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簡單講解在機(jī)器人領(lǐng)域中機(jī)器學(xué)習(xí)都發(fā)揮了哪些

相信大家在觀看吳恩達(dá)機(jī)器學(xué)習(xí)公開課的第一節(jié)課中，印象比較深的有使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)去訓(xùn)練與控制機(jī)器人，直升飛機(jī)，讓它們學(xué)會(huì)新的技能。那么，機(jī)器學(xué)習(xí)在機(jī)器人中有哪些應(yīng)用呢？本文將對這個(gè)問題進(jìn)行簡單的介紹。 1.計(jì)算機(jī)視覺因?yàn)闄C(jī)器人視覺不僅涉及到計(jì)算機(jī)算法，有些人會(huì)認(rèn)為正確的術(shù)語是機(jī)器視覺或機(jī)器人視覺。機(jī)器人學(xué)家或工程師也必須選擇攝像頭硬件能夠允許機(jī)器人處理物理數(shù)據(jù)。機(jī)器人視覺與機(jī)器視覺密切相關(guān)，后者用于引導(dǎo)機(jī)器人引導(dǎo)和自動(dòng)檢測系統(tǒng)。它們之間的微小差異可能在應(yīng)用于機(jī)器人視覺的運(yùn)動(dòng)學(xué)中，其包括參考框架校準(zhǔn)和機(jī)器人對其環(huán)境的物理影響的能力。大量數(shù)據(jù)即網(wǎng)絡(luò)上可用的視覺信息（包括注釋/標(biāo)記的照片和視頻）的涌入推動(dòng)了計(jì)算機(jī)視覺的進(jìn)步，這反過來也有助于進(jìn)一步基于機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)化預(yù)測學(xué)習(xí)技術(shù)，推動(dòng)機(jī)器人視覺應(yīng)用，如物體的識別和排序。一個(gè)分支的例子是無人監(jiān)督學(xué)習(xí)的異常檢測，例如能夠使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)找到并評估硅芯片故障的建筑系統(tǒng)，由BiomimeTIc機(jī)器人和機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室的研究人員設(shè)計(jì)，該研究人員是非營利機(jī)構(gòu)AssistenzroboTIk的一部分電子伏特在慕尼黑。諸如雷達(dá)，激光雷達(dá)和超聲波等超感知技術(shù)也推動(dòng)了自主車輛和無人機(jī)的360度視覺系統(tǒng)的開發(fā)。 2 .模仿學(xué)習(xí) 模仿學(xué)習(xí)與觀察學(xué)習(xí)密切相關(guān)，這是嬰幼兒展示的行為。模仿學(xué)習(xí)也是強(qiáng)化學(xué)習(xí)的總體類別，也是讓agent在世界范圍內(nèi)采取行動(dòng)的最大挑戰(zhàn)。貝葉斯或概率模型是這種機(jī)器學(xué)習(xí)方法的常見特征。模仿學(xué)習(xí)是否可以用于類人機(jī)器人的問題早在1999年就被假定了。模仿學(xué)習(xí)已經(jīng)成為現(xiàn)場機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)組成部分，其中一些工廠的移動(dòng)特性，如建筑，農(nóng)業(yè)，搜索和救援，軍事等領(lǐng)域的移動(dòng)特性使手動(dòng)編程機(jī)器人解決方案變得具有挑戰(zhàn)性。例子包括逆向優(yōu)化控制方法，或者通過演示進(jìn)行編程(PbD).CMU和其他組織在類人機(jī)器人，腿式運(yùn)動(dòng)和越野粗糙地形移動(dòng)導(dǎo)航儀領(lǐng)域中得到應(yīng)用。亞利桑那州立大學(xué)的研究人員在兩年前發(fā)表了這個(gè)視頻，展示了一個(gè)類人機(jī)器人，使用模仿學(xué)習(xí)獲得不同的掌握技巧。貝葉斯信念網(wǎng)絡(luò)也被應(yīng)用于前向?qū)W習(xí)模型，其中機(jī)器人在沒有先驗(yàn)知識的情況下學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)或外部環(huán)境。這個(gè)例子就是motor babbling，正如伊利諾伊大學(xué)厄巴納 - 香檳分校（UIUC）的語言習(xí)得和機(jī)器人小組所組織的，Bert是iCub人形機(jī)器人。 3.自我監(jiān)督學(xué)習(xí) 自我監(jiān)督的學(xué)習(xí)方法使機(jī)器人能夠生成自己的培訓(xùn)示例，以提高性能;這包括使用先驗(yàn)訓(xùn)練和數(shù)據(jù)捕獲近距離來解釋遠(yuǎn)程不明確的傳感器數(shù)據(jù)。它被并入機(jī)器人和光學(xué)設(shè)備中，可以檢測和排除物體（例如灰塵和雪）;識別崎嶇地形中的蔬菜和障礙物;并在3D場景分析和建模車輛動(dòng)力學(xué)。 Watch-Bot是一個(gè)具體的例子，由Cornell和Stanford的研究人員創(chuàng)建，它使用3D傳感器（Kinect），相機(jī)，筆記本電腦和激光筆來檢測正常的人類活動(dòng)，這是通過概率方法學(xué)習(xí)的模式。 Watch-Bot使用激光筆將目標(biāo)對象作為提醒（例如，留在冰箱中的牛奶）。在初始測試中，機(jī)器人能夠成功地提醒人類60％的時(shí)間（它沒有理解它在做什么或?yàn)槭裁矗芯咳藛T通過允許其機(jī)器人從在線視頻（稱為項(xiàng)目RoboWatch）學(xué)習(xí)擴(kuò)展了試驗(yàn)。