無人智群及其社會(huì)融合

一、引言我們的社會(huì)因科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展，并發(fā)生了深刻的改變。然而，在環(huán)境可持續(xù)性、城市基礎(chǔ)設(shè)施、健康醫(yī)療等方面仍然存在著巨大的工程挑戰(zhàn)。如今，高度發(fā)展的無人系統(tǒng)的能力已經(jīng)變得越來越強(qiáng)大，而且成本低廉。此類系統(tǒng)進(jìn)一步與云計(jì)算和邊緣計(jì)算、5G、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和大數(shù)據(jù)相融合，可以使網(wǎng)聯(lián)的無人系統(tǒng)作為一個(gè)“團(tuán)隊(duì)”協(xié)作運(yùn)行，以應(yīng)對(duì)我們社會(huì)的巨大挑戰(zhàn)。正如我們?cè)谌粘Ｉ钪兴吹降?，無人系統(tǒng)作為人工智能（AI）的具象體現(xiàn)，正在逐步普及。例如，多種無人機(jī)系統(tǒng)在國(guó)家空域飛行，網(wǎng)聯(lián)的自動(dòng)駕駛汽車在道路上行駛，外科機(jī)器人在醫(yī)院里手術(shù)，服務(wù)機(jī)器人走進(jìn)家庭為老人和有特殊需要的兒童提供健康護(hù)理。然而，盡管網(wǎng)聯(lián)無人系統(tǒng)取得了顯著的成就，但它們現(xiàn)有的能力與應(yīng)對(duì)重大挑戰(zhàn)所需的能力之間存在差距。我們認(rèn)為，潛在的原因主要有兩個(gè)方面。首先，目前的網(wǎng)聯(lián)無人系統(tǒng)主要是被設(shè)計(jì)成適用于范圍狹窄的特定領(lǐng)域任務(wù)。這阻止了無人系統(tǒng)在更大范圍內(nèi)的群智涌現(xiàn)，以應(yīng)對(duì)任務(wù)和環(huán)境的復(fù)雜性。其次，“無人化”的趨勢(shì)越來越明顯，使得“人性”的部分沒有得到繼承，這使人們?cè)陉P(guān)鍵任務(wù)上很難信任、接受和使用無人系統(tǒng)。事實(shí)上，人類對(duì)無人系統(tǒng)的態(tài)度以及無人系統(tǒng)對(duì)人類行為的影響研究相對(duì)較少，這將最終損害我們使用無人系統(tǒng)的預(yù)期社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。事實(shí)上，來自智慧社會(huì)的需求牽引無人系統(tǒng)離開其典型的結(jié)構(gòu)化和受控環(huán)境，與人類一起工作。換言之，無人系統(tǒng)應(yīng)該達(dá)到全面的人類水平的智能，以便在復(fù)雜環(huán)境中與人類一起執(zhí)行不同的任務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)人類與無人系統(tǒng)之間愉悅和諧的共存，以便使人類更好地生活和工作，出現(xiàn)了以下問題：①如何共同凝聚各種無人系統(tǒng)的力量，為人類提供服務(wù)，以應(yīng)對(duì)苛刻的需求以及動(dòng)態(tài)和不確定環(huán)境中的未知事件？②這些能力強(qiáng)大的系統(tǒng)如何能與人類協(xié)作，被積極正向地感知和評(píng)價(jià)，并在社會(huì)中被廣泛接受？將無人系統(tǒng)融入社會(huì)并非易事，因?yàn)槲覀兊母ｌ砩踔辽谝欢ǔ潭壬弦蕾囘@些無人系統(tǒng)（如自主駕駛汽車的應(yīng)用）。無人系統(tǒng)社會(huì)化運(yùn)行是一個(gè)迫切的需求，這將使得多無人系統(tǒng)能夠在未知環(huán)境中識(shí)別、理解和建立彼此及與人類或物體（可能先前未知）之間的關(guān)系。為了滿足這一需求并更好地服務(wù)社會(huì)，本研究提出的無人智群（UnIC）是由具有社會(huì)意識(shí)的無人系統(tǒng)組成。