http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-09-25
人机交互新时代 最前沿科技的生活应用(图)
还在用手指在iPad上切西瓜吗？已经OUT啦，在新的人机交互时代，只要对着屏幕在空中挥挥手，切菜、打球这些游戏轻松搞定，还可以锻炼身体，如果再加上几个跳跃，就可以驾驶一艘快艇穿越激流险滩，享受冒险的乐趣……
最前沿科技的生活应用
未来之家的入口，这些植物采用了RFID芯片，可以提醒主人需要多少光照和水分
这张桌布可以让孩子们一起玩游戏
卧室一样是充满高科技的浪漫色彩，墙纸可以随时更换，时间、天气等各种信息随处可取
未来的厨房，操作台是计算机，可以一步步教你如何做菜，你可以随时查看配料等各种信息
看似普通的玻璃窗，当你走近时，一幅幅山水画或奇幻的景观缓缓变换，延伸你的视野，连同客厅的一面墙变成大自然的一个角落；如果不想看这些图像，可以两手做拉拢窗帘的动作，两幅窗帘会缓缓合上盖住这些景象，当你离开时，窗户玻璃还原本来的透明本色，一切都像没有发生过。
厨房里，通过投影到操作台的桌面，可以看到图文并茂的菜谱供你选择，点击喜欢的菜图标，操作流程一目了然。正在做菜的时候，如果有电话打来，桌面上会有提示，可以随时接听电话。
这一切都发生在未来之家，它是位于微软雷德蒙总部园区的一座特殊的房子，由客厅、厨房、起居室、餐厅等组成，各种未来的计算技术遍布于房间的各处。在这里，你看不到电脑，而电脑却无处不在——在桌面、墙壁、植物，甚至装饰画上。你可以用手操控计算机，也可以用声音和电脑对话。未来之家想传达的理念是：在未来的世界，我们可以与计算机以更加自然的方式交互，计算机可以让我们随时获知信息，帮助我们更好地做出决定，各种终端和显示设备可以与我们生活的环境无缝结合……
未来之家的历史要追溯到1994年9月，在微软全球研究与战略执行官克瑞格·蒙迪(Craig Mundie)的主持下建成。它的设计初衷是探索未来5到10年最前沿的科技在现实生活中的应用。不过，17年里科技行业已经发生了翻天覆地的变化，未来之家也在不断地“升级换代”，不断探索各种概念性技术。
通过未来之家最前沿科技在生活中的应用，我们看到的是微软Kinect技术引发的创新。从PC开始普及时算起， 20多年来，人们与电脑间的对话主要是通过鼠标、键盘进行，并日渐渴望摆脱鼠标、键盘的束缚，靠声音、手势指挥电脑。
微软Kinect开创的新的人机对话方式，就试图引领一场消费电子革命——Kinect被吉尼斯世界纪录组织称为史上销售最快的电子消费产品：“从去年11月4日至今年1月3日，在60天中，微软共售出800万台Kinect，平均每日售出133333台。”这个数字超过了苹果公司iPhone和iPad产品发布后的同期销售量。与任天堂推出的Wii相比，Kinect带来的体感操控意味着游戏业一个新时代的开始。Kinect有句广告语——“You are the controller”(你就是遥控器)，而这一直是游戏迷们的梦想。
“Kinect提供了一系列新技术，诸如深度传感、骨骼追踪、语音和人体识别等，组成新的人机界面的基础。而它的应用，不仅仅是游戏。”微软全球资深副总裁张亚勤对本报记者表示，Kinect先用到游戏上面，只是一个很小的应用，以后它会被用到各种不同的设备上面，包括windows的电脑、电视、手机，这只是自然用户界面的开始。
成为创新的一分子
6月，微软向全球开发者、学术研究者和发烧友群体发布免费的基于Windows的Kinect软件开发工具包，希望开发者借助Windows 7平台，利用Kinect技术，创造在深度感应、人体运动跟踪以及语音和物体识别等领域的全新体验。
