MIT 研發(fā)出的反饋系統(tǒng)能夠讓人類操作者僅通過大腦信號就能實時糾正機(jī)器人做出的選擇。研究論文可點擊閱讀原文查閱。
為了讓機(jī)器人按照人類想法行事，它們就得理解我們。很多時候，這意味著不得不做出妥協(xié)：教機(jī)器學(xué)懂得人類語言的玄妙，比如，為它們提供特定任務(wù)的具體指令。
但是，如果可以研發(fā)出一種類似人類自然延伸的機(jī)器人，讓它們可以按照我們的想法自如行動，又會怎么樣？
麻省理工學(xué)院的計算機(jī)科學(xué)和人工智能實驗室（CSAIL）的團(tuán)隊和波士頓大學(xué)正在攻克這一難題，他們打造出了一種反饋系統(tǒng)，讓人類僅用大腦就可以迅速糾正機(jī)器人犯下的錯誤，這款 MIT 研發(fā)出的反饋系統(tǒng)能夠讓人類操作者僅通過大腦信號就能實時糾正機(jī)器人做出的選擇。
使用腦電圖（EGG）檢測器（用來記錄大腦活動的）輸出的數(shù)據(jù)，當(dāng)機(jī)器人執(zhí)行某個目標(biāo)分類任務(wù)時，該系統(tǒng)可以識別出人類是否注意到機(jī)器人犯錯了。這一團(tuán)隊研發(fā)的新的機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠幫助系統(tǒng)分類 10 到 30 微秒空間中的腦電波。
盡管該系統(tǒng)當(dāng)前只能處理相對簡單的二項選擇，但是，這篇論文的資深作者表示，該研究表明，人類有一天能夠以更加充滿直覺的方式控制機(jī)器人。
「想象一下你無需輸入命令、按按鈕或口頭命令，就可以迅速告訴機(jī)器人做出某個動作。」CSAIL 主任 Daniela Rus 說，「這種高效的解決方案將提升人類監(jiān)管工廠機(jī)器人、無人駕駛汽車以及其它尚未發(fā)明技術(shù)的能力。」
在該項研究中，團(tuán)隊使用了一臺「Baxter」人形機(jī)器人，該機(jī)器人的生產(chǎn)廠商是 Rethink Robotics，其負(fù)責(zé)人是前 CSAIL 主任，也是 iRobot 的聯(lián)合創(chuàng)始人 Rodney Brooks。
這篇論文的作者是波士頓大學(xué)（BU）的 PhD candidate Andres F. Salazar-Gomez、CSAIL 的 PhD candidate Joseph DelPreto 和 CSAIL 研究科學(xué)家 Stephanie Gil，指導(dǎo)老師為 Rus 和波士頓大學(xué)的教授 Frank H. Guenther。該論文已經(jīng)被將于今年 5 月在新加坡舉辦的 IEEE 機(jī)器人與自動化國際會議（ICRA）接收。
通過直覺與機(jī)器人互動
在過去，通過 EEG-控制的機(jī)器人需要人類以計算機(jī)可識別的固定方式進(jìn)行「思考」。例如，一個操作人員面前有兩束亮光，他必須要看其中一個才能讓機(jī)器進(jìn)行特定工作，因為每一束亮光都與機(jī)器人的特定工作任務(wù)有關(guān)。
這種方法的缺陷在于訓(xùn)練過程和對人思維活動的建模是非常耗時耗力的，特別是對那些監(jiān)督導(dǎo)航與構(gòu)建工作的人來說更是如此，因為這些任務(wù)需要高強(qiáng)度的注意力。
Rus 的團(tuán)隊想把這整個過程變得更自然點。為了實現(xiàn)該目標(biāo)，他們聚焦于一種稱為「誤差相關(guān)電位（error-related potential，ErrP）」的大腦信號，只要我們的大腦意識到了一個錯誤，這種信號就會生成。當(dāng)機(jī)器人給出它打算做哪一種選擇時，該系統(tǒng)就會使用 ErrP 信號來判斷人類是否同意機(jī)器的這個決定。
