情感机器人的十四、技术设计方案

真正意义的情感机器人不是简单地、机械地、表面地模拟人的某些情感表达和情感识别，而是具有与人类相同的情感思维，情感机器人制造的主要通过如下技术线路来完成。

（一）建立认知数据库。

主要研究内容：认知数据库可分为形象数据库与抽象数据库，其中，形象数据库主要包括各种事物的尺寸、形状、颜色、气味、声音、相对位置、运动特性等特性参数；抽象数据库主要包括各种事物的语言（或概念、理论观点与思想体系）、文字、符号等特性参数，还各种事物之间相互关系（时间关系、空间关系、隶属关系、逻辑关系、价值关系等）的语言、文字、符号等特性参数。认知数据库是一个非常复杂的、动态的、多层次的、网状式的程序系统。

研究目标：编制认知数据库软件

（二）建立价值观数据库

主要研究内容：人对于所有客观事物的价值率的认识值（主观反映值）可以组成一个复杂的价值观数据库。价值观数据库是在认知数据库的基础之上，增加一个特性参数（即事物对于主体的价值率），就组成了价值观数据库。由于事物与其它事物之间的相互关系（时间关系、空间关系、隶属关系、逻辑关系）本身也是一种事物，因此价值观数据库还包括对于不同事物之间相互关系价值率的认知。价值观数据库是一个非常复杂的、动态的、多层次的、网状式的程序系统。

研究目标：编制价值观数据库软件

（三）建立情感数据库

主要研究内容：人对于所有客观事物的价值率高差的认识值（主观反映值）可以组成一个复杂的情感数据库。情感数据库是在价值观数据库的基础之上，增加一个特性参数（即事物的价值率高差），就组成了情感数据库。由于事物与其它事物之间的相互关系（时间关系、空间关系、隶属关系、逻辑关系及价值关系）本身也是一种事物，因此情感数据库包括对于不同事物之间相互关系相对于主体自身的价值率高差的认知。情感数据库是一个非常复杂的、动态的、多层次的、网状式的程序系统。

研究目标：编制情感数据库软件

（四）建立意志数据库

主要研究内容：人对于所有自身行为的价值率高差的认识值（主观反映值）可以组成一个复杂的意志数据库。人的行为可分为四个基本层次：超复杂行为、复杂行为、简单行为、本能行为，其中，超复杂行为是由众多复杂行为有机地组合而成，复杂行为是由众多简单行为有机地组合而成，简单行为是由众多本能行为有机地组合而成。任何行为的价值率高差完全取决于这一行为的实施直接或间接所导致的相关事物的价值率高差的变化值。由于人自身的各种行为活动之间的联系是复杂多变的，而且自身行为活动的价值率高差也是不断变化的特性参数，因此意志数据库也是一个非常复杂的、动态的、多层次的、网状式的程序系统。

研究目标：编制意志数据库软件

（五）建立情感识别系统

主要研究内容：机器人针对他人的不同模式的面部表情、语言声调表情与身体姿态表情所表达的价值内容进行分析和识别。

研究目标：编制情感识别软件、制作相关的情感识别硬件。

（六）建立情感表达系统

主要研究内容：根据不同模式的面部表情、语言声调表情与身体姿态表情，机器人向他人展示自身的价值需要。

研究目标：编制情感表达软件、制作相关的情感表达硬件。

（七）建立情感计算系统（即情感思维系统）

主要研究内容：情感计算（即情感思维）的客观本质就是价值计算（即价值思维）。机器人针对已经所认识事物进行分析与归纳，并对其价值率高差（或情感强度）进行计算，由此得到新事物的价值率高差（或情感强度）；或者，机器人针对已经所认识事物的变化情况进行分析与归纳，并对其价值率高差的变化（或情感强度的变化）进行计算，由此得到旧事物新的价值率高差（或新的情感强度）。

研究目标：编制情感计算软件、制作相关的情感计算硬件。

（八）建立意志计算系统（即行为设计系统）

主要研究内容：确立价值目标（根据自身生存与发展的需要，计算各种价值目标的意志强度），设计整体方案（按照最大价值率法则，把超复杂行为分解为若干个复杂行为，计算出该超复杂行为的意志强度），制定实施细则（按照最大价值率法则，把复杂行为分解为若干个简单行为，计算出该复杂行为的意志强度），落实具体行为（按照最大价值率法则，把简单行为分解为若干个本能行为，计算出该简单行为的意志强度），将上述各个层次的意志强度“指数还原”为相应的行为价值率高差。

