深圳
中风患者在机器人监督下把书桌上的杂志放回书架
CosmoBot
马塔里其和她的机器人
人口老龄化、无暇照顾病人和子女是发达社会的通病。会看护老人和孩子的机器人将是解决这一难题的最大希望。而科学家面临的最大挑战是如何让机器人满足各种服务对象的需要，无论他是老年痴呆症患者、失去部分行动能力的中风病人、或是有自闭症的儿童。
马加·马塔里其出生于贝尔格莱德，小时候她本想学习语言和艺术。1981年，和母亲移居美国后，她的叔叔逼着她选择了计算机。在麻省理工学院读研究生时，她编写的软件帮助机器人独立绕过房间里无序放置的障碍。准备博士论文时，她设计了一个牧羊机器人，它能把20只机器羊赶进畜栏。
研究生要毕业时，马塔里其开始对人与机器的互动产生兴趣。现在，44岁的她已经是南加州大学的电脑科学教授，开始研究如何让机器人和中风、老年痴呆患者和自闭症儿童互动交流，帮助他们进行身体和思维康复训练。
马塔里其告诉我说，“我们想要做些完全不同的事情，”她组成了一个小组。成员包括心理学、机械工程学、运动机能学、康复学、神经学等各领域的专家。小组成员遵从艾萨克·阿西莫夫的机器人第一定律：机器人绝对不能伤人。他们还必须决定，机器人使用什么样的语言、语调最理想；它们和人之间的亲密程度，什么样的个性和脾气对于什么样的患者最为有效。机器人将从语言上而不是行动上指导病患。(考虑到安全问题，需要肢体接触的机器也许必须通过食品和药品管理局的审批。)
2003年，马塔里其和南加州大学运动机能和物理治疗学教授卡罗利·韦恩斯坦合作，进行了一次针对中风症患者的实验。马塔里其和韦恩斯坦决定建造一个可以在家中照顾中风患者的机器人，敦促患者在日常生活中多使用因病而活动能力减弱的肢体。每年，全美中风患者多达80万人。目前，医疗保险支付给康复训练的资金有限，用于督促治疗的钱更是少得可怜。机器人是一次性投资，在病患恢复肌肉力量和行动能力后，它又可以去照顾其他病人。(马塔里其的研究仍然在初期阶段，商业应用至少还需要许多年。)
韦恩斯坦指出，那些有行为障碍(比如中风后一只手臂失去力量)的人通常会选择最容易的途径。比如，如果他们想要去拿放在架子上的麦片盒，而右手臂在中风后失去力量，他们就会换成左手。这种逃避困难的做法将导致错过生病后最关键的恢复期。一旦大脑失去灵活性，再要康复就困难了。而康复机器人通常只能通过某个单一动作进行重复训练。“这就好比，我想要向你示范如何挥动网球拍，”马塔里其解释说，“我站在你身后，抓住你的手臂，引导你完成这个动作。但是，你必须学会总结出自己的动作。如果总是需要别人抓着你的手臂，永远也学不会。你必须自己学会如何伸手拿到架子上的麦片盒，这要依据你自己的动机，你自己的指导模式。”
医疗机器人主要是用来协助医生或治疗师的工具，比如矫正设备可以在某种程度上协助中风或其它肢体受伤患者的康复训练。巴尔的摩约翰·霍普金斯大学的机械工程学教授阿莉森·冈村正和一群神经学家研究如何用机械外骨骼帮助小脑受伤的病人。这类病人无法控制他们的四肢；外骨骼机器人可以被安装在他们的手臂上，帮助他们协调身体运动。病人可以使用机器人直到康复，如有必要，甚至可以终生使用。
马塔里其研究的社交机器人，要实现与人的交流，因此更加复杂。“挑战在于要给机器人安装认知模块，这样它才能理解如何鼓励病人，”冈村说，“而我们只需要帮助人完成正确的身体动作。即使如此，也相当困难，而马塔里其要做的则更加困难。”
马塔里其的麻省理工学院导师罗德尼·布鲁克斯是设计能够在无序环境下自主行动的机器人的先锋。他帮助创办的iRobot公司除了生产著名的Roomba吸尘机器人之外，还设计了一系列在伊拉克战场上使用的机器人。“马加和我在一起的工作曾受到白蚁的启发，”布鲁克斯告诉我。白蚁能够建造复杂的巢，“她的工作是为机器人设计简单规则，像白蚁一样它们没有认知能力，单独的时候什么也干不了。”马塔里其目前研究的是社交辅助机器人，它们必须和人合作。相对于她在研究生时候的工作，这是一种自然的进化。
在和6个中风患者的试验中，马塔里其的小组发现，在受到机器人鼓励的情况下，病人更愿意接受困难挑战。类似研究也表明，当机器人在同一个房间里的时候，病人表现得更积极，效果远好于使用三维成像的虚拟机器人或者通过电脑屏幕和机器人接触。