「當(dāng)你看著這個機(jī)器人時，你所需要做的僅僅是在大腦中同意或者反對它正在做的事情就可以了，」Rus 說道，「你不必訓(xùn)練自己一定要以某種特定方式來思考——我們的機(jī)器會來適應(yīng)你，而不是反過來。」
大腦 ErrP 信號非常微弱，也就是說該系統(tǒng)必須要調(diào)整得足夠到位才能讓它既可以分類這些信號又可以配合反饋回路中的人類操作員。除了首要檢測 ErrP 信號外，當(dāng)系統(tǒng)沒有意識到來自人類的糾錯信號時，團(tuán)隊也讓機(jī)器去偵測所謂的「次要錯誤（secondary errors）」。
「如果機(jī)器人不確定自己的決定，它可以觸發(fā)一種人類反饋機(jī)制來獲得更加準(zhǔn)確的答案，」Gil 說道，」這些信號可以非常有效地改善精度，創(chuàng)造一個人機(jī)之間持續(xù)交流相互決策的對話過程。」
盡管該系統(tǒng)還仍然無法實時識別第二類錯誤信號，但 Gil 預(yù)計該模型在能夠識別該信號后可以提升 90% 的精度。
此外，由于 ErrP 信號的強(qiáng)度已被證明可以顯示機(jī)器人的錯誤到底有多嚴(yán)重，所以，該團(tuán)隊相信未來的系統(tǒng)可以擴(kuò)展到更加復(fù)雜的多選項任務(wù)中去。
Salazar-Gomez 指出，該系統(tǒng)甚至也適用于那些無法進(jìn)行口語交流的人：像拼寫這樣的任務(wù)可以通過一系列離散的二元選擇（discrete binary choices）來完成，Salazar-Gomez 將其比作一種高級版本的眨眼機(jī)制，該機(jī)制允許中風(fēng)患者 Jean-Dominique Bauby 可以撰寫自己的回憶錄《潛水鐘與蝴蝶（Le Scaphandre et le Papillon）》。
「該項工作讓我們距開發(fā)有效腦控制機(jī)器人和假體的目標(biāo)更近了一步，」弗萊堡大學(xué)計算機(jī)教授 Wolfram Burgard 說道（他沒有參與此項研究），「考慮到將人類語言翻譯成一種有意義的機(jī)器可識別的信號是件異常困難的事情，該領(lǐng)域的工作對于未來的人機(jī)協(xié)作實在是具有深遠(yuǎn)影響。」
該項目的部分資助來自波音公司（Boeing）與美國國家科學(xué)基金會（National Science Foundation）。以下是對原論文的摘要介紹：
論文題目：通過 EEG 信號實時糾正機(jī)器人所犯的錯（Correcting Robot Mistakes in Real Time Using EEG Signals ）
摘要：借由人類合作者大腦活動與機(jī)器人進(jìn)行交流能夠提供一種直接而且快速的反饋回路，對人類合作者來說，這一交流方式簡單而且自然，從而使得根據(jù)直覺與機(jī)器人互動完成各種任務(wù)就不再是夢。這一論文探索了將誤差相關(guān)電位（ErrP）應(yīng)用到閉環(huán)機(jī)器人控制的方法。ErrP 信號對機(jī)器人任務(wù)特別有用，因為它們是大腦活動對預(yù)期之外誤差做出反應(yīng)的過程中自然出現(xiàn)的。我們解碼了人類操作員實時控制一臺 Rethink Robotics Baxter 機(jī)器人完成一個兩項選擇任務(wù)過程中的 ErrP 信號。我們也表明，利用這一閉環(huán)機(jī)器人任務(wù)期間生成的、與潛在誤差相關(guān)的次要互動信號能夠大大提升機(jī)器人的分類任務(wù)表現(xiàn)，這也暗示著新的讓機(jī)器人獲取人類反饋的手段。我們完整描述了整個系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用，也展現(xiàn)了實時閉環(huán)以及開環(huán)控制實驗結(jié)果，以及對主要（primary）和次要（secondary）ErrP 信號的離線分析。我們使用了一般人群的受試者完成實驗任務(wù)，這些受試者之前未經(jīng)訓(xùn)練或篩選。因此，這一研究證實了 EGG 為基礎(chǔ)的回路方法的潛力，有望實現(xiàn)無縫的機(jī)器人控制，也朝著實時直覺互動這一目標(biāo)更進(jìn)了一步。
