给孩子一本字帖或画册，一支笔，一张纸，他们就能瞎玩一天；扔给他们几张画，也能 “照葫芦画瓢”。哪怕是从没见过的一幅猫咪简笔画，孩子看一眼就可以落笔：先画一个圆，再来俩三角形的耳朵，然后……
小孩子画画不成问题 | pixabay
但对于机器人来讲，这件事简直太难了。
机器人当然能够“临摹”出和原作一模一样的作品，它能把一幅画看作是平面上分布的墨点，然后再像打印机一样把这些像素点在一张纸上打出来。但是要它拿着笔，照着陌生的临摹对象，用“合理”的笔画轨迹来一遍，就有太多需要判断的事情了：第一笔从哪里开始，又在哪里结束？接下来该怎么办？
笔画顺序对，落笔若有神
在布朗大学，计算机科学家建立了一套算法，尝试“让一个名叫Atsu的机器人像人一样书写”。
机器人临摹的算法模型 | pown university
对于人类来说，看到字，就看到了横竖撇捺，甚至看出个竖折弯钩；看到画，也会迅速拆解成出圆圈、波浪线、三角形等等。临摹对象既是整体，也是局部，经验无形中帮助着我们。研究人员们也从这个思路入手，训练机器人对于画的“理解”。
布朗大学带领这个项目的本科学生小谷敦信（Atsunobu Kotani）说，让这套系统成功的关键，在于算法针对要临摹的图画运用了两套独立的模型。先用一个全局模型，将整个图画看做一个整体，识别出第一笔最可能从哪个点开始。一旦笔画开始，算法便会放大图像，一个像素一个像素地观察图像，决定笔画的走向和长度。当它触及到笔画的结束点，算法再次调取全局模型来决定下一笔从哪里开始，然后再次回到放大模型。如此往复，直到整个图画完成。
机器人写字 | pown university
“一个有手写文字或手画小图的目标图像摆在那里，机器人看几眼，就可以一笔一划很流畅地临摹出来，”小谷说。在他们的算法下训练出来的机器人画出的手稿，可以媲美人类的作品，难以分辨究竟出自人还是机器人。
写字机器人的真身 | pown university
从头开始学习笔画顺序，正是这项研究的独特之处。而此前的做法看起来不怎么高明，比如提前告诉机器人笔画是怎样的。指导老师Stefanie Tellex说。“每次你想让机器人写点什么，都必须得编排好笔画。而Atsu所达到的效果是，你可以随便写写画画，然后它可以临摹出来。虽然写出来的笔画顺序并不总是完全正确的，但是已经接近完美了。”
语言切换，风格变化，没在怕
仅仅依靠算法学会一种语言的书写笔画，还不够像人。人还得足够灵活，一个机器人如果只会临摹一种语言的书写，那可很那说它“像个人”。Atsu还有另一个独特之处对临摹的经验概括化，并且形成可移植的临摹能力。换句话说，就是照葫芦也能画瓢了。
这其实是一个比较意外的收获。
小谷最初训练这套算法使用的是日文假名，临摹假名和笔画的正确率达到93%。他们没想到的是，这套算法紧接着临摹出了类型迥异、且机器人此前从未见过的字母比如英文字母和日语的草写体。
机器人写的日语 | 图片来源
“光是它学会日文假名，就够我们开心的了，”Tellex说，“当它开始写英文的时候，我们惊呆了。并且决定看看它究竟能做到什么程度。”
Tellex和Kotani让每一个在实验室工作的伙伴用自己的母语书写“你好”，包括希腊语、印地语、乌尔都语、中文、意第绪语等。机器人临摹这些“你好”的正确度相当不错。
“机器人用这么多种不同语言书写的时候，我觉得很美妙，”Tellex说，“简直太酷了。”
机器人临摹11种语言 | pown university
甚至，这个机器人还学会了画画。它的最高杰作是对一副蒙娜丽莎的小图的临模小谷在Tellex实验室的白板上画了这幅图，然后放手让机器人尽情学习。机器人在原画的正下方劳作起来。
“在一个早晨，我们的机器人终于临摹成功了，”Kotani说。“当我回到实验室的时候，所有人都站在白板前，看着那副临摹的蒙娜丽莎，问我这是不是机器人画的。他们都无法相信。”
机器人在画蒙娜丽莎 | pown university
这是一个重要时刻，因为“就在这一刻，我们的机器人超越了单纯的印刷。”一个喷墨式打印机也能复现一幅图，但那是打印头来来回回拉一条条线逐渐组成图画的。而这个机器人却是用类似人类的笔触，画了一幅画，用小谷的话来讲“更加人性化，也更有表现力。”
“我希望机器人能做人类能做到的任何事，”Tellex说。“我尤其对机器人使用语言这件事感兴趣。书写是人类运用语言的一个方式，因此我们觉得我们应该试试。”
研究人员小谷敦信 | pown university
参考文献
[1] Kotani, A., & Tellex, S. (2019). Teaching Robots To Draw. In IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA).
[2] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-05/bu-bur051519.php
[3] https://www.pown.edu/news/2019-05-15/robowrite
[4] https://h2r.cs.pown.edu/wp-content/uploads/kotani19.pdf
作者：小金牙
编辑：李子李子短信
一个AI
AI 告诉你们，家长签名老师根本不看的，别拿机器人大材小用了。
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