人工情感

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　　人工情感是指用人工的方法和技術，模仿、延伸和擴展人的情感，使機器具有識別、理解和表達情感的能力。

　　人工情感並不是指簡單地模擬人的某些情感表達方式和情感識別方式，而是為了使電腦或機器人具有像一樣的內在情感，真實地具有像人一樣的情感表達能力、情感識別能力、情感思維能力和情感實施能力。

　　通過建模的方式來研究情感的主要目的有以下兩個方面：

　　1、從科學(心理學、神經科學、認知科學、生物科學等)研究的角度看，情感建模可以看作是人對自然界現象理論研究的一個組成部分，通過電腦程式或是機器人，研究人員希望這種系統可以幫助驗證和比較各種理論假設。通過建模，對當前情感現象的解釋進行描述或公式化，從而進行更進一步的理論預測，完善人類對自身和動物的情感及其相關知識的認識。

　　2、從工程應用的角度看，情感在自然系統中的重要作用可以啟發研究人員考慮應用這些實際的或假設的自然原理去改善系統的性能。

　　在自然系統中，情感對於相互交流有著重要作用，這樣，在一些環境中，希望agent也能進行情感表達從而便於交互。包括agent之間的交互，也包括人與agent之間的交互。這不僅需要agent通過自身的感覺系統辨識人的情感狀態，也需要agent通過執行機構表達情感來反映自身的狀態。這是擬人agent研究的一個重要方面。

　　1、情感計算

　　這個領域的研究主要集中在情感的探測和分類，MIT的媒體實驗室是情感計算領域比較活躍的研究機構，Picard的工作主要關註電腦如何察覺人的負面情感,比如挫折(frustration)、厭倦(boredom)、迷惑(confusion)……，從而設計更加人性化的電腦界面，通過各種提示(文本、圖形、聲音……)糾正這種負面情感，提高人機交互的效率。測量人的情感狀態的方法主要是探測與當前情感狀態相關的機體反應，感測器則多種多樣：視頻(記錄臉部表情、身體姿勢和手勢的改變)，麥克風(iB錄聲音的變化)，體表感測器(記錄肌肉的緊張程度、心跳的變化)，各種植入嵌入式系統的用具(衣服、手套、鞋、眼鏡、珠寶、甚至是可吞入的藥丸)等。情感分類則採用了隱馬爾可夫模型(HMM)等方法。情感計算的應用十分廣泛，不僅在虛擬教育、娛樂游戲等領域前景廣闊，Picard還設計了許多其他的應用，比如通過這種研究使情感計算和醫療結合，從而有利於病人的更好康復。

　　2、Agent的情感表達。

　　“栩栩如生”一直是小說、戲劇、電影等藝術手段追求的效果，而在人工情感的研究中則提出了believableagent及Animatedagent等，研究agent如何更形象化地表達內部情感狀態，進行“栩栩如生”的情感交互，比如在CMU的OZ項目中，就借鑒了許多迪斯尼藝術家的漫畫表現手法，在agent的行為中突出強調情感狀態的表達，使環境中每個agent的活動充滿個性。在虛擬環境中模擬人的形象進行各種活動具有極其廣泛的應用，如今通過人臉建模，在電腦中生成逼真的人臉並能夠表達各種表情，已經成為電腦圖形學研究的重要方向之一。

　　隨著電腦、電子、控制、材料、感測器、信號處理、生物等技術的發展，目前的機器人正從簡單的再現示教型及感覺型機器人向智能型機器人的方向發展，“個性化機器人”、“家庭機器人”等概念的提出使這一代機器人的研發具有強烈的經濟背景，同時，在醫療健康、扶老助殘、娛樂事業、以及一些無人值守的場所，這種機器人都會發揮重要的作用。這種類型的機器人不再面向簡單環境中的給定任務，而是面向與複雜環境(未建模、多目標)的交互，強調智能和個性化的情感表達，能夠適應非結構化環境，為此，這類機器人一般都配備有多種外部感測器組成的複雜感覺系統全面地感受環境刺激，如視覺、聽覺、觸覺、味覺感測器，同時其執行機構也進一步朝著仿生的方向發展，如頸部、眼部(睫毛、眼瞼、眉)、呼吸系統(鼻、肺)、耳部(包括保持平衡的前庭)、嘴部(語音合成器及唇、齒和鬍鬚)，甚至可變顏色的皮膚等，為了使機器人的表情描述更為準確，情感反饋更易於被人接受，作為驅動裝置的前沿技術，人工肌肉也被應用於這種智能機器人的開發和研製。目前比較典型的有MIT的Cog、Lazlo,日本的早稻田大學的WE-3R系列等。情感在這類機器人與人的交互中占有重要地位，此時情感常用來調節機器人的行動(如驅動電機的增益，外部目標的選擇等，同時改變機器人的臉部表情，加強機器人在與人交流中的真實感。