無人智群的核心原則是提高無人系統(tǒng)的認(rèn)知能力，并將人類的需求作為一個(gè)不可缺少的部分，從而實(shí)現(xiàn)人造的無人系統(tǒng)在交互過程中具有人性化的思維，并在感知、決策和行動(dòng)上符合人類的偏好。UnIC的“Un”代表了網(wǎng)聯(lián)無人系統(tǒng)的凝聚力，更具體地說，它代表了來自大范圍無人系統(tǒng)的能力聯(lián)合。從廣義上講，關(guān)于無人智群中無人系統(tǒng)的范圍，我們沒有明確區(qū)分在多域運(yùn)行（空、海、陸和太空）的機(jī)器人/機(jī)器和自主無人駕駛車輛，原因如下：第一，它們的共同特點(diǎn)包括移動(dòng)的、自我維持的、自我引導(dǎo)的，并且資源豐富；第二，盡管多域運(yùn)行，但其在安全關(guān)鍵性或任務(wù)關(guān)鍵性的特征是相同的；第三，它們?cè)诤献?、認(rèn)知和社會(huì)性方面面臨著高度的挑戰(zhàn)。與智能虛擬智能體不同，UnIC中的無人系統(tǒng)有作為AI的具象化的實(shí)體，并在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)可以移動(dòng)。僅舉幾例，UnIC中的無人系統(tǒng)包括航天器、飛艇、無人駕駛飛行器（UAV）、無人地面車輛（UGV）、無人水面車輛（USV）、無人水下車輛（UUV）、仿人、仿人機(jī)器人。智能是UnIC的核心，它主要是指協(xié)作、交互和社會(huì)智能。這種智能的來源可以是生物啟發(fā)、類腦啟發(fā)和社會(huì)啟發(fā)。與現(xiàn)有的無人系統(tǒng)相比，UnIC的智能的內(nèi)涵和來源是不同的。當(dāng)與其他無人系統(tǒng)、人類、物體和環(huán)境交互時(shí)，最先進(jìn)的無人系統(tǒng)已經(jīng)展現(xiàn)出解決“什么”“什么時(shí)候”和“哪里”的問題的能力，但把“誰”“為什么”“如何”和“如果”等基本問題留給人類。由于這些不足的存在，人類偶爾認(rèn)為機(jī)器行為是笨拙、奇怪甚至危險(xiǎn)的也就不足為奇。事實(shí)上，解決這些深層次的問題要求無人系統(tǒng)擁有強(qiáng)大的匹配人類水平認(rèn)知能力，如推斷和推理，以及匹配人類水平的社交能力，如關(guān)系理解和建立。為了達(dá)到這一目標(biāo)，UnIC預(yù)計(jì)將擁有先進(jìn)的并且互補(bǔ)的協(xié)作、交互和社會(huì)智能?！凹骸笔菓?yīng)對(duì)復(fù)雜性的一種基本形式。UnIC中的集群是指一種新的合作模式，可直觀地理解為是無人系統(tǒng)網(wǎng)聯(lián)后產(chǎn)生的團(tuán)隊(duì)、功能和服務(wù)。這里我們主要強(qiáng)調(diào)集群的兩個(gè)方面：成員和結(jié)構(gòu)。關(guān)于成員資格，智群的集群模式是開放和動(dòng)態(tài)的，這意味著集群中的成員可以調(diào)整他們的策略，并在物理、信息和社會(huì)空間中產(chǎn)生新集群。因此，一個(gè)無人系統(tǒng)可能參與到多個(gè)集群中，并扮演不同的角色。關(guān)于結(jié)構(gòu)，集群可以是分層和嵌套的小組形式，也可以是由各種質(zhì)量、規(guī)模和組分形成的無人系統(tǒng)的團(tuán)隊(duì)。值得注意的是，這些特征也不同于衛(wèi)星集群/星座、服務(wù)機(jī)器人、無人機(jī)編隊(duì)或蜂群、網(wǎng)聯(lián)自主汽車和無人機(jī)艦隊(duì)中的傳統(tǒng)集群。對(duì)于傳統(tǒng)的集群，無人系統(tǒng)通常為特定的任務(wù)而固化設(shè)計(jì)，并且機(jī)器之間或人與機(jī)器之間的社會(huì)交互規(guī)則往往是逐個(gè)任務(wù)設(shè)計(jì)的。這種封閉系統(tǒng)的缺點(diǎn)是無法與大規(guī)模網(wǎng)聯(lián)無人系統(tǒng)中的正確參與者建立關(guān)系，因此無法在新情境下為不同的任務(wù)抽象出相應(yīng)的能力。