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跨界扣问:让AI成为作曲家和发明家,哪个更难?

导读:王皓(右)与代晓蓉(左),科学家和艺术家同台讲解,相互诠释 欧洲科学家合力设计了一款作曲AI,这个人工智能通过深度学习,一天内竟能模仿巴赫调性作曲500首之多,令人咋;一组中外计算器团队,绞尽脑汁设计的机器人,在模仿人插优盘时依然非常笨拙。 日前...

跨界扣问:让AI成为作曲家和发明家,哪个更难?

王皓(右)与代晓蓉(左),科学家和艺术家同台讲解,相互诠释

欧洲科学家合力设计了一款作曲AI,这个人工智能通过深度学习,一天内竟能模仿巴赫调性作曲500首之多,令人咋;一组中外计算器团队,绞尽脑汁设计的机器人,在模仿人插优盘时依然非常笨拙。

日前,在上报集团的文化共享主题活动《人工智能与艺术》的分享会上,上海交通大学机械与动力工程学院副院长王皓,一位造机器人的工科男,和上海音乐学院数字媒体艺术学院副院长代晓蓉,一位借助AI技术产生新审美的艺术女,破天荒地做了一次联袂分享,在六大领域寻找共同点。一位拿着国家自然科学基金,一位拿着国家社会科学基金,这两位AI研究和应用者在一起,会带来哪些最新信息,他们是否给AI 有相同的评语呢?

跨界扣问:让AI成为作曲家和发明家,哪个更难?

由上海报业集团技术运营中心、保障服务部、对外事务部和静安区南京西路街道党工委联合主办的文化共享主题活动福民讲坛

生机电系统:

装上假手的吉他手再次复活;

音乐治疗基于脑电波技术

一位吉他乐手不幸失去了左手,安装机械手后竟能弹拨自如不输往昔时,是否让人泪奔?也是上海交大弗劳恩霍夫智能制造项目中心主任的王皓首先用电影来普及了生机电系统的成功案例通过生机电能让你装上灵巧的机械手。他展示的2014年电影《RoboCop(机械战警)》片段中,脑电信号控制了吉他乐手的机械手,优美的旋律从假手的弹拨中发出,宛如从前。但当家人热泪盈眶时,突然吉他乐手的左手无法弹拨了,此刻,脑电信号上显示出紊乱的波线。医生告诉他,一旦你的情绪波动,脑电信号就无法解码你的规律,信号就不能准确传递。“这个电影的情节是有充分的科学依据的。”王皓肯定地说。这里最好有生机电的概念解释

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2014年的科幻电影《RoboCop》中,吉他手装上机械手后弹拨自如

科学惠及医学也福泽艺术,代晓蓉随后分享了生机电在艺术领域的应用。在斯坦福大学有个CCRMA ,即音乐和声学计算机研究中心,这是一个对音乐具有划时代意义的实验室,她曾去该实验室参观,在那里既是科学家又是作曲家的学者们,正利用生机电将脑波视频化并转成音频,“这就是生机电形成的音响,经过艺术加工,变成音乐。”她枚举了不少例子,例如,一位科学家依据人们的脑电波在不同生理状态下形成的视频和音频,通过数据分析,能提前15分钟预测到羊癫疯病人的发作。“这个无意中的发现让他获得了专利。”代晓蓉认为大数据、人工智能将来定会在音乐教育领域、音乐治疗领域发挥前所未有的作用。

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世界闻名的斯坦福电子音乐与声学科研中心 CCRMA

(Center for Computer Research in Music and Acoustics)于1975年由FM的发明人John Chowning创建,位于原校长官邸的小山上

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CCRMA中,学生与时俱进地拿Oculus Rift做虚拟的实验

外骨骼:

50公斤臂力陡升至300公斤;

舞盲穿上人体外骨骼机械竟能翩翩起舞

外骨骼在工程界的使用已经非常普遍。王皓提示在《阿凡达》《流浪地球》里都有外骨骼的普遍使用。目前较多地运用于军事中的战士赋能,和医学上的康复治疗。

在日常生活中,外骨骼用得最多的是搬运。美国军方在战士身上的实验表明,通常能搬起的重物是50公斤,如果联上外骨骼,300公斤是“妥妥的”。所以,京东等物流店曾打出响亮的口号:“京东搬运,用外骨骼。”这种提效增能的效果,如果普遍使用在像洋山深水港这样的领域,搬运工的能力、效率会加倍提升。

