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使用(yòng)适当智慧部件(模拟(nǐ)感知时)出现伪造结果的模式:传统的识别视角(左侧)和两种哲学上(常见)的怀(huái)疑论(中间和右侧)。左列表示(shì)每个(gè)(识别)部分都是真实情况下的(de)端到端物理性(xìng)
机器人实验。中间一栏,是(shì)David Hume(观点)的例证,虽含有真正的(de)传感器,但也有理由怀疑其输出报告的真实性。最右侧是Bishop Berkeley提出的例证,系统具有真实的控制器,但(dàn)其他所有元素为软件(jiàn)端,这代表信息直接(jiē)传(chuán)入(rù)机器人“皮质”的模(mó)拟实验。
(图片来源:Shell & O’Kane)
研究人员为了评(píng)估机器人(rén)算法和控制器的性能,通常会使(shǐ)用软(ruǎn)件模拟或实体机器人。虽然这看上去是不同的评估策略,但有很(hěn)大的可能性需要结合两种方法(fǎ)的要素进(jìn)行评估。
在最近的一项研究中(zhōng),德州(zhōu)农工大(dà)学(Texas A&M University)和南卡罗莱(lái)纳(nà)大学(University of South Carolina)的研究人员正(zhèng)着手(shǒu)评估(gū)和测试一些模拟(nǐ)和仿真交(jiāo)叉的验证场景。在arXiv上预发(fā)表的论文中(zhōng),他们概(gài)述了其研究将(jiāng)特别关注(zhù)真实(shí)机器(qì)人通过传(chuán)感(gǎn)器感知环境的实例,但在(zài)这些(xiē)实例(lì)中(zhōng),机器人(rén)感知的(de)环境可能并非真实的场景。
“我们考虑的问题是(最(zuì)终通过(guò)各个)机器人部分呈现(xiàn)的结果会与真实世界存在差(chà)异(yì),”进行(háng)该研究的(de)Dylan Shell和(hé)Jason O’Kane在他(tā)们的论文(wén)中写道。“这个质询源于在验(yàn)证机器人(rén)行为(wéi)时(shí)无法(fǎ)将我们手头的实验用(yòng)机(jī)器人和理想机器人、实际测试环境与理想(xiǎng)测试环境以及其他一系列潜在误差的偏差消除(chú)。”
这项研究(jiū)的灵感来自以前的生物研究(jiū),当(dāng)时的研究旨在了解生物(wù)的感知局限(xiàn)性(xìng),以(yǐ)及信(xìn)息的不匹配如何影响它们的行为。近年来,生(shēng)物学家开始使(shǐ)用虚拟现实(VR)和增强现实(AR)等(děng)技术工具来更好地了(le)解生(shēng)物有机体及其感知。
类似地,软(ruǎn)件(jiàn)模拟已经成为机器人研究(jiū)的关键部分,许多研究人员使(shǐ)用软件(jiàn)模拟来执行并测试机器人(rén)系统和方法(fǎ)。通常,模拟软件是在虚拟环境(jìng)(而非物理环境(jìng))中复制机器人(rén)的执行元素,以(yǐ)实现(xiàn)传感器的(de)人工读取和相关状(zhuàng)态数(shù)据生成。
这就引出了另一个(gè)问题:模拟(nǐ)器作为一个系统而言(yán),其自身的仿真(zhēn)结果和真实(shí)情况到底(dǐ)有多接(jiē)近(jìn)?考虑到这一点(diǎn),研(yán)究人员就(jiù)开始探索该“相互匹配”系(xì)统间的相关性(xìng),以及这些系(xì)统中有一个足(zú)够强大以至于其他系统均受(shòu)到其(qí)影(yǐng)响的情况。
Shell和O'Kane在(zài)他们的论文中解释道:“在(zài)明确(què)了错觉概念(本质上是发生在真实世界中(zhōng)的系统仿真)之后,我们依(yī)据环境模拟的要求这类仿真的施行效果进行检验。”“时间是很重(chóng)要的(de):一些机器虽然能(néng)够(gòu)模(mó)拟其(qí)他机器人,但很难做到同(tóng)步(bù)。”
Shell和O'Kane认为(wéi),系统模拟其他系统的不同速率允(yǔn)许研究人员以一(yī)种(zhǒng)相对的形(xíng)式(shì)来描述(shù)模拟系统(tǒng)和(hé)仿(fǎng)真系统(tǒng)。基于这一假设,他们提出了(le)概括(kuò)模拟系统和仿真系统之间关(guān)系的定理,并为(wéi)每个定(dìng)理提(tí)供(gòng)了几个例(lì)子。
随(suí)后,研(yán)究人员根据他们提出(chū)的理(lǐ)论进行了一个简单的多机器人实(shí)验。实验过程中,个体机器人必须(xū)在模(mó)拟环境和物(wù)理机器人(rén)试验台的无界的障(zhàng)碍(ài)区域内完成简单的(de)导(dǎo)航任(rèn)务。最终(zhōng)结(jié)果(guǒ)表明,不同的模拟方法在给定系(xì)统(tǒng)环境(jìng)下产生“模拟(nǐ)感知”有着明显(xiǎn)不同的时间效率。
Shell和O'Kane实验观察结果,以及他们建立的理论,加(jiā)深(shēn)了对目前用于评(píng)估机(jī)器人的仿真软件的理解,突出了(le)真实系统与模拟系统之间关(guān)系的新方向。他们可以在未来的工作中探索各种新的(de)研究方(fāng)向,例(lì)如扩(kuò)展理论来处理不(bú)确定性和(hé)非决定论的概念,或者开发一个更丰富的有效(xiào)“(感知)错觉”理论。