UnIC通過大規(guī)模的社會(huì)連接和協(xié)作來區(qū)別于封閉的系統(tǒng)，這些連接和協(xié)作通過以下方式來實(shí)現(xiàn)：具有靈活多變的群體成員的可擴(kuò)展性，具有安全訪問的互操作性，功能和服務(wù)的虛擬化，以及按需重構(gòu)的靈活性。無人系統(tǒng)在傳統(tǒng)上被用于替人執(zhí)行所謂危險(xiǎn)、枯燥和骯臟（3D）的任務(wù)。然而，在一個(gè)更加數(shù)字化的現(xiàn)代世界中，它們有望作為認(rèn)知的、協(xié)作的和陪伴的（3C）伙伴，以有組織和網(wǎng)絡(luò)化的方式與人類共存。預(yù)計(jì)UnIC將適應(yīng)這種角色的轉(zhuǎn)變和隨之而來的新挑戰(zhàn)。網(wǎng)聯(lián)無人系統(tǒng)是全球范圍的研究熱點(diǎn)。中國(guó)在2016年啟動(dòng)了一項(xiàng)為期8年、耗資兩億美元的國(guó)家研究計(jì)劃，名為共存-合作-認(rèn)知（Tri-Co）機(jī)器人，目的是探索人-機(jī)器和機(jī)器-機(jī)器的合作。其提出的共存將使機(jī)器人無處不在地與人類一起安全地工作，而合作將使機(jī)器人與其他智能體（人或機(jī)器人）有效地協(xié)調(diào)。在歐洲，H2020項(xiàng)目啟動(dòng)了“基于陸地、空中和水面的多域未來互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)”，重點(diǎn)是協(xié)調(diào)多個(gè)跨領(lǐng)域的無人系統(tǒng)；同樣，自主水下航行器的合作認(rèn)知控制（Co3AUV）項(xiàng)目也已啟動(dòng)。另一個(gè)名為“RoboticUBIquitousCOgnitiveNetwork”的歐洲項(xiàng)目研究了機(jī)器人生態(tài)學(xué)概念，目的是使用協(xié)作無人系統(tǒng)來提供日常生活中的普適性服務(wù)。在美國(guó)，泛在協(xié)作機(jī)器人計(jì)劃（NRI-3.0）和全球許多機(jī)器人項(xiàng)目都是為了實(shí)現(xiàn)類似的目標(biāo)。在工業(yè)界，SpaceX公司的Starlink系統(tǒng)一直通過大量的合作式低軌道衛(wèi)星提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。綜上，上述研究工作都為UnIC的實(shí)施打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文的組織結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)討論了相關(guān)的工作和概念；在第3節(jié)中，我們概述了無人智群的基本概念，強(qiáng)調(diào)了人類和社會(huì)交互的作用；第4節(jié)介紹了支持UnIC的關(guān)鍵使能技術(shù)；在第5節(jié)中，我們簡(jiǎn)要介紹了一些關(guān)于機(jī)器的社會(huì)融合的研究；第6節(jié)列出了尚未解決的關(guān)鍵開放問題；最后，第7節(jié)得出了結(jié)論。二、相關(guān)工作和概念現(xiàn)有的與協(xié)作無人系統(tǒng)相關(guān)的研究非常豐富，其中泛在機(jī)器人和蜂群是代表性的主題。這兩個(gè)主題和UnIC都強(qiáng)調(diào)了多個(gè)無人系統(tǒng)的協(xié)作和網(wǎng)聯(lián)。此外，泛在機(jī)器人技術(shù)與UnIC的共同點(diǎn)是，都提出將無人系統(tǒng)嵌入日常生活和環(huán)境中。然而，UnIC在集群的形成和組成上與它們有所區(qū)別。與泛在機(jī)器人技術(shù)相比，UnIC可以形成具有不同規(guī)模和成員資格的動(dòng)態(tài)集群。