身体的智能：序言

对于智能而言身体是不可或缺的，这就是具身性（embodiment）思想。这种思想已有近20年的历史，但是其基本思考方法有了许多变化。近年世界上诸多研究机构及有影响力的企业制作了或正在开发许多一般只在科幻作品里才出现的创造物：超真实的拟人机器人、机器人音乐家、可穿戴式技术、由生物大脑控制的机器人、无大脑控制就可以行走的机器人、现实生活电子人、家庭助老机器人、可以相互进行交流的机器人、自我繁殖的人工细胞以及假想生物成长的仿真基因调控网络等。这个新的科技领域以及随之而来的许多重要的理论性突破，是智能研究的具身性方法的直接结果。沿着这个方向，一些最初模糊的想法已经得到了精确阐释，讨论更加集中深入，形形色色的成果开始形成相互关联的结构。因此，现在正是编撰一部智能理论方面的著作，朝智能理论迈出第一步的良机。

从个人角度来看，我（Rolf已经为非专业人士召开了许多研讨会并进行了演讲，其中许多听众可以以非常直接和自然的方式和我所提出的观点产生共鸣：即我所提出的许多观点和他们自身的兴趣和专业有相当紧密的联系。令许多人感到富有启发的是，我们的研究证明了总是可以以不同的方式看待事物。我们都有很强的偏见，且总是倾向于认为“一定会那样，没有别的方式！”。例如，如果你想构造一个跑得非常快的机器人，就必须有非常快的电子器件；一个收集某种物体的机器人必须要有识别被收集物体的能力。还有，一个六足昆虫的脑中需要一个集中控制程序来协调行走中所有腿的动作。令人惊讶的是，就如我们将看到的那样，所列举的想法中没有一个是正确的。

因此，我觉得，与其写一本和1999年与Christian Scheier共著的Understanding
Intelligence类似的专业教科书，一本可以被广大读者接受的通俗科学读物才是更为合适的。科学与技术已经不再是两个独立的领域。它们与当今社会的团体、政治和社会的各个方面紧密地相互作用。而这种相互作用的效用之一，就是增加了为基础研究提供正当理由的需要。我们深信，不仅仅在人工智能方面，在更具有普遍性的我们如何看待我们自身和周围世界的问题上，我们能提供一个崭新的观点。因此，我们试着用日常熟悉的语言去解释科学的结果和领悟，这就是这本书。

目的与范围

写此书的目的有两个：一方面是探究具身性的启示（身体是如何影响智能的），迈出探究智能理论的第一步，并最终证明这些想法的广泛适用性；另一方面，我们要揭示总是可以以不同的方式看待事物。因此，这本书是理念性的，既面向教育、

商业、信息技术、工程、娱乐、媒体，也面向几乎所有学术领域的不同层次的读者，特别适用于包括心理学、神经系统科学、哲学、语言学和生物学等学科的读者。最后，我们也打算把这本书提供给对技术、技术的未来及其对社会的启示感兴趣的读者使用。对本书的阅读原则上无需特别的专业知识和训练。考虑到读者的情况和在本书的阅读中可能遇到的问题和难点，本书会提供背景知识、实例以及进一步阅读的要点。

本书的理论核心由一组“智能系统设计原理”组成。之所以为我们的理论选择设计原理的形式，是因为这是一种描述一般智能系统的简洁方式，并且能为建立诸如机器人等的人工系统提供方便的指南。事实上建立一个系统是很关键的，因为通过设计并构造智能化人工系统，才能使我们全面理解智能系统。这就是综合方法论一―人工智能最基本的方法论，其特点是通过构造来理解（understanding by
building）。我们将给出许多例子来说明，通过构造一个人工系统，我们能学到关于生物学的知识，也能学到关于智能的普遍性知识。一个令人激动的前景是，我们不但能研究智能的自然形态，还可以去创造种种尚未存在的智能的新形态；套用人工生命创始人Chris Langton的话，那就是“如其所能的智能”。因此，学习关于智能的知识，而非构造技术尖端的机器人，才是我们制造机器人的意图。因而，本书中并没有对复杂的工程处理过程进行描述，也没有对如何制造一台机器人的详细过程进行描述，但是我们将在本书中介绍机器人构造过程中所获得的许多经验。我们在本书中的一些想法具有超越人工智能本身的广泛应用前景。为了支持这个主张，我们引用了来自普适计算（ubiquitous computing）、战略性经营管理、人类记忆及日常生活中的机器人技术的一些例子。希望读者可以喜欢我们介绍的这些案例研究，并且感受到动力并将这些想法应用到读者自身所关注的领域中去。