在SDK工具包发布前一天，微软研究院雷蒙德总部举行了一次别开生面的活动。
50位代码发烧友们通过SDK工具包在紧张的24小时内，发挥自己的想象力和创造力，开发各种异想天开的应用。有三位研究员通过SDK制作出一架可以用身体进行控制的飞行器。他们在控制飞行器的时候，看起来就像气功大师在远处运功，让该装置悬浮起来一样。微软专家Joshua Blake团队开发的应用则可以帮助人们通过姿势和语言来指挥一个管弦乐队。
同时，微软亚洲研究院在中国高校学生中启动了Kinect Pioneer项目，全国8所院校的25支队伍积极参与了该项目，所产生的创意作品涵盖了教学、商务、历史、文化等多个领域。
爱好者们拿到了Kinect SDK工具包中驱动程序、用于获取原始传感器数据流的大量API、自然用户界面、安装程序文件及其他资源。这些信息能够允许他们在Kinect传感器产生的底层数据流的基础上进行开发。这套SDK能够跟踪在Kinect视野中移动的一到两名玩家的骨骼影像，这样就可以构建身体姿势如何控制电脑。当然，先进的噪音抑制、回声消除以及用于识别当前声源的波束形成技术，也是不可缺少的。
8月，这些创意团队汇集微软亚洲研究院，展示他们的成果。西安交通大学蓝可演示了他们的成果“穿越”。这项应用是利用Kinect即时动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音辨识、社群互动等功能，用户可以有三大类体验：建立三维城市、换装、社交。利用Kicnet三维建模功能建造自己向往朝代的城市。程序中提供各朝代的典型建筑、房间摆设等，用户只需用手势拖动这些建筑便可得到一个三维的城市。
“我们提供真人和卡通模式的用户装扮功能，你选择喜欢的衣服、饰品、发型和妆容，便可看到自己大摇大摆地走在千年前街上。”蓝可说，利用Kinect的社群互动功能，“穿越”能让用户与MSN或其他平台的好友共同体验自己的城市，多个用户也能在同一城市中出现，通过动作和语音交流。
蓝可对此进行了演示，他对着摄像头，电脑中一古代书生翩翩而至，蓝可向前伸出右臂，书生则向前移动，向前伸出左臂，书生则向后移动，“我们想让用户在娱乐的同时领略不同朝代的建筑和服饰文化。”
西安电子科技大学团队将国粹戏剧“脸谱”与Kinect技术相结合，搭建了一个让戏曲爱好者享受虚拟演唱体验的平台。用户可以用手势来选择自己喜爱的角色脸谱，生旦净末丑，一应俱全，用户可以对着屏幕表演热爱的曲目并进行录像。
中山大学的团队则针对网上购物建立了虚拟网络试衣间。该应用通过Kinect 3D捕捉技术识别出买家的人体部位后，再通过客户端联网获取卖家的产品信息，对应地在视频中给用户“穿衣戴帽”，还可以随意变换位置和角度，全方位感受服装的上身效果。
[电脑报]
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人与机器人：人机嫁接技术或把人类引向永生
人与机器人
由日本Kokoro公司研发的Actroid-DER机器人可供出租，在企业活动中担任颇具未来感的代言人——大家公认这一角色不需要什么丰富的性格与内涵。
在美国佛蒙特州参与LifeNaut项目的尼克· 迈耶坐下来与机器头颅“比娜48”进行交谈。汉森机器人技术公司根据LifeNaut项目创始人之一比娜· 罗特布拉特的形象创造出这个健谈的仿人机器人，为的是探索人机嫁接的技术如何把人类引向永生。
我们希望把人类日常职能中的多少下放给机器去执行？它们应该是何模样？
对于机器人的到来，我们有没有做好准备？而它们能满足我们的需求吗？
撰文：克里斯·卡罗尔 CHRIS CARROLL
摄影：马克斯·阿吉莱拉- 黑尔韦格 MAX AGUILERA-HELLWEG
翻译：陈昊