至于蜂群，它通常指的是由一群同質(zhì)化的成員組成，用于執(zhí)行狹窄范圍的任務(wù)。在很多情況下，其成員個(gè)體的能力、智能和成本都比較低。與蜂群相比，UnIC允許無人系統(tǒng)在自主水平或社會(huì)身份等多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)異質(zhì)性。此外，無論是蜂群還是泛在機(jī)器人，似乎都沒有積極考慮人類在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用，而UnIC概念強(qiáng)調(diào)的是一種開放、可交互操作、可重構(gòu)，特別是對(duì)人類有主動(dòng)意識(shí)感知的協(xié)作集群結(jié)構(gòu)。近年來，將“人”引入工程系統(tǒng)是值得注意的新趨勢(shì)。相關(guān)的工作包括人與系統(tǒng)之系統(tǒng)和以人為本的多智能體系統(tǒng)（MAS）。在下文中，我們簡(jiǎn)要介紹了兩個(gè)代表：信息-物理-人系統(tǒng)（CPHS）和人在環(huán)物聯(lián)網(wǎng)（IoT），強(qiáng)調(diào)了與所提出的UnIC概念相比的相似性和差異。（一）信息-物理-人系統(tǒng)信息物理系統(tǒng)（CPS）不僅是一個(gè)與UnIC密切相關(guān)的領(lǐng)域，也是UnIC的主要先驅(qū)之一。CPS刻畫了信息系統(tǒng)要素（如通信和計(jì)算）與物理系統(tǒng)要素之間的交互作用，范圍廣泛，從飛機(jī)上的航空電子設(shè)備到用網(wǎng)聯(lián)自主駕駛車輛。在CPS的基礎(chǔ)上，CPHS進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到“人”是社會(huì)人并且具有社會(huì)關(guān)系。在這種情況下，人在社會(huì)聯(lián)系中移動(dòng)，增強(qiáng)的信息要素可以疊加在人類活動(dòng)和行為上。人參與的重要性在工業(yè)CPS、工廠CPS和住宅CPS中也得到認(rèn)可。這些概念在更大范圍內(nèi)的延伸即信息-物理-社會(huì)系統(tǒng)（CPSS）。與CPHS或CPSS相比，UnIC更專注于多種無人系統(tǒng)。它具有高度的異質(zhì)性和移動(dòng)性，并在傳感和執(zhí)行方面具有突出的能力。此外，UnIC可以通過實(shí)時(shí)分擔(dān)人的物理或認(rèn)知工作負(fù)擔(dān)來響應(yīng)人類的社會(huì)需求。換言之，在UnIC中，人類在連接物理世界和信息世界方面起著更核心的作用。（二）人在環(huán)物聯(lián)網(wǎng)UnIC和人在環(huán)IoT擁有共同的愿景，即認(rèn)為人類需求和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)是與IoT研究相結(jié)合的重要因素。在IEEEIoT委員會(huì)中，2018年成立的一個(gè)工作組明確考慮了人類在IoT發(fā)展中的作用，特別關(guān)注技術(shù)的日益廣泛使用如何影響人類。UnIC與人在環(huán)IoT的基本理念一致，即我們周圍的“物”應(yīng)該了解人類的意愿、需求和興趣，以便它們能夠提供可靠和值得信賴的解決方案。這種人和IoT集成的優(yōu)勢(shì)在于促進(jìn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)、資源可見性、系統(tǒng)聲譽(yù)評(píng)估和眾包。值得注意的是，機(jī)器人也可以被看作是一個(gè)特殊的“物”的類別，在這種情況下，研究者提出機(jī)器人物聯(lián)網(wǎng)（IoRT）的概念，以進(jìn)一步融合傳感、執(zhí)行、網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)。與探索一般性的“物”的人在環(huán)IoT相比，UnIC特別關(guān)注人類與智能、移動(dòng)的實(shí)體的交互。