性和关联性等)来生产、筛选、组织和使用信息，从而可以简化过程，节约资源，加快速度，减少差错。由此可见，人工情感有一个非常重要而往往容易被人们所忽略的作用，那就是提高计算机自身资源的效率和速度。三是要使计算机的运行具有更多的自主性和创造性。目前的智能机器人都是在人的严格控制之下，在特定的时间和特定的顺序完成所有规定的程序或动作，没有任何自主性和创造性。情感的赋予就能够使机器人具有与人类完全一样的行为灵活性、决策自主性和思维创造性。

社会生产力发展迫切需要

人类进入信息社会后，信息的“爆炸”使社会生产力出现了突飞猛进的发展，同时信息的传播速度、处理速度、运算正确率、存贮容量、检索速度等越来越赶不上社会生产力的发展需要，从而使信息处理手段的发展水平逐渐成为社会生产力持续快速发展的决定性因素。目前计算机的人工智能水平已经达到了一个空前的高度，许多方面已经大大超过了人脑的智能水平，可供进一步发展的空间已经越来越狭小，人们急需寻找一个新的突破口，来实现人工智能的又一次历史性飞跃，以满足社会生产力对于信息处理手段不断增长的需要。显然，发展人工情感是实现人工智能水平质的飞跃的重要途径，也是社会生产力形成新的跨跃的重要途径。

情感机器人 - 主要缺陷

目前的智能电脑和机器人具有非常高的智商，但其情商和意商几乎为零，这极大地限制了其使用功能和应用范围。有些电脑虽然也被赋予了若干形式的“情感”，但这些情感是非常低级的、零碎的、断续的、机械的和表面形式的，各种情感之间的联系不具有连续性、内在逻辑性和辩证统一性，实际上只是模仿了人类的某此情感表达，绝不是真正意义上的情感。机器人主要的缺陷在于：只能按照人预先编制的程序进行动作，不能自主地确立和调整价值目标，不能创造性地制订和修改总体规划及行为方案，不能总结经验，吸取教训。

情感机器人 - 实际意义

情感机器人的实际意义主要表现在四个方面：

1、建立人性化界面。人在操作使用机器人时，如果机器人能够对人的面部表情、自然语言、身体姿态及对键盘和鼠标的使用特征等进行观察，以识别和理解人的情感，并通过图像、文字、语音等做出智能而友好的反应，产生生动而真实的使用环境，帮助使用者获得高效而亲切的感觉，形成自然而亲切的交互，营造真正和谐的人机环境，以达到降低劳动强度和提高工作效率的目的。机器人对于不同性格利益相关性、价值取向、情感特征、个人爱好和专业特长等做出不同的反应，也有利于使用者掌握其性格脾气和功能特性，有利于在智能玩具和游戏中构筑拟人化的风格和更加逼真的场景。

2、提高思维的效率和速度。情感思维与智能思维有一个重要区别，那就是前者具有明确的目的性和方向性。人脑相对于电脑，无论是运转速度，还是内存与硬盘容量，或者计算差错率等都远远低于，然而人脑的思维优势非常明显，这就是因为人脑能够按某些“特性顺序参量” (如重要性、紧迫性、倾向性、相关性、连续性、敏感性、经验性和关联性等)来有目的地生产、筛选、组织和使用信息，从而可以简化思维过程，节约思维资源，加快思维速度，减少思维差错，这些特性顺序参量主要有：一是价值重要性，如主体将会优先发现、优先识别、优先摄取和优先使用具有较大价值量或价值率的信息;二是时间紧迫性，如根据事物的变化时间紧迫性的顺序决定逻辑推理的过程是采取模糊、粗略而简明的方法，还是采取精确、严密而详尽的方法;三是利益倾向性，如对于有利于(或不利于)维护自身利益的理论观点，主体总会优先发现支持(或否定)其成立的依据和证据;四是利益相关性，如在对于事物的起因、现状和发展方向进行分析时，主体总是力图把自己的作用、自身的经验、自身的利益(或命运)与该事物联系起来;五是价值关系的连续性，如对于过去不友好的电脑使用者通常提供不友好的使用界面;六是价值变化的敏感性，如对于陌生事物的观察与分析以及对有关信息的处理，采取较为谨慎的态度，以防虚假信息的出现或病毒的感染;七是价值知识的经验性，如通过综合分析电脑使用者的相貌、体形、操作方式、操作内容、交往对象(或网站)、工作时间等，可对他的能力、性格、职业、爱好等进行经验性判断，从而为其提供高效、快捷的界面服务;八是价值特性的关联性，如在对事物的起因、现状和发展方向进行分析时，主体将会参照与该事物存在价值关联性的事物的起因、现状和发展方向。总之，有了情感(或意志)的引导与调控，主体(人或机器人)的思维(或行为)就会具有明确的目的性和方向性，从而显著地提高思维(或行为)的效率和速度。

