仿人思维的双足类人机器人自主舞蹈创作研究

Robotic dance is an important research field of human-robot interaction and artificial intelligence, and robotic choreography focuses on creating high-quality robotic dance works by robotic own intelligence and human’s interaction.However, the high-quality robotic dance works requires : (1) the preservation of the characteristics of human dance; (2) the innovativeness of the dance; and (3) the accordance with human aesthetics. None of the existing achievements meet the three requirements simultaneously.Therefore, this project draws experience from the human thinking of dance creation, uses the theory of machine learning, and constructs and realizes a model of creating high-quality robotic choreography autonomously by a biped humanoid robot.The specific researches include that: the dance expressive space is given; the dance memory space is built by using imitation learning and the constraint lifting algorithm; a new semi interactive evolutionary computation method is designed to innovate robotic dance poses autonomously which are accordant with human aesthetics; with the help of the mechanism of balance detection and compensation, and movement connection, a biped humanoid robot can create high-quality robotic dance works autonomously, which acts like human thinking. Our preliminary experiments have verified this model's feasibility.Furthermore, our project fills the gap in providing new approach to create robotic choreography, and it develops human-robot interaction,and the autonomous intelligence and friendliness of robot.Moreover, it is also crucial for inheriting human’s dance cultures, curing psychological illnesses, and developing intelligent toys.

机器人舞蹈是研究人-机器人交互与人工智能的一个重要领域，其舞蹈创作强调了机器人应通过与人交互并利用自身智能来创作出高品质舞蹈。然而，高品质舞蹈要求既要保持舞蹈本质特征，又要有创新性，同时要符合人类审美；以往的研究很少能同时兼顾上述要求。因此，本课题借鉴人类舞蹈创作思维，使用机器学习理论，构建并实现一种双足类人机器人自主创作高品质舞蹈的模型。具体研究是通过给出舞蹈表征空间，利用模仿学习与限制释放算法建立舞蹈记忆空间，并设计半交互式进化计算方法让机器人自主创新出符合人类审美的舞姿，再辅以平衡侦测与补偿、动作联接等机制，最终使类人机器人能模仿人类思维方式自主完成其高品质舞蹈创作；已通过初步实验验证了其可行性。显然，该研究对于发展人-机器人交互、机器人自主智能以及友好性，丰富机器人舞蹈创作新的构建途径，无疑有着重要的学术意义；同时对于人类舞蹈文化传承、心理疾病治疗及智能玩具开发也具有重要应用价值。

探索社会机器人的智能化、社会化行为是人工智能研究中的一个重要内容，旨在发展其自主能力、人-机器人交互能力、合作能力、以及自我意识。艺术创作是人类为自身审美需要而进行的精神生产活动，也是人类独有的高级思维活动。通过艺术创作，社会机器人能够模仿人类的思维、行为及认知方式，有助于进一步提升其人工智能水平。.本项目以机器人学、舞蹈学、认知神经科学、神经美学等理论为基础，以机器人舞蹈为切入点，探索了类人机器人自主舞蹈创作这一人工智能活动，主要研究内容包括：（1）建立了类人机器人舞蹈表征空间，形式化表示了类人机器人舞蹈的相关概念（如：舞蹈元素、姿态、动作、作品等）；（2）通过融入人类的舞蹈创作思维（模仿、记忆、想象、加工、组合），构建了类人机器人自主舞蹈创作模型，较好地调和了保持舞蹈本质特征与创新性间的矛盾；（3）针对自主审美这一机器人舞蹈创作的核心问题，依托人类行为模仿、多模态信息融合以及类脑计算，设计并实现了三种类人机器人舞蹈姿态的自动机器审美模型，使类人机器人具备了人类舞蹈专家的审美理解与判断的能力；（4）针对类人机器人自主审美过程中存在的现象意识，建立了一种异歩自省理论，解释了关于 “我”、“自我”、“主观体验”概念的生成过程；（5）构建了若干种改进的递归神经网络模型，加强了机器人运动和动作控制；（6）在视觉图像编码、动作视频中的视觉目标跟踪与模式识别方面，提出了有效的模型与算法，增强了类人机器人自主舞蹈创作过程中的视觉理解能力。.本项目的研究成果表明：类人机器人可以通过模仿人类的思维、行为与认知方式，自主完成舞蹈创作这种人类的高级精神活动，从而进一步提升其智能水平与机器意识。同时，通过本项目的研究，不仅推动了机器人舞蹈关键方法和技术的发展，为机器人艺术创作提供了共性技术和参考依据，也为人类舞蹈文化传承活动、心理疾病治疗及智能玩具开发等应用场景提供了解决方案。