圖 1：基于實時解碼觀察者的 EEG 信號，機(jī)器人被告知它的首個動作是錯誤的，并且它會根據(jù)合適的物體類別做出正確選擇
圖 4：系統(tǒng)包含一個主要的實驗控制器、Baxter 機(jī)器人、一個 EEG 獲取與分類系統(tǒng)。一個 Arduino 系統(tǒng)轉(zhuǎn)播控制器和 EEG 系統(tǒng)之間的信息。機(jī)械連接開關(guān)檢測機(jī)械臂動作啟動。
圖 6：識別一次 EEG 數(shù)據(jù)緩沖中的 ErrP 的各種預(yù)處理和分類階段。這個決策會立即影響到機(jī)器人的行為，而機(jī)器人的行為又會影響到 EEG 信號，從而形成反饋回路的閉環(huán)。
原文鏈接：http://news.mit.edu/2017/brain-controlled-robots-0306
Nature重磅| IBM再放大招！
量子計算今年實現(xiàn)商業(yè)通用！
來源：大數(shù)據(jù)文摘（ID:BigDataDigest）
作者：Davide Castelvecchi
編譯團(tuán)隊：任杰，姜范波
只要努力，就會實現(xiàn)。IBM公司在3月6日宣布，計劃在年內(nèi)推出世界上第一份商業(yè)“通用”量子計算服務(wù)。這個系統(tǒng)叫做IBM Q，它將通過互聯(lián)網(wǎng)收費訪問。
IBM Q不會超越傳統(tǒng)的計算機(jī)，至少目前還沒有。 但公司表示，該系統(tǒng)將是發(fā)展未來“量子機(jī)”市場的關(guān)鍵，它可以處理傳統(tǒng)電腦無法處理的復(fù)雜計算。 云服務(wù)是最近比較熱門的“建立有用的量子計算機(jī)”這場戰(zhàn)役的戰(zhàn)利品。
該項目建立在IBM圍繞現(xiàn)有云計算服務(wù)開發(fā)的專有技術(shù)Quantum Experience的基礎(chǔ)上，任何人都可以免費訪問它。 該系統(tǒng)在2016年5月上線，最近對用戶界面進(jìn)行了升級。 “上線十個月，目前已經(jīng)教會了我們很多東西。”紐約Yorktown Heights的IBM研究中心領(lǐng)導(dǎo)量子計算實驗室的物理學(xué)家Jerry Chow說。 它為世界各地的研究人員提供了一種方法練習(xí)建立量子算法，而無需訪問自己的量子計算機(jī)。 IBM的總體戰(zhàn)略是圍繞其技術(shù)構(gòu)建“社區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)”，Chow說。
IBM對IBM Q上線的具體時間守口如瓶，只宣稱會盡快上線。也沒有公開系統(tǒng)到底有多強(qiáng)大，或者訪問成本是多少。 該公司聲稱已經(jīng)排好了第一批客戶，但是不會對他們區(qū)別對待，只說幾個商業(yè)合作伙伴將在IBM Q上開發(fā)和測試自己的應(yīng)用程序。
量子競爭
量子計算機(jī)利用亞原子物理學(xué)的反直覺特性，其中稱為量子位（quantum bits）或量子位的信息位（qubits）可以同時承擔(dān)多個狀態(tài)，而不是簡單地表示0或1，如經(jīng)典計算中的位（bits）。 從20世紀(jì)90年代開始，理論物理學(xué)家（包括IBM的一些人）已經(jīng)開發(fā)了基于量子比特的算法，理論上可以以比傳統(tǒng)計算機(jī)更快的速度執(zhí)行某些任務(wù)。