應(yīng)用于機(jī)器人技術(shù)的自我監(jiān)督學(xué)習(xí)方法的其他示例包括在具有道路概率分布模型（RPDM）和模糊支持向量機(jī)（FSVM）的前視單目相機(jī)中的道路檢測算法，在麻省理工學(xué)院為自主車輛設(shè)計(jì)和其他移動(dòng)在路機(jī)器人。自主學(xué)習(xí)是一種涉及深度學(xué)習(xí)和無監(jiān)督方法的自我監(jiān)督學(xué)習(xí)的變體，也被應(yīng)用于機(jī)器人和控制任務(wù)。倫敦帝國學(xué)院的一個(gè)團(tuán)隊(duì)與劍橋大學(xué)和華盛頓大學(xué)的研究人員合作，創(chuàng)造出一種加快學(xué)習(xí)的新方法，將學(xué)習(xí)模式不確定性（概率模型）納入長期規(guī)劃和控制器學(xué)習(xí)，從而減少影響的學(xué)習(xí)新技能的模型錯(cuò)誤。 4.輔助和醫(yī)療技術(shù) 輔助機(jī)器人是一種可以感知，處理感官信息并執(zhí)行有益于殘疾人和老年人的行為的設(shè)備（雖然智能輔助技術(shù)也適用于一般人群，如駕駛員輔助工具）。運(yùn)動(dòng)治療機(jī)器人提供診斷或治療益處。這些都是大部分（不幸的是）仍然局限于實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)，因?yàn)閷τ诿绹蛧獾拇蠖鄶?shù)醫(yī)院來說，這些技術(shù)仍然是成本高昂的。輔助技術(shù)的早期例子包括由斯坦福大學(xué)和帕洛阿爾托退伍軍人事務(wù)康復(fù)研究與發(fā)展公司于1990年代初開發(fā)的DeVAR或臺式職業(yè)助理機(jī)器人。目前正在開發(fā)最新的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的機(jī)器人輔助技術(shù)的例子，其中包括組合更多自主性的輔助機(jī)器，例如通過Kinect Sensor觀察世界的MICO機(jī)器人手臂（Northwester University開發(fā)的）。這些影響更復(fù)雜，更智能的輔助機(jī)器人可以更容易地適應(yīng)用戶需求，但也需要部分自主權(quán)（即，機(jī)器人與人之間的共享控制）。在醫(yī)學(xué)界，機(jī)器人學(xué)習(xí)方法的進(jìn)步正在迅速發(fā)展，盡管在許多醫(yī)療機(jī)構(gòu)中并不容易。通過Cal-MR：醫(yī)療機(jī)器人自動(dòng)化和學(xué)習(xí)中心，多所大學(xué)的研究人員和醫(yī)生網(wǎng)絡(luò)（與多家大學(xué)和醫(yī)生的研究人員的合作）導(dǎo)致了智能組織自主機(jī)器人（STAR）的創(chuàng)建，通過自主學(xué)習(xí)和3D感應(yīng)技術(shù)的創(chuàng)新，STAR能夠以比最好的人類外科醫(yī)生更好的精度和可靠性將豬腸（用于代替人體組織）拼接在一起，研究人員和醫(yī)生說明STAR不能替代外科醫(yī)生 - 在可預(yù)見的將來，誰將在附近處理緊急情況 - 但是在執(zhí)行類似類型的精巧手術(shù)方面提供了重大的好處。 5. 多Agent學(xué)習(xí) 協(xié)調(diào)和協(xié)商是多Agent學(xué)習(xí)的關(guān)鍵組成部分。它涉及到了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的機(jī)器人（或agent，目前關(guān)于agent的相關(guān)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于游戲），能夠適應(yīng)其他機(jī)器人/代理人的轉(zhuǎn)變格局，并找到均衡多代理學(xué)習(xí)方法的例子包括不遺余力的學(xué)習(xí)工具。其中主要涉及到強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，加強(qiáng)多agent策劃中的學(xué)習(xí)成果，以及基于市場的分布式控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。一個(gè)更具體的例子是分布式agent或機(jī)器人的研究人員創(chuàng)建的算法，由麻省理工學(xué)院的信息和決策系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在2014年底。機(jī)器人協(xié)作構(gòu)建一個(gè)更好，更包容的學(xué)習(xí)模型比一個(gè)機(jī)器人（更小的信息塊處理，然后結(jié)合），基于探索建筑及其房間布局的概念，自主建立知識庫。每個(gè)機(jī)器人構(gòu)建自己的目錄，并結(jié)合其他機(jī)器人的數(shù)據(jù)集，分布式算法在創(chuàng)建此知識庫方面優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)算法。雖然不是一個(gè)完美的系統(tǒng)，但是這種機(jī)器學(xué)習(xí)方法使得機(jī)器人可以比較目錄或數(shù)據(jù)集，加強(qiáng)相互觀察和正確的遺漏或過度泛化，無疑將在幾個(gè)機(jī)器人應(yīng)用中發(fā)揮近期的作用，包括多個(gè)自治地和空降車。

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