丹妮拉·鲁斯：黑科技诞生地麻省理工的AI教母

2015 年，当布兰登·阿拉基（Brandon Araki）成为麻省理工学院机械工程专业的硕士候选人时，他带来了一个可以飞行，可以爬行，也可以抓取小物件的微型机器人“ picobug”。在阿拉基进入丹妮拉·鲁斯的分布式机器人实验室之前，他曾与一些大学的合作伙伴共同研发出了重 30 克、掌心大小的小型自主机械。那时候，他还不太清楚接下来要怎么拓展 picobug，但当他的新老板鲁斯看到机器人的各种操作时，她被迷住了，她说：“我要 100 个 picobug！”

这份请求并非出自纯粹的兴奋，作为计算机科学与人工智能实验室的主管，鲁斯想象的是未来将会由自主机械执行飞行、驾驶和简单手术等任务。她说：“我的梦想是世界上遍布着机器，无处不在的机器人将融入人们的日常生活，帮助每个人承担体力工作和认知任务。”

基于阿拉基的项目，鲁斯设想出了一支能够在城市中运送包裹的大型自主无人机舰队。但这只是鲁斯和研究人员正在开发的几十个系统中的一个，这些系统可能会对日常生活的诸多方面有所贡献。最近，他们展示了药丸大小的机器人，该机器人可以在人体内运动从而修复内部创伤。他们还通过向前飞行和扫描盲点等技术，将无人驾驶飞机与自动驾驶汽车配对。团队也为多机器人系统开发了新的通信技术和安全模型。同时，实验室还开发出了新颖的机械手、仿生鱼、盲人可穿戴的导航系统和能够减震的机器人皮肤等等。

身体和大脑

鲁斯今年 54 岁，生长在共产主义国家罗马尼亚，她在幼年的时候就迷上了科学技术。她的父亲是一位计算机科学家，所以她很早就开始接触星际迷航、儒勒·凡尔纳和荷兰卡通片《巴巴爸爸(Barbapapa)》，她承袭了家人的特点，也成为了一名设计机器的发明家。

在移居到了美国之后，鲁斯在爱荷华大学修习了计算机科学和数学，然后前往著名的计算机科学理论家约翰·霍普克罗夫特（John Hopcroft）所在的康奈尔大学攻读博士学位。然而，在她攻读博士学位期间，当她设计了一些算法帮助机器人抓取和操纵目标物体时，她发现，在上世纪八十年代末到九十年代初，机器人系统的能力并不符合她童年时期的科幻愿景。当她回忆起来的时候说到：“我有这些漂亮的算法，在模拟中也非常有效，但就是没有机器人可以实现算法所需要的那种力和力矩。”

从康奈尔大学毕业以后，鲁斯成为了达特茅斯学院的计算机科学教授，还成立了达特茅斯机器人实验室。她此前已经与一支机器人团队协同合作，将自己的研究重点扩大到了自重构模块化机器人，这些机器人可以呈现不同的形式和形状，就像她童年看到过的卡通人物一样。尽管如此，她还是遇到了同样的挑战。这些系统只能在计算机模拟中充分显示出来，但还没有出现能够实际执行算法的机器。

鲁斯意识到，为了赋予机器人真正的能力，它们的大脑和身体需要实现同等的进步。她说：“你需要一个能控制身体的大脑，但是身体必须能够完成你给它的任务。因此，你需要考虑身体的能力，然后科学和数学才能赋予身体所需要的控制系统。”

2003年，鲁斯成为了麻省理工学院的教员，她把实验室也带来了，并更名为为分布式机器人实验室，旨在实现普及机器人的愿景。2005 年，她成为了计算科学与人工智能实验室机器人中心的联合主任，三年后成为了实验室的副主任。

到 2012 年，她开始考虑休个假，同时开始创业。不过，鲁斯对研究的热情并没有消退，她只是在寻找一些不一样的东西。然后，她才知道主任的职位只是在实验室的开端。她说：“这是一个非同寻常的组织，它在塑造未来中起到了巨大的作用。能够为实验室添一份力，帮助它发挥出更大的影响力，这就像是美国梦一样。”所以最后她决定，休假可以再等一等。

