第十一讲混合智能.docx

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1、第十一讲混合智能教学内容：本章主要学习混合智能概念，混合智能技术，混合智能对人类的影响。教学重点：混合智能概念与类型、脑机接口技术。教学难点：脑机接口技术。教学方法：课堂教学为主，结合智慧树等在线平台实时提问、收集学生学习情况，充分利用网络课程中的多媒体、视频素材来表示混合智能技术原理。讨论5分钟。课后布置作业,要求学生查找、阅读与混合智能有关的论文资料等。学习慕课第十章混合智能并完成章节测试。教学要求：重点掌握混合智能概念及相关技术，脑机接口概念与实现原理，可穿戴技术、机械外骨骼技术。课程思政内容：北京大学、浙江大学、中科院、天津大学等多家研究机构和单位在脑机接口及其应用方面处于世界前列。混

2、合智能技术也是中国实现未来在人工智能领域领先世界的重要方向。学习目标：1 .理解混合智能的概念和基本形态；2 .理解脑机接口工作原理，以及侵入式和非侵入式脑机接口的主要实现方式；3 .理解可穿戴混合智能和可植入混合智能；4 .了解外骨骼混合智能的驱动、结构和控制技术；5 .了解人体增强的方式和动物混合智能这种新的人工智能型态。学习导言尽管一些特定领域的人工智能系统如DeepMind的AlphaGoUBM的“深蓝”和“沃森”超级计算机等依赖强大的计算能力在挑战人类智力方面取得了巨大进步,但这些系统还无法通过自身思考得到更高层次的智能,它们与具有高度自主学习能力的通用人工智能依然存在着差距。当前的

3、人工智能系统在不同层次都依赖大量的样本训练完成“有监督的学习”，而真正的通用智能会在经验和知识积累的基础上灵巧地“无监督学习”。大多数人工智能系统都是建立在特定问题上，暂时没有办法得到一个统一、通用的架构。有必要将人类的认知能力或人类认知模型引入人工智能系统中，来开发新形式的人工智能，这就是“混合智能”。在国家新一代人工智能发展规划部署的5个重要方向就包括了“人机协同的混合增强智能”。本章介绍以脑机接口技术、可穿戴技术以及机械外骨骼技术为主的人机混合智能。通过本章学习，形成对混合智能的初步认识。11.1 混合智能基本形态混合智能（CybOrglntelligenCe,CD,顾名思义，就是人或动

4、物智能与机器智能通过一定方式或者在不同层次的混合形成的智能形态。由于生物智能与机器智能混合的层次、方式、功能多种多样，因此混合智能形态也多种多样。混合智能的形态分类方式混合智能形态智能混合方式增强型替代型补偿型功能增强方式感知增强认知增强行为增强信息耦合方式可穿戴人机协同脑机接口脑机一体11.2 脑机接口脑机接口（Brain-ComPUterInterface,BCD技术是一种研究人脑思维机制与外界环境进行信息交换的技术,通过分析大脑皮层或头皮的脑电信号与外部电子设备或计算机直接通讯，而不依赖于人的正常神经系统和肌肉组织。BCl技术为实现混合智能形态提供了必要的接口与互联手段。一般而言，一个B

5、CI系统一般由输入、输出和信号处理及转换等功能环节组成。整个BCI系统如图10.3所示，首先采集设备从大脑皮层采集脑电信号，然后经过放大、滤波等处理环节转换为可以方便读取的信号，对信号利用机器学习方法提取特征，并对特征信号进行模式分类，最后转化为控制外部设备的具体指令，实现意念控制。1）植入式微阵列电极侵入式脑机接口一般采用植入式微阵列电极，如同一个微型钉板（图10.6）,通过阵列上的每个微电极记录单个神经元的信号。记录下来的神经信号将传送给“解码器”，它能够识别神经元的放电模式，然后其编译为相应的运动指令，从而驱动机械臂或光标完成运动。这种“读取式”脑机接口可以帮助到许多因生病而行动不便的人

6、，比如脊髓损伤的患者。2）非侵入式脑机接口通常采用电极帽采集被试者的脑电信号，微弱的脑电信号在通过放大器后以波形的方式显示到终端。非侵入式脑机接口就是利用EEG信号实现对外部设备的控制，通过分析EEG信号，得出被试的思想意图信息，传达相应的控制命令给外界设备。11.3 可穿戴混合智能可穿戴混合智能是指利用芯片和传感器等技术，测量体外某些部分信号，进而实现人机交互等混合智能。其核心技术包括片上系统（SOC）和专用芯片，集多种功能于一个芯片的系统。可穿戴技术包涵两个维度:感知与运用。通过各种类型的传感器,实现对不同人体信号、环境参数的采集，在此基础上对相应的数据进行分析，利用智能技术结合应用场景，

7、开发和拓展相关的应用，实现从“知”到“能”的转化。感知方面，新型传感技术的发展可以以各种适宜的形态，实现各类数据、信息的采集，例如电子织物、眼动监测、生理参数传感器等；运用层面，新型人工智能及机器学习方法、大数据分析技术的出现，将抽象的、多维度的数据进行汇总分析，可以挖掘出无限种的可能性。11.4 外骨骼混合智能外骨骼（EXOSkeIeton）这一名词来源于生物学，其概念是指为生物提供保护和支持的坚硬的外部结构，例如包括甲壳类和昆虫等节肢动物的外骨骼，主要由矿化的胶原纤维（一种蛋白质）组成。外骨骼体制的优越性在于支撑、运动、防护三项功能紧密结合。外骨骼机器人（ExoskeletonRobot）

8、实质上是一种可穿戴机器人，即穿戴在操作者身体外部的一种机械机构，同时又融合了传感、控制、信息耦合、移动计算等机器人技术，在为操作者提供了诸如保护、身体支撑等功能的基础上，还能够在操作者的控制下完成一定的功能和任务。近年来对外骨骼机器人的研究引起了许多科研人员的注意，并在单兵军事作战装备、辅助医疗设备、助力机构等领域获得了广泛的应用。在军事领域，外骨骼由于能够有效提高单兵作战能力，因而具有很大的吸引力。11.5 人体增强1）机能增强除了药物和基因工程技术之外，还有一些实际的装置可以在不久的将来用于人类增强,这些装置正在通过新兴的跨学科科学领域提出。动力外骨骼增强技术可以为人体的各个部分提供功能增

9、强，可用于增加佩戴者的实力、耐力和敏捷性。2）神经增强利用大脑神经芯片、神经细胞核学和神经生物学设备通过与神经系统相互作用，实现神经增强。比如用人工视网膜和仿生眼睛，使正常人类视力得到增强或者盲人恢复视力；机器整合到生物体中，用人为的可植入的信息处理系统替代损坏的脑区域；脑机接口可以让大脑直接控制计算机；由神经学家开发的多功能超感官传感器（VEST）能够检测声波，并将其转换为微弱的振动，它允许聋人以全新的方式感受声音；一种仿生镜片据称能够让人类实现超常视力甚至让盲人恢夏视力，可通过简单手术植入眼球内。3）记忆力增强人们的记忆能力各有不同。虽然搜索引擎技术可以帮助人类辅助记忆，但是对于患有轻度痴呆症状人帮助有限。一些记忆辅助技术可以帮助这类人群管理任务和事件。一些记忆辅助设备能够分析可穿戴监测器的数据,使用传感器数据或根据医生的指令向病人提供个性化提醒服务，如何时服药、何时进行物理治疗，甚至帮助个人追踪容易放错的物品。