　　根據機體標記理論，情感是聯繫內部評價和不同外部場景的基礎，可以看成連接獎賞和外部場景的評價媒介，而且情感機制可以通過對決策的後驗創建更複雜的行為功能，這樣情感從認知的角度可被看成強化刺激，在自然系統中，行為的選擇往往是以追求好的情感(如快樂)最大化為目標，利用這個原理，在環境具有未建模、資源有限、多目標、競爭等特點時，通過建立agent自身感覺(如饑餓)和情感的映射關係，人工情感的狀態作為內部的機制可以引發自主agent的狀態遷移，同時考慮環境因素和自身的狀態選擇感知註意和最優的行動序列。這樣在一些環境中(如機器人足球等)，情感模型和一些AI的演算法相結合，用於改進系統的性能。這個方面應用較多的是人工情感與強化學習的結合：情感模型被用在控制獨立的自治agent，使用強化學習去適應環境。這種研究集中在依靠情感的事件探測機制，在強化學習的框架下，情感也被使用去影響感知和給出強化函數。

　　家用機器人

　　近些年來，越來越多的家用機器人被開發出來，它們己經並將逐步進入家庭為人們提供各種服務，供人娛樂並能與人進行交流。在這些家用機器人中，最著名和最典型的應該是索尼公司的AIBO狗。這不僅是因為它擁有先進的性能，還在於它是第一個實現規模商品化的寵物機器人，為有情感交互能力的機器人及相關的研究打開了想象的空間。從這以後，大量的寵物機器人不斷涌現，它們大多擁有的共同特點是:對外界刺激有反應能力;能與人進行生動的交流，這種交流除了語言，還有面部表情、語調和身體姿態等。

　　教育教學

　　情感是學習過程中非常重要的影響因素，如何有效地改善和促進學習的效果也是人工情感研究中的一個重要方面。Bartneck對於數字化學習伴侶的研究目標在於幫助兒童專註於一個學習任務，同時也反映出兒童的一些情感狀態，瞭解這些情感狀態在兒童的學習經歷中所扮演的角色。例如如果兒童的臉和姿勢顯示出對屏幕上的內容有強烈的興趣，那麼電腦將保持不動以免干擾兒童;如果兒童轉換姿勢和視線顯示他在休息，那麼電腦會在適當的時候打斷兒童的休息過程並提供鼓勵，以幫助其學習取得進展。DeVicente等人研製的數字導師系統將情感引入了教育對話領域，研究與學生交流的更自然有效的方式，以便提供更好的教育交互。Dautenhahn發展了一個方案Auroras，研究用機器來幫助治療孤獨症兒童。

　　家庭保健與護理

　　醫療成本控制和人口老齡化均推動了家庭衛生保健業的發展。為瞭解決醫生探訪時間的不足與提高服務質量之間的問題，將情感因素引入家庭醫療保健設備，將會有效改善遠程家庭醫療保健的質量與效率。LiSetti等人研製了一個用於遠程家庭保健的智能情感界面，用多模態情感識別手段來識別病人的情感狀態，並輸入不同媒體和編碼模型進行處理，從而為醫生提供關於病人簡明而有價值的情感信息以便於進行有效的護理。帶有情感反饋能力的機器人是家庭保健與護理中另一個比較理想的選擇。

　　服務機器人

　　服務機器人所面對的環境是複雜和動態的，在許多場合要能與人協調作業，擁有情感智能的機器人能夠更好地適應這樣的環境。卡內基梅隆大學發展了一個機器人接待員Valerie。Valerie的面孔形象出現在一個能夠轉動方向的移動屏幕上，向訪問者提供一些天氣和方位方面的信息，還可以接電話、解答一些問題;並且Valerie有自己的性格和愛好，情感表達較為豐富。類似的研究還有Nourbakhsh研製的博物館嚮導機器人(它可以通過心境的改變觸發不同的行為)。