研究目标：编制意志计算软件、制作相关的意志计算硬件。

（九）建立行为实施系统（意志表达系统）

主要研究内容：发展和完善机器人的运动系统，并且使机器人能够以其“注意点”（即鼠标）为引导主线，选择具有最大价值率的价值目标进行激发；在价值目的的引导下，机器人选择具有最大价值率的整体方案进行激发；在整体方案的引导下，机器人选择具有最大价值率的实施细则进行激发；在实施细则的引导下，机器人选择具有最大价值率的具体行为进行激发；在具体行为的引导下，机器人选择具有最大价值率的本能行为进行激发。

研究目标：编制意志表达软件、制作相关的意志表达硬件（或行为实施硬件）。

情感的产生与运行是一个非常复杂的过程，情感机器人的研发必须建立在科学的情感理论的基础之上，才是现实的，没有一个全新的科学的情感理论作指导，要研发真正意义上的情感机器人是不可能的。这种全新的情感理论必须突破心理学的局限，也必须突破社会科学的局限，成为一门独立的、横跨自然科学与社会科学的交叉性科学理论，其根本目的在于：情感数字化。这种全新的情感理论就是“数理情感学”，它以“统一价值论”为理论前提，采用数理逻辑方法分析情感现象与情感规律的科学。

归纳起来，“统一价值论”与“数理情感学”主要通过如下步骤共同完成情感机器人的理论框架。

1、实现不同价值的统一度量

①改造物理学的“耗散结构论”，从物理学角度定义“价值”概念（即广义有序化能量），使价值理论建立在自然科学的基础之上；②实现生活资料使用价值的统一度量；然后，实现劳动价值的统一度量；③实现生产资料使用价值的统一度量。这样一来，所有价值都有着统一、明确而稳定的度量标准或度量尺度：能量尺度（焦耳）。

2、推导得出“广义价值规律”

①由“最大有序化法则”推导出“最大价值率法则”（价值率就是单位时间内产出价值与投入价值的比值，在经济领域，价值率就是利润率）； ②由“最大价值率法则” 推导出“选择倾向性法则”或“中值价值率法则”； ③由“中值价值率法则” 推导出“广义价值规律”。广义价值规律的基本内涵就是：事物的价值率不断趋近于主体的中值价值率。或者说，事物的价值率高差（即事物的价值率与主体的中值价值率之差）不断趋于零。

3、认知情感与意志的哲学本质

①知（认知）、情（情感）、意（意志）是人类心理活动的三种基本形式，分别是对事实关系、价值关系和自身行为关系的一种主观反映；②价值关系是一种特殊的事实关系，自身行为关系是一种特殊的价值关系，因此，情感是一种特殊的认知，意志又是一种特殊的情感； ③认知主要是关于“是如何”的认识，情感主要是关于“应如何”的认识，意志主要是关于“怎么办”的认识；④情感以认知为基础，认知以情感为导向，意志以情感为基础，情感以意志为导向。

4、建立情感的数学模型

①情感与价值观的哲学本质都是“人脑对于事物价值特性的一种主观反映”，其中，情感是对事物价值特性的间接性和相对性反映，而价值观是对事物价值特性的直接性和绝对性反映；②价值观的客观目的在于识别“事物的价值率”，可以采用所有不同事物的价值率所组成的数学矩阵来描述一个人的价值观系统（即W={ωi×j}m×n）；③情感的客观目的在于识别“事物的价值率高差”，可以采用所有不同事物的价值率高差所组成的数学矩阵来描述一个人的情感系统（即M={μi×j}m×n）；④情感矩阵与相应的作用系数矩阵一起，可以进行交集运算与并集运算；⑤情感系统中的每个情感元素又可以由若干个情感子元素所组成的情感矩阵来构成，从而构成二维和多维的情感矩阵。