3、开展自主创造性活动。如果没有建立情感系统和意志系统，机器人就只能根据既定的程序、方法和手段完成既定的工作任务，最多也只能根据已经预计的某些特殊情况，个别地、机械地变更其程序、方法和手段。机器人只有在设置情感系统和意志系统后，就能够以“达到既定的意志目标”为行为方向，以内设的“价值观系统(或情感系统)、认知系统和意志系统”为价值计算依据，以“实现最大价值率”为行为准则，建立一系列价值计算的函数关系式或约束方程式，再根据机器人所处的自然环境和人文社会环境确定若干个边界条件，选定情感和意志的动力特性参数，就可以主动地、创造性地调整“整体规划、行为方案和具体动作”，然后对行为的最终结果进行价值评价，以便及时地修正价值观系统(或情感系统)、认知系统和意志系统，达到总结经验和吸取教训的目的;

4、直接参与社会事务和人际交往。价值问题是人类社会普遍存在的问题，社会和个人所追求的物质目标和精神目标都是价值目标的具体体现，任何形式的社会关系(如经济的、政治的和文化的关系)在本质上都是价值关系(或利益关系)，一切形式的目标管理在本质上都是以特定价值内容为主导方向的价值管理，人类社会的一切矛盾都可归结为利益关系的矛盾，社会结构的一切变革实质上都是利益关系的调整与重构，总之，利益关系的处理与调整是社会事务(社会管理或社会服务)和人际交往的核心内容，而这一点主要是通过人的情感系统和意志系统对思维与行动进行引导和控制来实现的，因此能否赋予真正的类人式的情感与意志，是机器人能否参与社会事务和人际交往的关键。情感的客观目的在于正确反映主体所拥有的价值关系，并为主体调整其价值关系提供决策依据和行为驱动力，机器人一旦赋予了情感和意志，就能够在复杂的环境条件下，了解和猜测他人的价值取向、主观意图和决策思路，正确评价和恰当处理与某一社会事务和人际交往有关的价值关系，就可以像人一样独立自主地、应对自如地参与社会事务与人际交往活动。

5、实现人工智能的重大飞跃。将情感注入电脑或机器人具有十分重要的意义，它使电脑向人脑的方向迈进了一大步，大大增强其使用功能，扩展了其应用范围。如果机器人具有与人一样的情感和意志，就能够在复杂的环境条件下，了解和猜测主人的价值取向、主观意图和决策思路，灵活性、积极地、创造性地进行活动，使其运行过程具有更明确的目标性、更高的主动性和更强的创造性，圆满完成主人交给的各种复杂的工作任务，从而在更大的工作范围取代人。届时，从纯逻辑的角度来看，人与机器人就再没有任何根本性差异了，机器人就可以从事人类所能从事的所有工作，包括生产劳动、企业经营、社会管理、人际交往和技术创新等，这将是人工智能技术的一次重大飞跃，无疑会产生巨大的经济效益和社会效益。

情感机器人-理论障碍

人工情感包括三个方面：情感识别、情感表达与情感理解(或情感思维)。目前，世界各国的科学家在情感识别与情感表达两个方面所取得的成果非常显著，但在情感理解或情感思维方面却收获甚微。其根本原因在于，到目前为止，没有一个科学家能够真正了解情感的哲学本质及客观目的是什么，没有创立一个全新的、科学的、数学化的情感理论，没有建立一个真正的情感的数学模型。

目前的人工智能实际上只是人工认知，它是狭义的人工智能。知、情、意是人类三种基本的思维形式，那么广义的人工智能应该包括人工认知、人工情感和人工意志三个方面，因此要想由狭义的人工智能朝向广义的人工智能发展，就必须首先解决一系列有关情感的基本理论问题：什么是情感?情感的客观目的是什么?认知与情感到底有何区别?等等，而这些深层次的理论问题是当今的哲学、思维科学、生命科学和心理学等没能真正解决的。计算机的人工智能水平在经历了一段时间的突飞猛进之后，如今已经接近了它的理论上的发展极限，显然，不解决上述深层次的、哲学层面上的理论问题，不解决“人工智能”、“人工情感”和“情感计算”理论所存在的一系列严重的危机与哲学错误，要想研究真正意义的情感机器人是绝对不可能的。目前的人工情感理论存在三个方面的严重缺陷：