王皓还给出了其他领域的应用场景:在一些焊接或人工打磨领域的作业,上臂加上外骨骼,人手不易劳累,焊接或打磨的轨迹也会更精准;如果是长年的抬头安装工位作业,需要用上腰肌力量的,可以在腰间绑上外骨骼,保护作用就非常明显。有听众问,这和工业机器人或机械手有何区别?多年耕耘于工业机器人制造的王皓披露,AI 在深度学习上的优势目前更多体现在下棋等领域,但对于需要精巧操作的工种,人肢体的灵活性远远胜过机器人,因此,外骨骼是充分利用了AI成为人的延伸工具的功能。

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美国机器人公司Sarcos研发的Guardian XO,军方战士配备这类外骨骼,力量陡升

康复领域更是带来看得见的福音。比如,对于小腿萎缩走路要坐轮椅的病患来说,在小腿处绑上外骨骼,王皓展示的视频中,患者就能借助拐杖慢慢独立行走了。王皓还分享了一个真实故事:加州大学伯克利分校的一名下肢残疾学生,通过顽强的意志修完了四年本科课程,就在发毕业证书的典礼上,他借助外骨骼,生平第一次站起来,激动地接过校长递过来的毕业证书。这样的感人瞬间是属于全世界的,是人类和AI的合作红利。

“外骨骼的使用,分成主动式和被动式,通常所说的都是被动式。如果是选择主动式,还需要去探寻人体的生物力学规律,顺应和放大人体动作意图,让外骨骼和人协调一致,反之,人的动作和外骨骼会发生冲突。”

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丢弃轮椅,拄了拐杖行走自如的小腿萎缩者

外骨骼应用到艺术领域,是怎样的场景呢?代晓蓉认为任何一次科技的进步都会带来艺术生产的变革,比如照相机发明后,画家不再强调画得逼真,印象派就在这样的技术前提下,通过对光影的捕捉,形成表达个人感受的绘画流派。在后现代艺术的语境下,后人类主义表达了一类艺术家对未来科技的态度,出现很多以科研为题材的艺术创作,例如开始探索人的肢体如何通过机器的附加来延伸人的某些本能。代晓蓉展示了去年年底上演的机械舞蹈《INFERNO》。画面上,不会跳舞的观众穿上外骨骼机械衣,就会跳起事先设定的舞蹈。

代晓蓉还例举了她读中学时就跟踪的艺术界的科技控Stelarc,这位澳大利亚艺术家不断用舞台来创作机器,除了自己穿上仿生衣服进行艺术表演外,“他还探索将人体器官和传感器结合,并在自己身上动刀动枪,比如,他在胃上测试遥感技术。”代晓蓉评价:这是在探索人体与机械结合的极限。

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德国艺术家比尔沃恩(Bill Vorn)和路易斯-菲利浦德摩斯(Louis-Philippe Demers) 共同制作的机器互动表演作品《INFERNO人机共舞》

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澳大利亚表演艺术家Stelarc的作品《Stelarc外骨骼》

仿人机器人:

让机器人“生”一个机器人

人形的艺术机器人为何能挤眉弄眼

机器狗能够自己开门,仿人机器人摔到了会自己“鲤鱼打挺”地起来;机器袋鼠则能大幅度跳跃……大家不禁看得兴致盎然,王皓告诉听众,由美国MIT团队做技术支撑的波士顿动力公司生产了很多仿生的机器人,这一类主要是模仿人和自然界动物的功能。“它们是机器人界在仿人仿生机器人领域的第一阶段目标,国内科研队伍也在研究,还有‘遛狗’比赛,与国外的技术差距并不大。”

王皓进一步介绍,目前学术界正在向下一个阶段迈进,即机器人能“生”机器人,机器人能够自我进化。王皓解释,就是造出来的机器人能够像动物一样进化、像孩子一样学习了解外界,会成长,会适应环境。王皓展示的画面中,海外团队设计了一个很小的四足机器人,现场把它的一条腿截断,然后给它10分钟时间,看它能否通过自我学习学会用三足走路。十分钟过去了,这个三腿机器人果然行走自如。王皓说,所谓“生”一个机器人,就是用仿生算法自动化地设计出一个新机器人。他对代晓蓉说,“这种难度和让计算机作曲的科学难度差不多。”

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左上是美国Boston Dynamics公司2018年研制的机器狗正在开门,右上是德国Festo公司研发的袋鼠仿生机器人BionicKangaroo正在跳跃,下方的这些仿生机器人。水母、蜻蜓蚂蚁等都是“间谍”,在侦察领域大显身手

