自然计算会给人类带来什么?
2014-12-03    作者:郑渝川    来源:经济参考网
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    人工智能(AI)于20世纪50年代诞生,通常被赋予的定义是模仿人的智能,使之作出以接近乃至高度类似于人的反应。问题是,发展人工智能,以及计算机科学、生物科学等其他分支的目的在于,增强人(个人、群体、社会)在这个世界甚至更大空间的适应生存能力。既然如此,为什么非得让机器人、智能装置来模仿人,而不是其他的生物体?

    美国著名机器人制造专家、麻省理工学院电脑科学和人工智能实验室教授罗德尼·布鲁克斯1990年就在一篇影响深远的论文中指出,人类仅在地球上活跃了至多数万年的时间,生命在地球上已有迄今35亿年,人工智能需要突破传统的、仅仅模拟人的职能的层级结构,更密切的汲取真实物质世界的信息,向其他生物体学习。罗德尼·布鲁克斯之前已经制作出一个智能特征更像老鼠的机器人,在后来以昆虫的微型机器人被证明更能适应崎岖的山路环境。

    这就引入了所谓的自然计算。自然计算模仿自然界,具有自适应性、自组织性和自学习能力,能够解决传统计算方法特别是传统AI难以解决的复杂问题,被广泛应用于智能控制、生态环境、网络安全、硬件设计。自然计算使得生物科学、计算机科学、工程科学、金融科学实现深入融合:生物学思想为数学计算提供了新思路,例如,进化算法和技术被用于金融领域,设计出国债买卖模型;活体菌等生物体可能会替代硅片,发展出真正意义上的生物计算机。

    最近由人民邮电出版社引进出版的《自然计算:DNA、量子比特和智能机器的未来》一书,由纽约大学计算机科学教授丹尼斯·萨莎专访16位与自然计算有关的生物学家、机器人专家、数学家,回顾了这些科学家科学探索历程特别是自然计算相关研究成果得出的过程,有助于读者了解自然计算研究及应用的广阔前景。

    书中第二章谈到了自然计算被用于太空探索。自然计算引入到太空探测器的配置改进,借鉴了人及其他动物的身体功能,让探测器和飞船的小故障能够像皮肤伤口自然愈合那样就低解决,严重的故障则通过更换备件来解决(类似于人体截肢及更换假体),这就大大延长了探测器和飞船的存活时间。科学家还试图借鉴人和其他动物,设计出能够独立进行自我调整的芯片,让探测器等设备的特性可以自行适应环境予以优化,甚至提出了“行星地球化”的理念,即使用自然计算设计理念搭建的生命和人工的混合系统,在火星上创造出人类宜居的环境,届时还将有机器人方队欢迎人类莅临,开启庆祝香槟。

    1912年4月10日,泰坦尼克号游轮启航,四天后撞上冰山而沉没。1984年12月,印度博帕尔市的美国联合碳化物公司的化工厂,发生异氰酸甲酯释放事故,造成至少1万人死亡、20万人受伤的史上最惨重工业灾难。这两起事故常被归结为事件中一些当事人的马虎大意,麻省理工学院航空航天系学者南希·莱韦森不这么看,她将传统的安全工程技术思想与自然计算方法相结合,指出现代工业、社会生产运行的复杂化(计算机出现后则进一步提升了复杂程度),使得人们无法再借助物理定律来限制设计的复杂度、无法控制小概率风险事故,这种情况下,应当注重系统的整体控制能力,让复杂系统具备自适应性和自动优化能力。书中第五章介绍南希·莱韦森的观点和系统方法,她的建议被美国军方采用,被用于美国新的国家导弹防御系统的安全监控系统设计。

    这本书的第二部分介绍了自然计算方法被用于生物科学,带来的基于DNA的特质药物、合成的减病病毒、生物计算机等卓越成果。在第三部分,读者将了解到自然计算理念推动物理学更快发展的情况。

    1959年,物理学家理查德·费曼在美国物理学会做了激动人心的演讲,指出“生物学并非简单地写下信息,而是还可以操作信息。生物系统可以非常小。细胞虽小,却非常活跃,他们生产多种物质;它们到处走动,摆动……(还)可以存储信息。”费曼预见到细胞可以计算,预期在纳米水平上量子效应将大行其道。费曼的预见当然是对的,他指明了之后几十年,一直到今天之后的一段时期物理学、生物学积极融合带来的技术革命前景。

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