但在實踐中，在所謂的“通用量子計算機(jī)”，獲得足夠的量子位協(xié)同運行任何這樣的算法，已經(jīng)被證明是極具挑戰(zhàn)性的。有兩種技術(shù)已經(jīng)成為處理量子位的先驅(qū)。 一個使用電場和磁場在真空中捕獲單個離子; 另一個將量子比特納入恒定在高于絕對零度以上幾度的微觀超導(dǎo)電路中。 IBM更篤定后一種方法。
近年來，谷歌也加入了這一行列，谷歌在加利福尼亞的圣巴巴拉建立了一個超導(dǎo)量子比特實驗室。 谷歌，IBM和其他一些公司和學(xué)術(shù)實驗室已經(jīng)宣布，設(shè)計了“搭建超越傳統(tǒng)電腦的機(jī)器”的規(guī)劃圖。 但是這些機(jī)器需要運行大約50個量子位。 當(dāng)前可達(dá)大約20個量子位，幾乎還不足用作簡單的計算。
實際問題
所以當(dāng)IBM推出Quantum Experience，它可以運行在五個超導(dǎo)量子位上，許多人不以為意。 物理學(xué)家克里斯托弗·門羅（Christopher Monroe）在馬里蘭大學(xué)帕克分校（University of Maryland）經(jīng)營一個離子阱實驗室，他說：“很多人把它看成是一個宣傳的噱頭。 但我認(rèn)為這有著不同尋常的意義。”
即使它不是目前最先進(jìn)的機(jī)器，IBM也不得不克服許多挑戰(zhàn)，使得Quantum Experience能真正上線，使它可用于研究人員而不一定是物理學(xué)家，即便從來沒有在量子計算機(jī)上工作過。 這包括創(chuàng)建了一個無需物理學(xué)家持續(xù)監(jiān)測的系統(tǒng)。 “把機(jī)器放在云上明顯是要做的事情，”Monroe說。 “但是，要使系統(tǒng)達(dá)到這個水平需要大量的工作。
訪問量子體驗或IBM Q等系統(tǒng)也意味著世界各地的研究人員可以開始致力于量子編程的獨特挑戰(zhàn)。 這與常規(guī)編碼非常不同，并且需要程序員理解和適應(yīng)物理量子位的限制。 原則上，五位量子機(jī)很容易模擬傳統(tǒng)計算機(jī)，甚至是筆記本電腦的使用方式，Monroe說。 但應(yīng)用真正的量子位不是那么簡單。
“真正的挑戰(zhàn)是，你是否可以使你的算法在真還不算完備的硬件上運行，”麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家Isaac Chuang說。
Chow說，IBM Q將比Quantum Experience有更多的量子位，但該公司還沒說到底能提供多少位的。
量子云的時代
迄今為止，Quantum Experience吸引了來自100多個國家的約40,000名用戶。 例如，Chuang在去年年底在線教授的研究生級別的課程，量子計算，以便學(xué)生可以真實的量子計算機(jī)上練習(xí)編程。
該系統(tǒng)的用戶已經(jīng)進(jìn)行了275,000次實驗，并發(fā)表了約15篇研究論文。 其中一個由Monroe及其合作者領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊將IBM的超導(dǎo)機(jī)器的性能與Monroe實驗室的五量子的離子阱機(jī)器的性能進(jìn)行了比較。 公司的量子云服務(wù)更快，但Monroe的機(jī)器更精確。
Monroe共同創(chuàng)辦了一家名為IonQ的初創(chuàng)公司，期望推出基于云的離子阱量子服務(wù)，但他并不關(guān)注具體時間。谷歌公司在圣巴巴拉的量子計算實驗室負(fù)責(zé)人John Martinis說，谷歌計劃用自己的超導(dǎo)量子計算機(jī)做同樣的事情，但只有在它搭建了能運行的50量子位計算機(jī)之后。