盡管人在環(huán)IoT可以通過提供上下文信息與人類交互，但所需的信息可能很容易超出感知范圍、傳感維度和傳感器網(wǎng)絡(luò)的精度。然而，這個(gè)問題對(duì)于UnIC可能不存在，因?yàn)樗ㄟ^移動(dòng)性追求信息的豐富性和更廣泛的上下文信息。此外，UnIC可以通過社會(huì)連接邀請(qǐng)新的無人系統(tǒng)來形成開放和動(dòng)態(tài)的集群，這些系統(tǒng)的加入能對(duì)任務(wù)做出一定貢獻(xiàn)。三、UnIC的概念本節(jié)詳細(xì)介紹了UnIC的概念和智能驅(qū)動(dòng)的特征。此外，本節(jié)還闡述了UnIC產(chǎn)生的物理、信息和社會(huì)空間。（一）UnIC概述UnIC指的是以人為本，通過智能的、社會(huì)化協(xié)作實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)聯(lián)的自主無人系統(tǒng)。這種“人機(jī)融合體”通過知識(shí)共享和社會(huì)意識(shí)，優(yōu)化人-機(jī)-物-環(huán)之間的協(xié)調(diào)，通過增加相互理解和信任不斷提高個(gè)人和人機(jī)團(tuán)隊(duì)的能力。其目的是為人類提供一套個(gè)性化、多樣化、社會(huì)可接受的功能和服務(wù)。這些服務(wù)圍繞人類的需求，聚集必要的虛擬和物理資源。當(dāng)需要時(shí)，可以根據(jù)人類的意圖進(jìn)行集群以及集群方式的重構(gòu)，從而適應(yīng)動(dòng)態(tài)的、未知的環(huán)境。以下是UnIC運(yùn)行的基本特征：?無人系統(tǒng)形成的集群具有足夠的可擴(kuò)展性來實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)事件的響應(yīng)；?集群既可以形成，也可以被解散，這取決于任務(wù)和人類的需求；?人類的偏好和社會(huì)的接受程度起著至關(guān)重要的作用；?UnIC既是服務(wù)提供者，又是服務(wù)消費(fèi)者；?UnIC可以作為自己和其他系統(tǒng)的移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施。UnIC的自主移動(dòng)性使其具有實(shí)現(xiàn)“接近人類的能力”的可能性，這不僅是在感知和認(rèn)知方面，而且是在行動(dòng)和行為方面。突出的智能特征包括自感知、自決策、自行動(dòng)、自學(xué)習(xí)、自修復(fù)、自成長(zhǎng)和自治理。UnIC利用無人系統(tǒng)平臺(tái)提供4個(gè)基本的協(xié)作功能模塊，即感知（UnIC-P）、通信網(wǎng)絡(luò)（UnIC-N）、計(jì)算（UnIC-C）和服務(wù)（UnIC-S）。圖1解釋了UnIC的概念。我們將簡(jiǎn)要地介紹這4個(gè)功能模塊。UnIC-P與IoT等現(xiàn)有系統(tǒng)兼容，但又能為IoT增加價(jià)值。UnIC中的集群可以連接到IoT網(wǎng)絡(luò)，對(duì)物體、環(huán)境和人類進(jìn)行合作感知。另外，獲取并提煉的知識(shí)是在人-機(jī)器和機(jī)器-機(jī)器兩個(gè)層面上共享的。UnIC-N可以提供無處不在的通信網(wǎng)絡(luò)，這使得UnI-C可以以分布式的方式實(shí)現(xiàn)，或者將現(xiàn)有的分布式系統(tǒng)重構(gòu)出集群。UnIC-C負(fù)責(zé)形成態(tài)勢(shì)理解、推理和預(yù)測(cè)的上下文感知計(jì)算，而UnIC-S管理服務(wù)池并根據(jù)任務(wù)目標(biāo)組織服務(wù)。這4塊共同使“人機(jī)融合體”在服務(wù)和任務(wù)中的能力不斷增強(qiáng)。