80年代中后期興起的這種新的人工智能研究思路,有人把它稱為“自主Agent研究” (Autonomous Agent Research),也有人稱之為“基于行為的AI”或“自下而上的AI”,以區(qū)別于經(jīng)典的“基于知識的AI”,或“自上而下的AI”。也就是在這時,蘭頓發(fā)起了首屆人工生命的國際研討會,宣布一門新的學(xué)科:人工生命的誕生。蘭頓認(rèn)為,人工生命的最終目標(biāo)是建立具有智能的人工生命。但人工生命不是直接走向智能,而是先從研究低層生命開始。某種低層生命構(gòu)件的存在提示我們尋找解決智能問題的新方法,從而有計劃有邏輯地取代其它方法??梢钥闯?,蘭頓的感覺和威爾遜、布魯克斯等人通過對相對簡單的生物行為進(jìn)行研究使機(jī)器人先具有低層次的智能的思想極為相似。正由于此,基于行為的人工智能研究與人工生命融合在一起,成為人工生命的一個重要組成部分。它們相互補(bǔ)充,相互推動:一方面,人工生命為基于行為的AI在科學(xué)上的合法性提供了一個新的理論基礎(chǔ)和廣闊的活動空間;另一方面,基于行為的AI也豐富了人工生命的研究,成為人工生命的一個重要組成部分。
三、自主機(jī)器人的包容結(jié)構(gòu)
由于傳統(tǒng)人工智能集中在“推理”上,所以,在建造機(jī)器人時,采取的是“感覺-建模-計劃-行動”(sense-model-plan-act)框架。正如前面所說,早期的機(jī)器人都被放置在簡單的人工世界中,它們感覺這個世界,然后思考它,努力建立關(guān)于這個世界的二維或三維的模型。接著,它們根據(jù)這些模型做出計劃,并通過這種計劃使機(jī)器人產(chǎn)生獲得特定目標(biāo)的行為。
但布魯克斯認(rèn)為,機(jī)器人從感覺到行動完全不必如此復(fù)雜,只需要兩個步驟就可以:即感覺,然后行動。機(jī)器人感覺到某種東西,然后對這種感覺做出反應(yīng),完全沒有必要有“構(gòu)建模型”和“做出計劃”兩步。如何把這種思想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)呢?布魯克斯把機(jī)器人的不同行為看作是緊密交織在一起的類似模塊化的東西。機(jī)器人在給定時刻根據(jù)它的感官接受的信息的不同,選擇適當(dāng)?shù)男袨?。本質(zhì)上,機(jī)器人的行為類似一個巨大的有限狀態(tài)自動機(jī)。關(guān)于機(jī)器人的環(huán)境和當(dāng)前狀態(tài)的信息將根據(jù)規(guī)則得到處理,這些規(guī)則并行地運(yùn)行,而機(jī)器人的行為則從這些運(yùn)行可能導(dǎo)致的一系列持續(xù)的活動中突現(xiàn)出來。
布魯克斯認(rèn)為,運(yùn)用這些新的觀念,新的機(jī)器人可以放棄傳統(tǒng)人工智能范式所要求的那些復(fù)雜的計劃、映射(mapping)和認(rèn)知等內(nèi)容。新的機(jī)器人具有許多在適當(dāng)時候能夠觸發(fā)其行為的模塊層。模塊層的最頂端的行為模塊可能是“探索”(explore)模塊;靠它下面的是“行走”模塊;接著可能是一組更低層次的由腿部感官輸入決定的行為。與傳統(tǒng)的自上而下的運(yùn)作不同,布魯克斯的機(jī)器人從最低層開始向上活動。
由于這些過程允許一種行為包容控制另外一種行為,比如,利用低層次的行為讓機(jī)器人應(yīng)付外部世界,利用高層行為讓機(jī)器人尋求目標(biāo),因此,布魯克斯把他的理論框架稱之為“包容結(jié)構(gòu)”。包容結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)人工智能的中心控制模式完全不同,具有如下幾個特點(diǎn):(1)沒有關(guān)于外部世界的中心模型的位置;(2)機(jī)器人的知覺、中心處理和制動系統(tǒng)緊密聯(lián)系在一起;(3)通過在已有的網(wǎng)絡(luò)中增加新的更多的行為網(wǎng)絡(luò),可以增強(qiáng)系統(tǒng)的能力;(3)層次與層次之間沒有高低之分;(4)各種行為并行起作用。布魯克斯認(rèn)為,這種包容結(jié)構(gòu)可以避免傳統(tǒng)人工智能研究框架的認(rèn)知瓶頸,并且可以利用它建造能夠突現(xiàn)出復(fù)雜結(jié)構(gòu)的行為。他相信,利用這種包容結(jié)構(gòu),就不會有任何障礙阻止我們建造越來越聰明的機(jī)器人,包括人類水平的智力。
四、艾倫、赫伯特和根格斯
布魯克斯以及他的實(shí)驗(yàn)室的研究人員利用這種包容結(jié)構(gòu)設(shè)計了多個機(jī)器人,其中最早的是“艾倫”(Allen)。不過,艾倫最初的成功卻主要是通過計算機(jī)模擬而不是通過實(shí)際的機(jī)器人制造。艾倫共有三個行為層。第一層用于避開障礙物,第二層用于隨機(jī)游動,第三層用于朝遠(yuǎn)距離移動。艾倫可以沿著墻走,可以識別門口,但由于它的程序是在LISP機(jī)器上運(yùn)行的,所以,艾倫并沒有成為完全自主的機(jī)器人。
利用布魯克斯的包容結(jié)構(gòu)制造的第二個機(jī)器人叫做“赫伯特”(Herbert)(根據(jù)人工智能的先驅(qū)Herbert Simon的名字命名)。赫伯特的包容結(jié)構(gòu)由24個松散連接的8比特處理器運(yùn)行。赫伯特裝配有30個幫助它躲避障礙物的紅外線感應(yīng)器。它依靠一個以激光為基礎(chǔ)的視覺系統(tǒng)辨別物體。它還有一只用于抓東西的機(jī)械手。赫伯特可以根據(jù)它從感應(yīng)器獲得的信息在實(shí)驗(yàn)室中走動,可以沿著墻走,可以躲避障礙物,也可以從地上撿起蘇打罐。