一位叫玛丽的洛杉矶女教师于2001年中风，当时她46岁。在参加马塔里其的试验之前，她花了6个月时间接受南加州大学医学中心一位物理治疗师的训练，以恢复右手臂和右腿的力量。我看了一段她的实验录像。玛丽穿着白色外套和黑色长裤，缓慢地走到放着一叠杂志的书桌边。旁边有一个书架，高度相当于人的肩膀。她看了看几英尺外的机器人，朝它挥手说，“到这边来。”
那个机器人大约3英尺高，看上去有点儿像《星球大战》里的R2-D2。它移到玛丽身边停下。“很好，”玛丽说。机器人装在一个有轮子的移动底盘上，可以在房间里自由移动，通过声纳导航。它用一个扫描激光测距器跟踪玛丽的行动；它有一个全方位移动变焦照相机的眼睛，可以用注视、移开视线、摇头等方式和人交流。机器人的身上还装有一个麦克风，可播放事先录制声音和效果。
看了看机器人，玛丽从书堆顶端拿起一本杂志，把它放到书架顶层。当杂志放置到位后，机器人发出“嘟”的声音。接下来几分钟，玛丽将桌上的杂志一本一本放回了书架。她的速度逐渐加快，机器人的“嘟”声音也跟着加快。玛丽笑了起来。
她转身直直地看着机器人。带着狡猾的微笑，移动病弱的一条手臂，假装把桌上的杂志放回书架。然后她转身，朝机器人伸了伸舌头。
马塔里其说，“她在作弊。这让她很兴奋，因为她认为自己骗过了机器人。”但机器人并不是好骗的。玛丽的腿上绑着一条反射带，机器人可以据之跟踪她的运动。在玛丽的袖子上有一个小小的移动感应器，将玛丽的动作传给机器人，因此它知道她是否举起了手臂，正以什么方式运动。书架上的感应器在杂志被正确放置的时候会通知机器人。只有当任务正确完成时，机器人才会与玛丽交流。虽然任务持续了一个小时，玛丽似乎乐此不彼。在试验后的报告中，玛丽说，“在家时，我的丈夫完全没有用处。他只会说，‘干这个，干那个。相比丈夫，我更愿意要这个机器人。”
但是，并非所有的病人都喜欢机器人。另一段录像中，一个瘦削的50多岁男子拿一两本杂志，分别放到书架上。在此过程中，他根本没有看机器人一眼。机器人试图鼓励他，说，“继续”，“很好，继续。”而这个男人对它的鼓励无动于衷。“他看上去是否愉快？”马塔里其问，“没有丝毫笑容，没有对机器人说一句话。”任务结束后，他转身就走。
马塔里其说，和人类看护者一样，机器人需要能够判断病人的性格是内向还是外向，知道如何根据情况，以恰当方式应对。
为了测试他们的理论，马塔里其和小组用艾森克人格问卷将健康志愿者的性格分类，然后观察他们对机器人的不同反应。而这些机器人分别安装有应对外向型和内向型人格的软件。一个机器人的社交程度可以根据几点界定：它和病人之间的距离；它移动的速度；与人交流的方式。对于外向的人，马塔里其的软件让机器人靠得更近。“当然不会近到令人反感，我们总会让用户和机器人保持3至4英尺的安全距离。”她解释说，“但外向型机器人会进入你的安全区，用较高的语调对话，用的词句较多，还会用比较亲密强硬的口气，比如‘来吧，你还能完成3个。我知道你可以做得更好。’”而内向型的机器人会和用户保持较远的距离、用的肢体语言较少、说话声调较低、速度较慢。“你不希望它们咄咄逼人。”马塔里其说。内向型机器人说话的语气也比较温和，更多赞扬。
一共有19位志愿者——7人性格偏内向，12人偏外向。志愿者被要求用他们的非常用手完成任务，以模仿中风造成的伤害。他们在黑板上画线条；从桌子上拿起杂志放回书架；将铅笔从一个盒子搬到另一个盒子；翻报纸。测试的标准是看每项任务所花的时间。“当志愿者和机器人性格相符的时候，人们所用时间更长。”马塔里其说，“所以，如果你是外向型的人，我会给你一个外向的机器人。”当然，中风患者的脾气也会随着病情改变。当病情好转时，他的行为也会变得活泼起来。
于是，马塔里其和同事开发了一种学习行为的算法，让机器人从治疗方式、互动距离、运动速度等方面和用户的喜好相配合。机器人能够测量用户完成指定任务的时间，据此改变自己的行为。“我让机器人在和用户互动的过程中，慢慢地改变它们的个性。”马塔里其说。这种适应能力叫做“机器学习。”使用的程序必须慎之又慎，她解释说，因为，“你不想让机器人突然发生变化。你不会希望它突然之间变成一个暴君，这样就就失去了本来的意义。”她补充说，“但是假以时日，变化也是惊人的。社交互动的目的是敦促人们去做某事，即使违背他们的本意。过程也许是痛苦、枯燥的，还会时时让他们想到自己的缺陷。但是，你不能时时都待在让自己觉得惬意的地方，因为太舒服了，你就不会磨砺自己。”