UnIC的實(shí)施涉及多學(xué)科交叉領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)科學(xué)、機(jī)器人學(xué)、通信技術(shù)、自動(dòng)化和社會(huì)科學(xué)。一方面，它利用信息和通信技術(shù)（ICT）、IoT技術(shù)和AI的進(jìn)步來建立智能“頭腦”。另一方面，它受益于能源、材料科學(xué)和制造方面的進(jìn)步來構(gòu)建物質(zhì)的“身體”。“社會(huì)科學(xué)和生命科學(xué)將‘身體’和‘頭腦’結(jié)合在一起，使機(jī)器具有‘靈性’?！边@些不可缺少的元素在圖2中得到了說明。人-機(jī)-物-環(huán)境之間的交互作用可以在三個(gè)空間中進(jìn)行分析：物理空間、信息空間和社會(huì)空間，具體如圖3所示。與其他許多范式相比，社會(huì)空間在UnIC中得到充分的重視，并在實(shí)現(xiàn)UnIC的益處方面發(fā)揮著獨(dú)特的作用。圖1.UnIC概念。Info.：信息。圖2.UnIC的賦能要素。

圖3.物理、信息和社會(huì)空間中的人-機(jī)-物-環(huán)境交互作用。（二）UnIC的智能來源UnIC的智能來源于三個(gè)方面：生物啟發(fā)式智能、類腦啟發(fā)式智能和社會(huì)啟發(fā)式智能。研究這三個(gè)來源的直觀原因是，自然界中的生物體、大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人類社會(huì)中的團(tuán)隊(duì)都是通過合作來生存和發(fā)展的。下面介紹一些最近關(guān)于三個(gè)啟發(fā)式智能的研究成果，為UnIC智能特征的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供參考。1.生物啟發(fā)式智能UnIC中群智涌現(xiàn)可以從理解自然中得到啟發(fā)。生物啟發(fā)的基本原理能夠在集群信息處理和自組織行為模式等方面指引多無人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。生物啟發(fā)的機(jī)器人學(xué)和蜂群機(jī)器人學(xué)是兩個(gè)相關(guān)的研究領(lǐng)域。下面，我們將介紹UnIC在集群運(yùn)動(dòng)、感知和決策方面的一些潛在生物啟發(fā)。首先，為了實(shí)現(xiàn)集群運(yùn)動(dòng)，可以采取自下而上的方式來建立自組織的集體行為。自然系統(tǒng)表明，局部交互會(huì)形成全局范圍的模式。例如，鳥類、魚類和細(xì)胞可以利用局部交互規(guī)則來形成復(fù)雜的模式或結(jié)構(gòu)。即使局部運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)的，單個(gè)個(gè)體的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致集體確定性的行為產(chǎn)生。同樣，形態(tài)發(fā)生原理被用來建立一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)建造機(jī)器人使用相同的規(guī)則。機(jī)器人集群表現(xiàn)出對(duì)噪聲、損壞的穩(wěn)健性，以及對(duì)變化環(huán)境的適應(yīng)性。其次，可以采取自上而下的方法，從期望的宏觀集體行為中推導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的局部交互規(guī)則?？删幊痰姆淙簷C(jī)器人有能力實(shí)現(xiàn)所指定的集群形狀，該研究是高度自組織的可設(shè)計(jì)行為的一個(gè)代表性例子。類似地，為了實(shí)現(xiàn)集體感知，個(gè)體的局部測(cè)量可以使用來自鄰居的社會(huì)性線索進(jìn)行調(diào)制；稀疏知識(shí)足夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)群體的高效決策。