5、建立意志的数学模型

①意志的哲学本质都是“人脑对于自身行为价值特性的一种主观反映”；②意志的客观目的在于识别和处理“自身行为的价值率”，可以采用所有不同行为方式的价值率高差所组成的数学矩阵来描述一个人的意志系统（即X={xi×j}m×n）；③意志矩阵与相应的作用系数矩阵一起，可以进行交集运算与并集运算；④意志系统中的每个意志元素又可以由若干个意志子元素所组成的意志矩阵来构成，从而构成二维和多维的意志矩阵，即超复杂行为的意志由若干复杂行为的意志矩阵所组成，复杂行为的意志又由若干简单行为的意志矩阵所组成，简单行为的意志由若干本能行为的意志矩阵所组成。

6、阐述情感运行的内在逻辑程序

情感表达的逻辑程序大致是：接收事物的刺激信号，提取该事物的价值观，比较人自身的中值价值率，确定情感的强度与方向，选择情感表达模式，接收和处理情感表达所产生的反馈信号；②情感识别的逻辑程序大致是：接收事物的刺激信号，检测和提取特征参数，比较情感模式，产生情感反映，存储情感信息到情感矩阵之中；③情感计算的逻辑程序大致是：将事物的价值率高差“对数转换”为情感强度，对情感强度进行交集、并集运算，产生新的情感强度，将情感强度“指数还原”为新事物的价值率高差；④情感修正的逻辑程序大致是：人通过感觉与思维，了解到某事物的实际价值率高差，与大脑中情感矩阵所记忆该事物的主观价值率高差，存在一定的差异，人就会修正对于该事物的情感强度。

7、阐述意志运行的内在逻辑程序

①意志表达（即行为实施）的逻辑程序大致是：接收某种价值目标事物的刺激信号，提取能够最有效实现该价值目标的多种相关行为的主观价值率（即行为价值观），比较自身的中值价值率，确定多种相关行为的意志强度与意志方向，选取具有最大意志强度的相关行为，并组织实施该相关行为。②意志计算（即行为设计）的逻辑程序大致是：确立价值目标（根据自身生存与发展的需要），设计整体方案（按照最大价值率法则，把超复杂行为分解为若干个复杂行为，并通过意志的并集运算与交集运算，计算出该超复杂行为的意志强度），制定实施细则（按照最大价值率法则，把复杂行为分解为若干个简单行为，并通过意志的并集运算与交集运算，计算出该复杂行为的意志强度），落实具体行为（按照最大价值率法则，把简单行为分解为若干个本能行为，并通过意志的并集运算与交集运算，计算出该简单行为的意志强度），将上述各个层次的意志强度“指数还原”为相应的行为价值率高差。③意志修正的逻辑程序大致是：人通过感觉与思维，了解到某行为的实际价值率高差，与大脑中意志矩阵所记忆该行为的主观价值率高差，存在一定的差异，人就会修正对于该事物的意志强度。

8、设立情感与意志的调控机制

①建立各种情感模式与价值变化的对应关系，并根据实际需要，设置与调控各种情感模式；②推导出“情感强度第一定律”（即情感强度与事物的价值率高差的对数成正比，μ=Kmlog（1+ΔP）），并根据实际需要，设置与调控情感的强度系数；③对情感“八大动力特性”（强度性、稳定性、细致性、层次性、效能性、周期性、时序性与差异性）进行精确定义，并根据实际需要，设置与调控情感的动力特性；④对意志的“八大动力特性”进行精确定义，并根据实际需要，设置与调控意志的动力特性。情感调控的客观目的就是为了使情感的动力特性与主体所处的价值关系的变化特性相适应。意志调控的客观目的就是为了使意志的动力特性与主体各种行为价值关系的变化特性相适应。

1、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”，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。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。

2、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。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。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。

3、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。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。

4、信息革命序幕的正式拉开

总之，计算机的出现揭开了人类社会第三次伟大浪潮——信息革命的序幕，情感机器人的出现将把这次伟大浪潮推向一个全新的发展阶段。在未来几十年，情感机器人或情感电脑也必将成为一个具有勃勃生机的朝阳产业，具有极为巨大的市场前景。

机器人技术的形成，归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，由于人力的缺乏，战后的汽车工业、机械制造业等迫切需要一种机器人来从事繁重的体力劳动，以提高生产效率，降低人的劳动强度。