计算科学与人工智能实验室

在史塔特科技中心（Ray and Maria Stata Center），当 2012 年鲁斯接手时，计算科学与人工智能实验室已经公认为世界顶尖的计算机科学研究中心。今天，计算科学与人工智能实验室已将 7 位麦克阿瑟天才奖得主、8 位图灵奖得主和蒂姆·伯纳斯-李爵士纳入麾下。作为麻省理工学院最大的研究实验室，它拥有 115 名主要研究者和数百名科学家以及学生，研究项目超过 800 个。鲁斯说：“这里有很多创意，我们每个人都是大梦想家。我们是一个梦想的结合，我的角色则是确保我们有环境能够培养这些伟大的梦想和想法。”

为了做到这一点，鲁斯想要在实验室内培养起一种文化，从行政人员到教职员工，帮助实验室内的每个人成长。她试图通过寻常方法来维护团体意识，包括定期会议、社交聚会和座谈会。有一次，鲁斯为女儿买的一架钢琴被误送到了实验室，于是实验室的成员演奏了这架钢琴。当她回忆起来的时候，她说：“在这两个星期里，我看到许多学生实际上都是非常有才华的艺术家。有一天，我听到一个学生在演奏肖邦的曲子，实在是太动听了。”

在鲁斯运营管理实验室时，她的另外两项战略即为“资源”和“思想”，这二者之间也是息息相关的。鲁斯找出了在计算中可能会带来严重影响的问题，然后她开始寻求合作伙伴的资金帮助，确保这些问题能够得到解决。在她 2012 年担任起主任时，她提出了一项关于大数据的倡议，而此前她已经提出了四项以上的行业或政府倡议，主题涵盖了网络安全、自主车辆、机器学习和医疗保健等方面。

例如，鲁斯与丰田公司建立起了一个耗资 2500 万美元的自主汽车项目，同时建立起了 Toyota-CSAI 联合研究中心。与谷歌和优步不同，鲁斯所设想的无人驾驶汽车将会配备激光测距仪和其他先进的传感器，以此帮助人们在拥挤的城市中或恶劣的天气下安全驾驶。只有当你碰到一个危险的急转弯，或在旁边车道有车的情况下突然变更车道时，汽车才会完全处于自动控制状态。

这一商业计划包括 17 个不同的项目，分布在计算科学与人工智能的各大实验室中，而由她本人带领的分布式机器人实验室则专注于计算机视觉、机器学习和传感器开发。她表示：“我对跨越多个计算领域的项目非常感兴趣，而且项目规模比每个研究人员自己所能做出来的都要大。” 作为主管，鲁斯认为自己也是实验室的代言人，用科学说故事，在会议上和其他研究人员共同分享实验室的新进展。

自治科学

鲁斯说，分布式机器人实验室的工作是为了推进自治科学。项目一般采用同样广泛的方法，最开始是识别和理解一个问题，然后期待机器人能解决这一问题。接着，研究人员开发算法来控制机器，模拟运行，最后在现实世界中测试它们。

2016年，鲁斯、机械工程本科生史蒂夫·古特朗（Steven Guitron） 、计算科学与人工智能实验室博士后李曙光（音译 ， Shuguang Li） 和其他机构的同事共同开发出了一款可折叠机器人。为了使其能够工作，他们必须设计出机器人主体，而该主体可以压缩在胶囊大小的药丸中，当胶囊溶解的时候，机器人就可以展开和执行任务了。该微型机器尚未在人体内测试，但鲁斯说，未来的版本可以用在微创手术中，让患者在手术后没有任何切口或身体疼痛。

可折叠机器人也与她先前所研究的自重构机器相关，不过前者在重构机器人主体方面做出了更多努力。鲁斯在她的实验室里成立了软体机器人小组（Soft Robotic Group），因为她认为传统机器人有着太多的局限性。该小组的首批成员之一罗伯特·卡兹曼（Robert Katzschmann）设计出了具有灵活制动器和人造肌肉的仿生鱼。