在继续展开之前，我们或许应该简要地评论一下人工智能一词。随着20年前具身性概念的导入，这个领域的基础观点经历了变革，因此，有时也使用具身性人工智能一词。我们就曾经以此标题出版过一本书（lida等，2004）。在本书中，我们避免了这种叫法，因为它会暗示有一个“真正的”人工智能领域，一个支配性的、无处不在的学术领域一一然后有一个小的叫做“具身性”人工智能的领域。我们觉得这个观点有些不妥。因为在人工智能领域，本质上有两个方向：一个涉及有用的算法或机器人的开发，另一个则把焦点放到了生物或非生物智能的理解，关于这点我

们稍后会详细阐述。为了能顺利论述下去，“具身性”观点是不可或缺的。在这个研究分支中，人工智能是具身的。

在进入本书的主题之前，还有一点需要强调。尽管所展现的资料略偏理论，需要读者在阅读时集中精力，我们也尽力提供许多例子以增加阅读的乐趣。并且本书的网页（www.ifi.unizh.ch/groups/ailab/HowTheBody）包含了一些视频资料和其他有用的说明材料，还有一个论坛的链接。为了让本书更加引人入胜，我们邀请了东京大学的画家兼计算机科学家Shun lwasawa加人我们的工作。他非常有才能并富有技巧，对本书的主题有很深的理解。他为本书绘制了具有日本漫画风格的插图，我们希望这会激起读者的兴趣，与读者就这个领域充满乐趣的前卫思想进行交流。

本书的构成

本书由四个部分组成。第一部分是引言部分，让读者熟悉本书的内容和基本的概念。第二部分是本书的核心部分，概述了我们发展智能理论的尝试。第三部分是应用部分，着重介绍了第二部分中发展的原理在人工智能本身以外的领域中应用的案例研究。最后，第四部分对本书中所提到的主要观点进行了总结。

在第1章中，我们将介绍思维、认知、智能等术语的含义，讨论为什么有史以来智能对各行各业的人士有如此巨大的吸引力，并介绍人工智能领域和智能的具身性观点（embodied view of intelligence）。第2章展示人工智能的概貌。这将给读者带来领域中现存的一些研究问题，让读者感受在这个荆棘密布的跨学科领域中前行并进行实际研究工作的魅力及困难。

第二部分是迈向智能理论的第一步。这也是本书的核心所在，因此，从概念上讲，在这一章会有一些生僻难懂的部分。但是我们力求用许多例子去说明那些抽象的想法，支撑我们的论点。第3章概述了我们正寻求什么样的理论，并且介绍一个基本的框架。这个框架是由大量重要的概念构成的，这些概念有多样性–顺应性（diversity-compliance）、参照系（frame of reference）、综合方法论（the synthetic
methodology）、时间观点（time perspectives）和涌现（emergence）。这一章包含了一些有关科学的哲学内容，我们用此概述理论的本质，并描述这对于从事本领域研究，进而取得进展所具有的意义。举例来说，我们可以通过三个时间框架来研究行为：“当今”（here and now），学习和发育及进化。第4~6章围绕着这些框架来展开。

第4章首先介绍真实世界的智能体（agents）特征，然后我们勾画出一组设计指南（我们称之为智能系统的设计原理），这些可以帮助我们以工程学方法构造智能体，也可以帮助我们理解生物智能体。这些设计原理几乎都涉及“当今”这个时间框架。第5章考察了从发育视点出发的设计和分析事项，并探讨了个体发育过程中高层次认知是如何形成的：即在智能体发育成熟为一个成体的过程中，认知是怎样

涌现（emerge）的。举例来说，某些离散的事物，如抽象的符号处理是如何从一个完全连续的系统（我们都是时间连续的系统）中产生的？一个具体的，但容易引起争议的实例是步行（walking），或更普遍地说，运动（locomotion）和思考的关系。我们将在这一章中详细探讨。本章以发育时间尺度上的一组设计原理作为总结。第6章将会介绍如何运用从生物的进化中学习到的经验去从零开始设计智能体――这包括躯体、传感器、驱动装置和大脑。在这里，作为设计者，我们后退一步，让仿真进化去为我们工作。其关键是让进化过程设计虚拟智能体并使其执行日益复杂的任务，因此，在有些时候，我们可能倾向于用认知这个概念去描述它们的行为。这一章的目标之一就是展示人工进化过程的威力。特别是，我们将会给出一些例子来展示它已经超越人类的地方。第5章把讨论聚焦于个体的生存期内，但是在第6章，我们拓展了时间框架去包含多代智能体并扩大视野，不仅对单个智能体并且对智能体群体进行思考。我们仍然以一组设计原理作为总结，不过这里是针对进化系统的一组原理。

在第7章中将讨论考虑群体而非个体意义。我们着眼于发生在智能体群体中的涌现现象；也就是从一群对全局模式一无所知的智能体间的相互作用中产生的全局行为模式或现象。这些涌现行为常常被认为和群体智能有关。我们还会引入其他类型的群体智能，也就是模块化机器人。机器人由许多模块所组成，模块之间相互作用可以完成有趣的群体行为。在模块化机器人中，除了机器人之外还可以把模块看作一个智能体。本章也用一组群体智能的设计原理进行概括。