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三足机器人通过算法学会了三足行走

代晓蓉接着话题,分享了2019年人工智能大会负责演绎的体会。当时,急需要一场凸显人工智能气质的表演。尽管在张艺谋《2047神鼓新》中已经能应用机器人和人同台演出,但更高级的要一个如人形的机器人,那将是更理想的爆点。代晓蓉几番搜索,终于满意地延请了意大利公司设计的钢琴机器人,他长得如人形,有点卡通的面容,“可是他弹奏钢琴时,眉毛、眼睛都会动,人设就是富有情感。”在现场,钢琴机器人坐在钢琴前演奏,同时也和少年宫合唱团进行了合作,他悦耳的声音是电子所合成。事后,代晓蓉了解到,这个惟妙惟肖的艺术机器人是一个五人组的团队协作的产物,其中有艺术家、科学家,还有产品设计师。她看着王皓半玩笑地说:我们的科学家在致力生产力的提高,我迫切感受到艺术家需要和科学家多多联手。

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意大利的钢琴机器人在2019年的世界人工智能大会“AI+艺术欣赏体验会”上表演《Perfect》,他的眉眼都会传情

王皓当即响应,为代晓蓉解开像与不像背后的科学之谜。他说,在1970年,日本东北工业大学的森政弘教授就已经提出一个现象,在制作仿人机器人时,当与人类非常接近时,就很容易因为一丝一点的不像而南辕北辙,那时的不像会让人起“鸡皮疙瘩”,让人类对仿人机器人的主观感觉很不愉悦,这称为“恐怖谷理论。”所以,一般卡通形状或者纯机械结构的机器人,反而不会给人类不悦的主观感觉。王皓又展示了一张人和机器人的“双胞胎”照片,这是日本大阪大学的石黑浩教授,他在《自然》杂志上发文介绍了自己制作自身的“类人机器人”的经过,仿人机器人和本人的面部细节完全一致,王皓问大家,能否分清哪个是教授本人?大家面面相觑。“这是2005年的科研成果。”

曾去德国留学过的王皓又饶有兴致地介绍了Festo这家德国公司的实验室研发系列仿生机器,有仿生水母,仿生蜻蜓,还有仿生蚂蚁,用于空中和地面的侦察,形状非常逼真,在军事领域可以大显身手。

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2005年,“日本机器人教父” 大阪大学石黑浩教授与他自己研发的类人机器人合影,难辨真假

数据与算法:

图形算法分形出美丽的图形成为新视觉艺术

计算机界的愿望:何时能让AI完成原创发明?

算法如今被屡屡提及,名词已不再陌生,但具体如何应用到艺术领域,代晓蓉的介绍再次令听众打开视野。代晓蓉首先推出世界当红的土耳其多媒体艺术家兼导演、谷歌艺术和机器智能项目的驻场艺术家Reflik Anadol,这位85年出生的艺术家致力于用图形算法来制作美丽的图像。其原理就是基于数据、形成算法、变成图形,随机的分形往往能产生超乎人类想象的图形造型。代晓蓉展示了不少美丽的图形,她说,十几年前接触到由东京艺术大学的团队探索的视觉分形艺术,近两年,普遍用大数据来形成视觉模型,然后进行视觉动态创作。这些海量数据大多数来自照片、气象预报资料。在洛杉矶爱乐乐团成立100周年庆典上,Reflik Anadol 就将这些数据产生的图像投影在舞台背后,前方是交响乐团的演奏,图像和音乐彼此交辉。“异常辉煌。”

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洛杉矶爱乐乐团成立100周年庆典背后的数据图像

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艺术家Refik Anadol 的作品《WDCH Dreams》

“当下,这些图形算法被他用在博物馆的展陈设计中。”艺术家的话音刚落,王皓就笑着给出了科学技术角度的解释。“这就是插值类算法。”王皓说到,理工男的理想是找到一个公式来准确描述自然规律,“但是,并非所有的科学规律都有解析的表达。”数学物理界的翘楚最终明白,许多的自然规律只能用数值方法来获取,而没有一个固定的公式。王皓介绍,目前,大多数原创性的、概念阶段的伟大设计都主要由人产生,计算机随后优化。像文艺复兴画坛巨擘达尔文,他的时代没有计算机,这位天才有那么多神奇机械设计。“我们一直在探讨如何让计算机自己设计原创的概念和内容,但好像这和计算机能否产生优美旋律一样,成为一个永久的期待。”

代晓蓉笑着接口,是否意味着这是“算法作曲”?