與此同時，D-Wave是一家總部位于加拿大本拿比的公司，自2010年以來一直在云上開展量子計算服務(wù)。“我們的戰(zhàn)略核心是真正適應(yīng)云訪問模式，”這些系統(tǒng)的高級副總裁Jeremy Hilton說。 但D-Wave的機(jī)器不是“通用”計算機(jī)，只能運行一定范圍內(nèi)的量子算法。 然而，有幾個研究小組已經(jīng)將其用于他們的項目。
來源：http://www.nature.com/news/ibm-s-quantum-cloud-computer-goes-commercial-1.21585
NASA“可變比沖磁等離子體火箭”
發(fā)動機(jī)研制進(jìn)展
本文由國防科技要聞（ID:CDSTIC）授權(quán)轉(zhuǎn)載
作者：馮云皓 中國國防科技信息中心
2017年2月，Ad Astra火箭公司已完成NASA 2015年授予的為期三年、價值900萬美元合同一半的進(jìn)程（該合同旨在研發(fā)基于等離子體的“可變比沖磁等離子體火箭”發(fā)動機(jī)），該發(fā)動機(jī)能在100千瓦下持續(xù)點火10秒或在50千瓦下持續(xù)點火1分鐘。計劃2018年初使其等離子體火箭發(fā)動機(jī)在100千瓦功率水平下持續(xù)點火100小時。“可變比沖磁等離子體火箭”（VASIMR）發(fā)動機(jī)不同于高燃耗的常規(guī)火箭發(fā)動機(jī)，它只需要極少燃料，未來可望使航天器達(dá)到足夠高的速度，實現(xiàn)太陽系載人探索任務(wù)。
VASIMR發(fā)動機(jī)簡介
工作原理 該火箭發(fā)動機(jī)以惰性氣體——氬氣作為等離子體來源。其工作原理是：①火箭發(fā)動機(jī)第一級首先電離氬氣，將其轉(zhuǎn)化為低溫等離子體。②隨后，發(fā)動機(jī)將等離子體注入第二級——“助推器”，等離子體在此進(jìn)行“離子回旋共振加熱”。助推器使用無線電頻率激活這些離子，使其來回振蕩。③隨著離子共振并獲得更多能量，這些離子加快自旋并形成超高溫等離子體流。最終，該等離子體流通過螺旋型的噴嘴，并被加速排出火箭發(fā)動機(jī)尾部，產(chǎn)生推力。
▲VASIMR發(fā)動機(jī)工作原理
性能優(yōu)點 不同于化學(xué)燃料火箭，等離子體火箭靠電力運行。在太空飛行時，無需巨大的燃料箱或液氫/液氧燃料貯存器，僅需要一些太陽能電池板。
該發(fā)動機(jī)利用太陽能發(fā)電驅(qū)動等離子體的生成以及助推器激活等離子體，并可以調(diào)整用于這兩個過程的能量。當(dāng)航天器需要更多推力時，更多能量可用于生成等離子體；該過程使用更多推進(jìn)劑，但為擺脫重力井（如地球軌道）提供所需推力。其后，當(dāng)航天器快速移動時，更多能量可被轉(zhuǎn)移至助推器，提供更高的比沖和更大的燃料效率。這類似于汽車換檔：在爬坡時，更多發(fā)動機(jī)動力施加到扭矩而不是轉(zhuǎn)速，從而緩慢爬坡；在平直的高速公路行駛時，則換高速檔。飛往火星不能一直使用“第一檔”，這是化學(xué)燃料發(fā)動機(jī)在火星任務(wù)中會耗盡燃料的原因。
該發(fā)動機(jī)設(shè)計的另一個優(yōu)點是，在整個燃燒過程中，等離子體被限制在發(fā)動機(jī)內(nèi)部的磁場里面。實際上，這將大幅降低發(fā)動機(jī)耗損——這對于建造使人類抵達(dá)整個太陽系的航天器而言非常有用。
與“霍爾”推進(jìn)器相比，VASIMR每單位燃料還能產(chǎn)生約兩倍的沖量，使其使用更少推進(jìn)劑即可執(zhí)行相同的任務(wù)。
盡管VASIMR發(fā)動機(jī)在理論上可能實現(xiàn)航天器39天抵達(dá)火星，但其面臨著重大挑戰(zhàn)：需要核反應(yīng)堆來提供足夠動力。研究人員認(rèn)為，大型且可控的太陽能電池陣列最終可為電推進(jìn)提供高達(dá)1兆瓦的功率，但這一數(shù)值是根據(jù)地日距離計算的結(jié)果，太陽能在火星以遠(yuǎn)區(qū)域?qū)⒋蠓p。因此，太陽能動力似乎對于內(nèi)太陽系航天運輸有效，對于火星以遠(yuǎn)區(qū)域的效用將降低。