不了解情感的哲学本质

情感是人类的一种主观意识，它必然是人脑对于某一种客观存在的主观反映，这种客观存在就是“价值”(或利益)，情感与价值的关系就是主观与客观的关系，因此情感的哲学本质就是人脑对于事物价值特性的一种主观反映，情感的思维实际上就是人脑对于“价值”的思维，对于情感的计算实际上就是对于价值的计算。而目前所有人工情感的研究者们都不知道这一点，他们总是试图通过测量和计算情感产生过程的各种生理指标(如心率、血压、脑电波、呼吸、瞳孔直径、激素分泌、血液成份等)的变化数据来确定情感强度的变化情况，来研究情感的变化规律，其结果必然是：“在主观范围内绕圈子，在表面形式上打循环”。事实上，情感的感受强度、表达强度和生理唤醒指标等三个方面只是反映了情感在感受、作用和表达过程中所体现的生理指标，都属于情感的主观表现形式，而不是情感所反映的客观内容。情感所反映的客观内容就是主体所拥有的价值关系或利益关系及其变化，对于情感表现形式所激发的生理指标的计算，只能反映情感的表面形式，而不能反映情感的客观内容，只有对情感所反映的客观内容——价值关系进行计算，才能客观地、准确地、全面地反映情感运行的真实状态。情感是人脑对于事物价值特征的主观反映，其客观目的在于引导人更好地识别价值、消费价值、创造价值和表达价值，因此情感的识别实际上就是价值的识别，情感的表达实际上就是价值的表达，情感的计算实际上就是价值的计算。

不了解情感的主要功能

目前的人工情感研究者们只知道情感的功能作用在于使人或机器更具有“人情味”、更友好、更容易形成自然而亲切的人与机交互，营造真正和谐的人机环境。事实是，情感的功能远非如此!情感除了帮助建立机器人的人性化界面，还能够有效地提高思维的效率与速度，而且，情感还有一个更重要的功能，那就是：情感是人的行为灵活性、决策自主性和思维创造性的根本来源。智能机器人主要的缺陷在于：只能按照人预先编制的程序进行动作，不能自主地确立和调整价值目标，不能创造性地制订和修改总体规划及行为方案，不能总结经验和吸取教训。智能机器人一旦具有了情感，就能够以“达到既定的意志目标”为行为方向，以内设的“价值观系统(或情感系统)、认知系统和意志系统”为价值计算依据，以“实现最大价值率”为行为准则，建立一系列价值计算的函数关系式或约束方程式，再根据机器人所处的自然环境和人文社会环境确定若干个边界条件，选定情感和意志的动力特性参数，就可以主动地、创造性地调整“整体规划、行为方案和具体动作”，然后对行为的最终结果进行价值评价，以便及时地修正价值观系统(或情感系统)、认知系统和意志系统，达到总结经验和吸取教训的目的。

不了解情感的逻辑程序

目前，人工情感的研究者们完全不了解情感运行的内在逻辑程序，只知道人在进行情感反应时各种生理指标的变化数据。事实上，人在进行情感表达、情感识别和情感思维过程中，遵循着特定的逻辑程序。情感表达的逻辑程序大致是：人通过感觉器官接收刺激信号，大脑就会把以前存储在“价值观系统”中该事物的“主观价值率”提取出来，与自身的“中值价值率”进行比较、判断和计算。当前者大于后者时，就会在大脑中的边缘系统(该组织决定着情感的正负)的“奖励区域”产生正向的情感反映(如满意、自豪);当前者小于后者时，就会在大脑中的边缘系统的“惩罚区域”产生负向的情感反映(如失望、惭愧)。大脑然后对价值的目标指向、变化方式、变化时态、对方的利益相关性等进行判断，从而确定和选择情感表达的基本模式。此外，情感识别、情感计算与情感调控也遵循着特定的逻辑程序。如果不了解情感运行的内在逻辑程序，就不可能研制出真正意义的情感机器人。

不了解情感的数学模型

目前的心理学没有建立任何的情感数学模型，也不知道情感的数学变化规律。显然，要实现情感的数字化，就必须首先建立情感的数学模型。事实上，人的情感可以通过情感矩阵来进行描述，并可以进行情感的交集运算与并集运算，情感强度的变化有着特定的数学规律。情感是人脑对于事物价值特性的主观反映，虽然，事物的“价值率高差”在根本上决定着人的情感强度，但在一般情况下，情感的强度并不与事物的价值率高差成正比，而是一种特殊的指数函数关系。