“算法作曲中的算法可以有三种来源,第一种是对经典作曲家作品的分析,得出作曲家组织音高、节奏等音乐元素的逻辑,作为一种算法;第二种是作曲家直接将自己创作的逻辑告诉计算机,成为一种算法,第三种是从非音乐的领域获得一种自然界中的普遍构建规律,成为一种算法,譬如L-system或者斐波那契数列。”她介绍,“我曾经和年轻作曲家戴维一老师探讨算法作曲,他认为:学界探索算法作曲的目的,是通过计算机的辅助,最大限度地接近音乐构建的自然规律。”当音乐进入数字时代,对音响的审美、创作技法也随之演变。作曲家不再追求传统意义的旋律之美,无论算法作曲、电脑音乐,人工智能可能更追溯音乐起源的本质数学,通过计算机辅助,还原声音组织中的数理逻辑,进而开拓音乐音响的表现空间,建立更为多元的音乐应用场景。

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科学家发明的巴赫AI作曲,只要在机器上输入任意音符,AI就能做出接近巴赫的曲调

数字孪生:

同在赛博世界和现实世界,谁是真人?

捕捉高级工匠技艺,用数据手套传帮带

代晓蓉对当代艺术的最新追求让听众有些眼花缭乱,她又将大家带入“数字孪生”在艺术创作中的魅力。数字孪生,学术术语通俗解释就是,在赛博世界里创造一个现实世界,并且虚拟世界跟随现实世界而进行实时动态变化。她举了两个例子加深印象。

代晓蓉很早就和著名舞蹈演员黄豆豆有合作。“数字孪生”一种应用是动作捕捉,做出动画, 在演出时候运用全息影像技术,以假乱真地展现出来,比如,让现在的豆豆和三年前的豆豆对话,而三年前豆豆的肢体动作是她在摄影棚里通过全息影像追踪而来,其艺术目的是强化舞蹈家的肢体之美。因此,去年,当代晓蓉用全息技术将三个当代豆豆变成和一个昔日豆豆对话的四个豆豆时,原本反对多媒体形式渗入的黄豆豆欣然接受,“因为数字孪生技术并没有削弱他的肢体之美,反而强化了。”

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2019年世界人工智能大会上,用全息影像技术虚拟出四个黄豆豆同舞

另一个让代晓蓉得意的例子是书法与钢琴的交互。她请了斯坦福艺术学院的院长,一位非常帅气的西方艺术家弹奏钢琴,再特邀中国著名的女性书法家,两人同台演出了《东去西来》,钢琴下去,书法的笔锋书展,韵味与音乐完全一致的。如此的当代跨界“琴瑟相合”在代晓蓉看来也是以技术为媒介的东西融合。“技术始终是一个手段,但只有了解了数字孪生的基本原理,成为一种创作工具,才能使自己的作品更富有表现力。”

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2018年,跨界融合剧场东去西来的作品《知音》

王皓点明数字孪生的本质是实时传感和映射。他分享的例子充分展现了运动捕捉技术的作用。在新加坡的一位大学教授的一个科研课题来自著名的罗尔斯罗伊斯公司,捕捉一位高级技工一位老太太的磨抛动作,因为她的精确打磨无人可及,所以,一旦捕捉到这位顶级工匠的所有动作,就可用作训练和指导机器人磨抛,达到类似的精确效果。

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图灵测试场景的漫画版

90分钟的新技术分享,最后回到了现象背后的哲思计算机能否成为艺术家?作为科技工作者的王皓谈到图灵测试的原则,如果在黑屋子里的回答让人类感觉不到你是非人类,那么AI就可能接近于人。如今已经有少数AI 通过了图灵测试。回顾19世纪人们对未来的想象,机器人往往是“钢铁侠”,因为那时机械化是人们对未来想象,因此,若干年后对AI的判断,今天的标准未必不是过时的。代晓蓉则坚决地认为,从智力和自由意志而言,后者是人所独有,AI的作曲会无限逼近贝多芬、绘画和达芬奇相媲美,但AI拥有的算法无法取代人的自由意志,他并不能产生人类所有的灵感和情感,他只是更高级的技术层面、替代型的脑力劳动,但他代替不了艺术创造力。

对于这样的1号问题,也许每个人都有自己的答案,然而这场科学和艺术的各有一表和交锋,却加深了人们对AI 的进一步认识,她可以为人类赋能,共创生命的奇迹,也可以带来更多未知。

【文末链接】

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作者:李念

现场照片:唐雷鸣、王铁民、杨欢;全文配图:高雅

编辑:李念、刘郑宁

责任编辑:李念

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