某人向笔记本电脑中键入一条指令，Actroid-DER随即打了个冷战似地挺直身体，一面发出嘶嘶的气流声。压缩空气在硅胶皮肤下流动，触发传动装置，令她抬起手臂，扬起嘴角，露出矜持一笑。她站在固定的平台上，导电的线管从脚踝内连接至脚下的底座。她环视房间，表情泰然自若，然后眨了眨眼睛，把脸转向我。我不禁与她——不，是“ 它”木然的眼光对视。“你不敢相信我是个机器人吧？”她问道，“我看起来就跟人类一样，是不是？”
很遗憾，她那照本宣科式的发言却让我看到她不像人类的一面。由日本Kokoro公司研发的Actroid-DER机器人可供出租，在企业活动中担任颇具未来感的代言人——大家公认这一角色不需要什么丰富的性格与内涵。
然而，尽管对其进行研发花了25万美元的资金，但她那类似抽搐的动作却毫无优雅可言，僵硬的面部表情让她可爱的脸庞多了一抹略带神经质的色彩。而且，说话间隙她就像睡过去了一样，仿佛她身体里除了电流，还摄入了什么更加强劲的药物。
同属Actroid系列的其他性能更先进的机器人忙于在各地科技展上巡演，而这一个却被送到美国匹兹堡的卡内基梅隆大学进行改造，以便让她更似人形，起码该院校娱乐科技中心的五名研究生是抱着这样的愿望。学校给了他们一学期(15周)的时间，让他们把这个女机器人改造得更像个女性，而不是一副机器的模样。他们的第一步行动是，把她重新命名为优米——日语中“梦幻”之意。
“Kokoro公司为她打造出逼真的外表，但仅仅这样还不够。”优米计划负责人之一学生克里斯蒂娜 · 巴恩斯说道，“我们要做的是，把重点从仿真转移到以假乱真。
”Actroid系列属于新一代机器人，科学家设计出这些人工智能产品，为的并不是让它们发挥程序化工业机器的作用，而是让它们成为自主性越来越强的工作者，在我们的家庭、学校和办公室里肩负起原先仅由人类担当的使命。这支先锋部队的带头兵是满地跑着清理地毯的智能吸尘器，以及能够遵照指令坐起、打滚但永远不会弄脏地面的电子宠物。更高级的机器人可能即将诞生，它们将为我们做饭、叠衣，甚至帮着带孩子、照料老人，而我们只需利用电脑远程监控即可。
“五到十年内，机器人将在人类环境中执行日常工作。” 卡内基梅隆大学机器人学教授里德 ·西蒙斯称。
这样的前景引发如潮疑问：我们希望把人类日常职能中的多少下放给机器去执行？它们应该是何模样？我们是希望让优米一样的机器人在厨房里忙活，还是挂在瓷砖上的机械臂干活更利落，而且不会让我们毛骨悚然？机器人革命将对人类之间的沟通方式产生怎样的改变？日本研发了一只惹人喜爱的机器小海豹，用于在老人院中提供娱乐消遣，但却招来多方非议，说它会导致老人们拒绝与外界交流。人们对未来的保姆机器人也表达了类似的担忧。自然，对于时刻向人类敞开胸怀的性爱机器人，科学家的研发进程也踌躇不前。去年，新泽西州一家公司推出一种会说话、有触觉的机器人“伴侣”，导致人们有可能在另一种人类行为上也与他人隔绝。
简而言之：对于机器人的到来，我们有没有做好准备？而它们能满足我们的需求吗？
此外机器人还要应付人类无常的天性
五到十年内，机器人将在人类环境中执行日常工作
机器人打造出逼真的外表，但仅仅这样还不够
机器人革命将对人类之间的沟通方式产生怎样的改变？日本研发了一只惹人喜爱的机器小海豹，用于在老人院中提供娱乐消遣，但却招来多方非议，说它会导致老人们拒绝与外界交流。
对于时刻向人类敞开胸怀的性爱机器人，科学家的研发进程也踌躇不前。
从娱乐科技中心往山上走大约一公里处有座建筑，HERB正静坐其中，陷入冥想。“HERB”是“家庭探索机器人管家”(Home Exploring RoboticButler)的英文首字母缩写，由卡内基梅隆大学与英特尔匹兹堡实验室合作研发，是服务型机器人的样本机，或许在不久的将来即可担当照料老人和残疾人的职责。HERB一副家用电器的模样，以轮为腿，身体由多台电脑组成。但与外表靓丽的优米不同的是，HERB有着与人类更加接近的精神世界，如今它正通过在“脑”中浏览各种假定场景来处理内存中的各种物体图像，从而改善性能，浏览速度可达每秒上万幅。