“光子激光推進(jìn)器”將促進(jìn)
載人太空旅行發(fā)展
本文由現(xiàn)代軍事（ID:xiandaijunshi）授權(quán)轉(zhuǎn)載
作者：馮云皓
據(jù)航空航天日報與防務(wù)報告報道，Y.K.Bae公司首席執(zhí)行官、物理學(xué)家Young Bae表示，作為一種先進(jìn)的動力源，“光子激光推進(jìn)器”(PLT)可能是最終實現(xiàn)在太陽系及更遠(yuǎn)深空中進(jìn)行高速載人太空旅行的催化劑,并可支持低地球軌道商業(yè)盈利活動。
10年前,Young開始在NASA“創(chuàng)新先進(jìn)概念”項目的資助下研發(fā)該技術(shù)。從根本上講,PLT利用光子源,使能量射向配備反射鏡的航天器。Young聲稱,新的研究與發(fā)展工作和低地球軌道演示驗證可促進(jìn)PLT技術(shù)成熟化,實現(xiàn)“光子鐵路”,該技術(shù)將與幾十年前發(fā)明的晶體管及其引發(fā)的電子革命具有同樣的經(jīng)濟(jì)前景。
▲”光子激光推進(jìn)器“試驗使用激光成功加速了一個重450克的航天器模型
Young概述了PLT的技術(shù)構(gòu)想和主要挑戰(zhàn)。Young設(shè)想利用該技術(shù)在3天內(nèi)抵達(dá)火星,或者在冥王星為載人探索建立“光子車站”,以及實現(xiàn)大幅加速的空間通信。這些目標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)火箭推進(jìn)技術(shù)的極限。該構(gòu)想的一個重要部分涉及可盈利的近期應(yīng)用。
Young強(qiáng)烈建議政府機(jī)構(gòu)對PLT技術(shù)進(jìn)行投資,以深化對光子量子力學(xué)方面的理解并克服衍射極限。PLT可在近期實現(xiàn)能產(chǎn)生投資回報的應(yīng)用,這對于空間商業(yè)化來說非常重要。
根據(jù)Young的構(gòu)想,擴(kuò)展PLT技術(shù)需要組裝多個高度精制的空間反射鏡,最終使直徑達(dá)到數(shù)百千米。由激光推進(jìn)的光子將在裝有反射鏡的光子源和裝有反射鏡的遠(yuǎn)距離航天器之間反彈成千上萬次。
▲PLT利用光子源，使能量射向配備反射鏡的航天器
PLT技術(shù)在載人航天上的一種應(yīng)用是,把航天員置于巨型圓盤反射鏡的中心,在此加速度力將達(dá)到1G,可提供人造重力,應(yīng)對失重造成的物理危害。
關(guān)于PLT的技術(shù)挑戰(zhàn),Young表示,制造和覆蓋反射鏡表面的材料需要強(qiáng)化;必須克服激光束衍射極限,或許可利用德國發(fā)起的激光束“凍結(jié)”研究;使激光束目標(biāo)尺寸縮減10倍,就能使電力需求降低100倍。除此,在太空中建立基礎(chǔ)設(shè)施,還將需要利用多項技術(shù)的進(jìn)展,包括:空間太陽能發(fā)電;太空制造,包括3D打印;機(jī)器人和自主空間系統(tǒng),以及在其他商業(yè)航天任務(wù)中有潛在應(yīng)用的技術(shù)。
使用配備反射鏡的“領(lǐng)航者”(shepherd)航天器,PLT可在地球軌道進(jìn)行擴(kuò)展;“領(lǐng)航者”裝有光子源,可指揮配備反射鏡的立方體衛(wèi)星進(jìn)行編隊定位。
這種設(shè)計可支持無需推進(jìn)劑的大型虛擬空間望遠(yuǎn)鏡、合成孔徑雷達(dá)對地觀測、地球磁場持續(xù)監(jiān)測以及其他分布式衛(wèi)星系統(tǒng)的需求。
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