正是上述的理论障碍，在根本上决定了情感机器人的发展局限性。目前，各国所声称拥有情感的机器人，最多只能模拟人的某些情感表达方式，并进行一些简单的情感识别，不可能具有真正意义上的内在情感思维。

情感机器人-国外发展

日本

日本已经形成举国研究“感性工学”的高潮。1996年日本文部省就以国家重点基金的方式开始支持“情感信息的信息学、心理学研究”的重大研究课题，参加该项目的有十几个大学和研究单位，主要目的是把情感信息的研究从心理学角度过渡到心理学、信息科学等相关学科的交叉融合。每年都有日本感性工学全国大会召开。与此同时，一向注重经济利益的日本，在感性工学产业化方面取得了很大成功。日本各大公司竞相开发、研究、生产了所谓的个人机器人(Personal Robot)产品系列。其中，以SONY公司的AIBO机器狗(已经生产6万只，获益近10亿美元)和QRIO型以及SDR-4X型情感机器人为典型代表。日本新开发的情感机器人取名“小IF”，可从对方的声音中发现感情的微妙变化，然后通过自己表情的变化在对话时表达喜怒哀乐，还能通过对话模仿对方的性格和癖好。

美国

美国MIT展开了对“情感计算”的研究，IBM公司开始实施“蓝眼计划”和开发“情感鼠标”;2008年4月美国麻省理工学院的科学家们展示了他们最新开发出的情感机器人“Nexi”，该机器人不仅能理解人的语言，还能够对不同语言做出相应的喜怒哀乐反应，还能够通过转动和睁闭眼睛、皱眉、张嘴、打手势等形式表达其丰富的情感。这款机器人完全可以根据人面部表情的变化来做出相应的反应。它的眼睛中装备有CCD(电荷耦合器件)摄像机，这使得机器人在看到与它交流的人之后就会立即确定房间的亮度并观察与其交流者的表情变化。

欧洲国家

欧洲国家也在积极地对情感信息处理技术(表情识别、情感信息测量、可穿戴计算等)进行研究。欧洲许多大学成立了情感与智能关系的研究小组。其中比较著名的有：日内瓦大学 Klaus Soberer领导的情绪研究实验室。布鲁塞尔自由大学的D. Canamero领导的情绪机器人研究小组以及英国伯明翰大学的A. Sloman领导的 Cognition and Affect Project。在市场应用方面，德国Mehrdad Jaladi-Soli等人在2001年提出了基于EMBASSI系统的多模型购物助手。EMBASSI是由德国教育及研究部(BMBF)资助并由20多个大学和公司共同参与的，以考虑消费者心理和环境需求为研究目标的网络型电子商务系统。英国科学家已研发出名为“灵犀机器人”(Heart Robot)的新型机器人，这是一种弹性塑胶玩偶，其左侧可以看到一个红色的“心”，而它的心脏跳动频率可以变化，通过程式设计的方式，让机器人可对声音、碰触与附近的移动产生反应。

情感机器人-我国发展

我国机器人的研究始于20世纪70年代后期，863计划就将机器人技术作为一个重要的发展主题，国家投入几个亿的资金开始了机器人研究。目前，中科院沈阳自动化所、原机械部的北京自动化所、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、清华大学、中科院北京自动化所、北京科学大学等单位都做了非常重要的研究工作，代表性产品有工业机器人、水下机器人、空间机器人、核工业机器人。

我国对人工情感和认知的理论和技术的研究始于20世纪90年代，大部分研究工作是针对人工情感单元理论与技术的实现。哈尔滨工业大学研究多功能感知机，主要包括表情识别、人脸识别、人脸检测与跟踪、手语识别、手语会成、表情合成、唇读等内容，并与海尔公司合作研究服务机器人。清华大学进行了基于人工情感的机器人控制体系结构的研究。北京交通大学进行多功能感知机和情感计算的融合研究。中国科学院自动比研究所主要研究基于生物特征的身份验证。中科院心理学所、生物所主要注重情绪心理学与生理学关系的研究。中国科技大学开展了基于内容的交互式感性图像检索的研究。中国科学院软件所主要研究智能用户界面。浙江大学研究虚拟人物及情绪系统构造等。

我国国内开展的研究项目主要有：“脸部运动编码系统”可应用于人脸表情的自动识别与合成;“MPEG-4 V2视觉标准”可以组合多种表情以模拟混合表情;针对人的肢体运动而设计的“运动和身体信息捕获设备”;基于生物特征的“身份验证系统”;“语调表情构造系统”根据语音的时间、振幅、基频和共振峰等，寻找不同情感信号特征的构造特点和分布规律;“可穿戴式计算机”可用于增强和补偿人的感知功能。