“我把这种行为称作梦游，”HERB之父——卡内基梅隆大学机器人学院教授西达尔塔 · 斯里尼瓦萨说，“这样解释有助于人们直观地理解，机器人实际上是在设想自己正从事某种行为。”
传统意义上的机器人，比如对车架进行点焊的机械装置，在设定程序以后可完成一系列精准度高的任务，但严格限于特定的环境中。在人类空间里活动时，HERB这样的机器人需要对陌生物体进行感知与处理，还要避免与同样处于活动状态的人类相撞。HERB的感知系统由一个摄像头和一台装在机械臂上的激光导航仪构成。(“我们倾向于把HERB想象成男性的‘他’，”斯里尼瓦萨说，“可能因为大多数管家都是男性，而且他看着也挺壮实的。”)与工业上使用的液压机械臂不同，HERB的手臂是由线缆构成的压力传感系统驱动的，这些线缆类似于人类的肌腱。要想让机器人搀扶鳏寡老人上卫生间，而不至于把老人家直接抛射进去，这样的系统便必不可少。
实验室里，斯里尼瓦萨的一名学生轻叩按钮，向HERB发出指令，命他从旁边桌子上拿起一盒果汁。HREB用激光扫描四周环境，建起三维网格对周围的人和物进行定位，然后用摄像头锁定某个可能是目标果汁盒的物体。他缓慢伸出手臂，抓住果汁盒，同时保持盒口向上。然后，他又奉命把盒子轻轻放下。对于不具备相关背景知识的人们来说，HERB的表现看起来似乎不足称道。“我展示给母亲看的时候，”斯里尼瓦萨说，“她无法理解为什么HERB拿个杯子还得想半天。”
问题不在于HERB，而在于他的前辈——人类。拿起饮料对人类来说实在是不费吹灰之力，因为他们的大脑经过数百万年进化，为的就是协调此类行动。对于专为这种动作设计的工业机器人来说，此举也是小菜一碟，但HERB这样的社交机器人与常规工业机器人之间的区别在于，他知道自己面对的物体是果汁盒，而不是茶杯或奶瓶，对于不同物品他会区别对待。HERB理解这些事物的过程涉及到大量的数学运算与计算机科学，概括来说就是，“摄取信息，然后根据他对世界的已有认识对这些信息进行智能化处理”，斯里尼瓦萨解释道。
当HERB初次面对一样新物品时，之前学到的规则便会对他的压敏手臂发出讯号：该物体有把手吗？会不会打碎或泼溅？斯里尼瓦萨根据自己对人类行为的研究来为HERB的抓握动作编程。比如，他在酒吧里观察到调酒师用一种反直觉的花式手法抓住酒瓶倒酒，于是他把这一动作简化成一套算法，如今HERB已掌握这种招式。
当然，HERB正在学习应对的世界是人工控制下的实验室环境，要想让他在真实的人类空间中发挥功用，其难度要大得多。HERB有个类似自行车的电喇叭，靠近人类时他会鸣笛示意。如果房间里拥挤繁忙，他就会采取最安全的措施——站在原地，朝大家鸣喇叭。
这种策略在实验室里可以奏效，但若是在办公室里就不行了。人类能够无意识地对各种动作进行分析应对——我们知道如何在行进中避开某人，以及在侵犯他人私人空间时有所感知。卡内基梅隆大学及其他机构的研究成果表明，人类希望社交机器人遵循同样的行为法则。如果他们不这么做，或者犯下愚蠢的错误，人类便会产生不快情绪。卡内基梅隆大学正在研发的另一遥控机器人Snackbot在计算机学院向人们出售零食，有时它会十分恼人地给错食物或者找错钱，但如果它预先告知人们自己可能会犯错，或者闯祸以后道个歉，人们会更容易原谅它。
此外它还要应付人类无常的天性。“有人从机器人那里偷零食，”Snackbot的一名研发人员说，“被我们用监视器拍到了。”
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