人类教练也许能读懂病人的面部表情，但是智能机器人却很难判断外表上的细微变化。而且，病人也许会掩饰自己的感觉。为了克服这些问题，马塔里其的小组将电流感应器绑在志愿者手臂上的。马塔里其认为，感应器能够提供信息，让机器人判断病人完成某个任务是否太难，什么时候变得沮丧。(流汗等生理变化会影响感应器的读数。)有一个测试项目要求志愿者环绕一个迷宫移动环形物体，并且避免触碰到边缘。当志愿者犯错时，机器人会大声宣布他们丢掉的分数。马塔里其的小组能够判断志愿者何时决定放弃，准确度高达90%。“这样，你就能够判断他们什么时候感到厌倦了。”马塔里其说，“这时候，你可以改变模式，做其他一些事情，或者表扬他们。目的是让机器人变得善解人意。”这一系统比摄像监视器更保证用户隐私。“当机器人在房间里时，我不会烦恼自己的衣着是否得当。”
10月，马塔里其开始了一项新实验，志愿者包括12名中风患者和6名健康人。马塔里其试图根据需要调制机器的行为，以判断病人到底需要多少种类型。“显然，一些人需要一成不变地重复。”马塔里其说，“但其他人，比如玛丽，则想发现新东西。我的意思是，她不是顺服的人。这是个大问题。如何才能让人们乖乖地去做他们本不想做的事情。还有一些人特别的别扭。”作为一名曾经的教师，玛丽“也许永远不会容忍学生欺骗、蒙混过关、或者对老师伸舌头，”马塔里其说。但是她试图耍小聪明骗过机器人，这也许是想找回因为生病而失去的自我的一种尝试。“这是我们研究人机互动时考虑的另一个层面：机器人应该具备什么程度的权威？”病人不会希望完全听命于机器人，马塔里其说。“残障人士不会希望放弃剩余的自我。”
老年医学家发现，如果给疗养院的房间内加入金鱼缸，住户们会聚集在一起看鱼；这不仅能鼓励交谈，还能鼓励健康饮食。机器宠物不像真的宠物一样需要照料，但同样能够帮助增加人们的交流，减少压力。马塔里其希望通过机器人创造同样的效果，特别针对轻微或中度老年痴呆症患者。在一段拍摄于加州西尔弗拉多一个老年看护中心的录像中，一个机器人正在对一个满头银发，看上去弱不经风的老妇人演唱《雨中曲》。他们正在玩一个游戏——猜猜歌曲名。病人会按3个按钮中的一个，选择答案。(机器人会给一些提示，比如“天气”)。过了一会，老夫人也开始跟着哼唱起来。然后她选了第一个按钮。机器人宣布，“正确的按钮！”，还同时拍了拍手表示祝贺。后来，老妇人又通过电脑和屏幕上机器人玩同一个游戏，这一次，她根本不看屏幕，花了很长时间才猜对歌曲，按下正确按钮。
研究开始时，老年痴呆症患者通常回避和机器人视线接触，也很少主动说话。一段时间过后(实验持续了6个月)，病人情况显著改善。他们的注意力集中了，经常按下正确的按钮。“在可能的范围内下，他们的表现进步了。”马塔里其说，“但如果不是面对实实在在的机器人，而是通过电脑屏幕，则没有这样的效果。这个结果违背我们的直觉判断。因为你会认为老年人无法接受机器人，会排斥它们古怪的模样。但事实上，它们比电脑屏幕要亲切。”
马塔里其开始了一个新研究，估计将持续到今年年底。研究要使用一个会做“我说你做”游戏的机器人。(“我说你做”游戏中，有一人扮演指令发起人西蒙。其他人必须根据情况对充当西蒙的人宣布的命令做出不同反应。如果西蒙以‘西蒙说’开头来宣布命令，则其他人必须按照命令做出相应动作。如：西蒙说：“西蒙说，跳。”其他人就必须马上跳起；而如果西蒙没有用‘西蒙说’开头，而直接宣布命令，“跳”则其他人不准有动作，做动作的人被淘汰出游戏。)不久前，罗伯特·伍德·约翰基金会拨款给她做一个更大范围的研究，包括70名志愿者，其中有健康人也有老年病人。该研究将比较社交辅助机器人和电脑在引导进行大脑功能康复训练中孰优孰劣。
西尔弗拉多的实验还显示，一些老人和轻度老年痴呆症患者会把他们的情感投射到机器人身上。“一名女患者用她孙子的名字叫机器人。”马塔里其说，“还有病人说，他们会重新安排自己的计划，空出时间和机器人唱歌。但事实上，他们没有什么需要安排的。但这对他们而言是一天中最精彩的时刻。”在6个月的时间里，机器人成为病人生活中的一部分。