后来，当卡兹曼与其他成员合作，希望提高机器人抓取易碎物品的能力时，他改造了仿生鱼的制动器，为 Baxter 一样的人形机器人设计出了新的机械手。不像过去呆板的机器人那样，卡兹曼所设计的机械手拥有三根手指，比较灵活，可以弯曲，也可以产生感觉，在不使用视觉算法前提下，可以识别并抓取更广泛的物品。

鲁斯还致力于提高机器人的推理能力，让它们能够做出正确的决策。瓦西里（Vasile）正在开发的算法将会确保自动驾驶汽车能始终安全运行，避免与其他车辆和行人发生碰撞，同时满足道路规则与行驶效率之间的平衡。不过，智能汽车只能根据自身可访问的数据做出决定。例如，汽车无法在一个拥挤的停车库中看到转角。因此，分布式机器人实验室中的一个小组，将每辆自动驾驶汽车与无人机配对，当汽车进入识别盲区时，无人机飞向前方，然后扫描这些区域潜在的危险，最后将视频发送回车辆进行处理。

同样，阿拉基在设计机器人小组时，他需要重新考虑物理机器人及其控制系统。他把 picobug 的腿换成了更可靠、更易于控制的轮子。接下来，他必须弄清他的机器人是如何在模拟的城市环境中找到自己的方向的。来自机械工程专业的他，从未设计过这种控制系统，但鲁斯希望她的学生能够掌握尽可能多的技能。

因此，阿拉基改编了一个算法，旨在帮助机器人小组共同规划快速且无碰撞的自由路线。由于阿拉基的机器人可以飞行，所以他修改了算法，让机器人可以在人行道上方移动，然后再优化效率，因而无人机不会很快就耗尽电量。到目前为止，他已经设计出了八个这样的机器人，在鲁斯和实验室其他成员的帮助下，他证明了飞行汽车可以在九平方米的模型城市中快速移动且不发生碰撞。

新的统计数据照亮了自动化的前景

沟通是实现未来机器人世界的另一个关键。如果大量有能力的机器将在现实世界中运行，不管它们是在飞行、驾驶还是操持家务，它们都需要更有效地与人进行沟通。在鲁斯的帮助下，计算机科学家斯蒂芬妮·吉尔（Stephanie Gil）开发的算法，能够使机器人感知无线信号强度的变化，预测并转移到信号可能更好的地方，以此提高它们的沟通能力。这一点是至关重要的，如果你要派出一队机器人到灾区救灾，那么它们就能有效扫描那块区域，同时与其他机器人和人类官员迅速分享关键信息。

在了解了无线信号如何传播更多信息后，吉尔还找到了一种方法，能够猜测定向信号的可能来源，以及该信号是否来源于已知的实体，例如房间中的另一台机器人或身份不明的一方。她说：“我们可以确定是否有诱骗装置（spoofer）或恶意代理将信息添加到无效图片中。”

如果鲁斯的期待得以实现，那么结果则至关重要。本来黑客操纵你的电脑就非常危险了，现在想象一下，如果有个人抓取了自动驾驶汽车的控制权，这是否更让人心惊胆寒。

也许这些项目看起来互不相关，但鲁斯和她的学生非常清楚仿生鱼、安全、无人驾驶汽车和无人机之间存在的联系。卡兹曼说：“你可能认为这些东西毫无联系，但它们的背后存在一张更大的蓝图。如果你希望每个人都能用得上机器人的能力，你就需要在很多不同领域有所创新。在这一点上鲁斯非常有远见，她最终将把这一切都联系到一起。”

为了这样的愿景，鲁斯能在前一天深夜结束了 TEDx 演讲后，第二天一早仍与她的实验室成员见面，或者飞往中国讨论一整天的潜在研究伙伴关系，然后第三天接着工作。

当你在构建未来的时候，根本没有休息的余地。鲁斯感叹道：“二十年前，计算领域是留给少数专家的，但是再看看我们现在的生活。计算真的彻底改变了我们的工作、生活和娱乐，我期待机器人有朝一日也能产生如此巨大的影响。”

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