第三部分讨论分析了一些案例来说明如何将第二部分中介绍的概念和设计基本原理应用于一些人工智能基础领域以外的问题。我们将会看到普适计算、管理、人类记忆的心理学、日常生活中的机器人学和人工智能技术。我们将揭示具身性观念给这些学科带来的新启示。这些例子是自成体系的，在读者读完第1~7章以后可以按照任何顺序来阅读。在第8章里，我们讨论普适计算，这是一个在信息学领域中快速成长的学科，而且实际上和人工智能共享着很多想法。这个新学科的目标是探索“把电脑放到任何地方”的可能性，如放入汽车、衣服、杯子、鞋、建筑物、

家用电器、移动电话或消费品中；或把它们嵌入到日益扩大和复杂化的通信网络里。第9章由Simon Grand和Rolf Pfeifer共同完成，是将具身性人工智能的观点应用到商业世界的最初尝试，特别是应用于在本质上不确定、复杂和不可预测的世界中构建和设计新商品、商业和公司。这章主要说明设计原理确实有巨大的应用潜力。第10章介绍一个关于人类记忆的案例研究来说明具身性是如何为老问题的解决提供新视点的，另一方面它又能够使我们更好地理解记忆研究的新动态。第11章试图对开发可以进入和参与人类日常生活和社会活动的各类机器人，特别是拟人机器人的可行性、合意性和经济现实性作出评估。

第四部分，也是本书的最后一部分，将总结理论的要点，以单油的一一音笛

12章，对设计原理进行综述。我们还将给出一个精选要点表，来总结我们认为可以从本书得到的重要启示。作为全书的总结，我们将要返回本书的中心目标之我们将要介绍一系列例子来说明事物为什么总是可以以不同的方式来看待。

致谢

我们感谢苏黎世大学人工智能研究室的所有成员，感谢他们长年以来与我们进行的学术讨论、卓越的研究、积极的努力以及一些非常好的想法。这些想法最终都成为本书中提到的研究成果。尤其要感谢的是我们的朋友 Yasuo Kuniyoshi，Olaf Sporns，Akio Ishiguro，Hiroshi Yokoi，Koh Hosoda，Fumio Hara 和Hiroshi Kobay-

ashi，他们在本书的写作过程中给了我们巨大的鼓励和鞭策。Josh在这里对无私地为本书的写作提供了时间和空间的Hod Lipson表示衷心的感谢。我们还要感谢那些对本书中的研究课题提供资助的基金组织，尤其是瑞士国家科学基金会（Swiss National Science Foundation）和欧盟的IST计划。此外，我（Rolf）在这里对Yasuo Kuniyoshi，Tomomasa Sato，Hirochika Inoue，Yoshi Nakamura 以及 Department of
Mechano-Informatics的其他人员，对他们邀请我成为21世纪东京大学COE（Center of Excellence）的信息科学和技术教授表示我的感谢。正是在那里，我撰写了本书的大量章节的草稿。他们将智能体作为复杂动力系统的观点对本书的内容有很大的影响。

我们衷心感谢Gabriel Gomez，他对许多与本书相关的问题进行了研究。还有，我们非常欣赏Max Lungarella的贡献，他的博士论文以及许多与他个人间的讨论，很大程度上定下了本书第5章的基调。还有Fumiyalida，第5章的标题“从运动到认知”就来自于他的建议，他帮助我们形成了第5章的写作思路。我们感谢 ShunIwasawa给我们提供的卓越的、富有灵感和启发性的示意图，在这些示意图的帮助下，我们得以在科学、工程学以及娱乐之间架起了沟通的桥梁。

同样也非常感谢来自世界各地的不同学科的研究者对本书提出的宝贵建议，正是因为有了他们的建议，这本书才会显得有条有理，结构清晰。并且，感谢Rodney Brook，他开辟了这个令人激动的学术领域，并且为本书作了前言。

我们也对MIT出版社表达我们的衷心谢意，特别是Bob Prior，他扶持了这个写作计划，还有编辑Suzanne Schafer和很多匿名审稿人，他们富有建设性的意见极大地提高了本稿的质量。我们同样感谢Britta Glatzeder，他参与了写作计划的最初部分并且提供了书名。我也希望感谢Claudia
Wirth，她在本书临截稿期间为我提供了充足的写作时间和空间，并且在我长期离开研究室期间保持了研究室的正常运营。

还得感谢许多其他的教员、职员、学生、朋友以及家人，感谢他们对作者各方面的支持，如果没有他们的话本书将不会完成，我们欠你们很多。我（Josh）非常感谢我的家人Toby，Carol和Ralph，感谢他们长期以来对我的理解和帮助。我（Rolf）非常感谢我的两个儿子Serge和Mischa，是他们在我最艰苦的时候一直激励着我。