机器人技术的发展主要基于两个目的：一是，机器人可以干人不愿意干的事，从而把人从有毒的、有害的、高温的或危险的的环境中解放出来；二是，机器人可以干人不能干的事，许多高强度、高速度、高复杂性、高重复单调性工作，人是无法适应的，一些太空领域、深海领域、恶劣环境领域和微观领域的工作，人也无法适应。机器人有四个发展阶段。

第一代机器人：示教再现型机器人。1947年，为了搬运和处理核燃料，美国橡树岭国家实验室研发了世界上第一台遥控的机器人。1962年美国又研制成功PUMA通用示教再现型机器人，这种机器人通过一个计算机，来控制一个多自由度的一个机械，通过示教存储程序和信息，工作时把信息读取出来，然后发出指令，这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果，再现出这种动作。比方说汽车的点焊机器人，它只要把这个点焊的过程示教完以后，它总是重复这样一种工作。

第二代机器人：感觉型机器人。示教再现型机器人对于外界的环境没有感知，这个操作力的大小，这个工件存在不存在，焊接的好与坏，它并不知道，因此，在20世纪70年代后期，人们开始研究第二代机器人，叫感觉型机器人，这种机器人拥有类似人在某种功能的感觉，如力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉等，它能够通过感觉来感受和识别工件的形状、大小、颜色。

第三代机器人：情感识别与表达型机器人。20世纪90年代各国纷纷提出了“情感计算”、“感性工学”、“人工情感”与“人工心理”等理论，为情感识别与表达型机器人的产生奠定了理论基础。主要的技术成果有：基于图像或视频的人脸表情识别技术，基于情景的情感手势、动作识别与理解技术，表情合成和情感表达方法和理论，情感手势、动作生成算法和模型，基于概率图模型的情感状态理解技术，情感测量和表示技术，情感交互设计和模型等。这种机器人能够比较逼真地模拟人的许多种情感表达方式，能够较为准确地识别几种基本的情感模式。但是，这种机器人没有内在的情感逻辑系统，不能真正地进行情感思维与情感计算。

第四代机器人：情感理解型机器人。经过二十多年的潜心研究，仇德辉创立了“统一价值论”与“数理情感学”，为情感理解型机器人的产生奠定了理论基础。“数理情感学”建立在“统一价值论”的基础之上，揭示了情感的哲学本质就是人脑对于事物价值特性的主观反映，情感的客观目的在于引导人如何正确地识别价值、消费价值、创造价值和表达价值；首次提出了情感可以采用数学矩阵的方式来进行描述，推导出情感强度三大定律，并采用数学的方式来定义和计算情感的八大动力特性；“数理情感学”详细阐述了情感与意志运行的内在逻辑程序以及情感内部逻辑系统的基本结构；等等，基本上解决了情感机器人的主要理论问题，从而揭开了情感机器人真正登上历史舞台的序幕。

情感机器人的价值功能具体体现在： 情感在人的思维活动中占据极为重要的地位，决定和制约着人的行为活动和其它思维活动的基本框架与总体方向，人工情感的全面实现不仅可以使计算机具有友好的、人性化的人机界面，更重要的是能够使机器人或计算机具有更高的信息处理速度与效率，具有独立的决策能力和行为控制能力，具有创造性和开拓性的思维能力。到了那个时候，从纯逻辑的角度来看，人与机器人之间已经没有任何区别了，只有机器体与肉体之间的区别了，人与机器人之间就可以实现全面的融合：一方面，机器人的一些“部件”（包括思维“部件”），可以实现“肉体化”；另一方面，人身上的一些“部件”（包括思维“部件”），可以实现“非肉体化”；第三方面，机器人与人可以进行相互转化。例如，一个人的肉体老化后，可以将其大脑中所有的认知、情感与意志方面的信息提取出来，输入机器人的大脑中暂时“贮存”下来，并由该机器人代为本人继续行使有关的社会职责，等本人的“克隆”体制作完成后，再把机器人的大脑中的有关信息移植到过来。总之，将来的情感机器人与人类可能并没有明显的界限和本质的区别，它们各有所长，各有所短，分别适合于不同的社会生产与社会生活的环境条件，彼此可以相互转换、相互渗透、相互促进。人与机器之间的矛盾与冲突，并不是“你死我活”的、“你争我斗”，而是“和谐同存”、“肝胆相照”、“荣辱与共”、“互利互惠”、“相互尊重”的关系。