這樣的知識(shí)積累進(jìn)一步提高了集體智能。再次，研究發(fā)現(xiàn)群體規(guī)模和等級(jí)制度對(duì)集群決策表現(xiàn)至關(guān)重要。群體規(guī)模越大，決策的準(zhǔn)確性就越好，而要達(dá)到給定的準(zhǔn)確性，需要的知情個(gè)體比例就越小。從進(jìn)化的角度來看，一個(gè)明確的層次結(jié)構(gòu)也可能有助于高效的群體決策。例如，能力呈現(xiàn)重尾分布的群體表現(xiàn)出的競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)。使用生物啟發(fā)式智能的優(yōu)勢(shì)包括以下幾點(diǎn)：①?gòu)暮?jiǎn)單的分布式系統(tǒng)的集合中產(chǎn)生更高的全局能力；②提高對(duì)個(gè)體故障和環(huán)境干擾的復(fù)原力；③提高靈活性和可擴(kuò)展性。上述發(fā)現(xiàn)給UnIC中多個(gè)無人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供基本參照，這些系統(tǒng)在不確定和惡劣的環(huán)境中具有自修復(fù)、自成長(zhǎng)和自治理的能力。2.類腦啟發(fā)式智能AI的突破源于對(duì)人腦的不斷了解，人腦研究在世界各地的政府資金支持中都得到了極大的關(guān)注。腦研究得益于先進(jìn)設(shè)備如非侵入性成像儀器，它使我們能夠以前所未有的空間-時(shí)間分辨率觀察神經(jīng)元活動(dòng)。目前，采用兩種方法來研究類腦智能。一種方法是用具有生物學(xué)合理性的模仿對(duì)大腦進(jìn)行逆向工程。這包括通過使用脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來模仿神經(jīng)回路的研究工作。最近，低成本和大規(guī)模的脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)與猴子大腦相當(dāng)能力的智能模擬。另一種方法以大腦的工作原理為靈感，提供新型的計(jì)算模型（表示、抽象和推理）和架構(gòu)。這一研究思路推動(dòng)了人工認(rèn)知的發(fā)展，并將認(rèn)知概念轉(zhuǎn)移到機(jī)器人技術(shù)中。腦啟發(fā)的模型包括利用人類位置細(xì)胞的空間表征和導(dǎo)航，與人類鏡像細(xì)胞相聯(lián)系的適用行動(dòng)的示能計(jì)算，具有神經(jīng)基礎(chǔ)的支持知識(shí)生成的語義認(rèn)知，以及分層結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制架構(gòu)。最近的神經(jīng)科學(xué)研究也發(fā)現(xiàn)了社會(huì)交互的幾個(gè)神經(jīng)基礎(chǔ)，其中包括識(shí)別他人位置的“社會(huì)位置細(xì)胞”和支持社會(huì)群體交互行為的“身份細(xì)胞”。值得注意的是，神經(jīng)科學(xué)與AI之間的啟發(fā)是雙向的，因?yàn)锳I也為神經(jīng)科學(xué)研究提供了新的視角和工具。一個(gè)令人鼓舞的例子是，由深度學(xué)習(xí)構(gòu)造的導(dǎo)航智能體顯示出了類似于人類大腦的網(wǎng)格細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。值得注意的是，對(duì)大腦的更好理解可以激發(fā)出類似人類的發(fā)現(xiàn)知識(shí)的能力。盡管概率機(jī)器學(xué)習(xí)方法取得了成功，但使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的類腦啟發(fā)的連接主義似乎占了上風(fēng)。通過使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的洞察力，AI能夠發(fā)現(xiàn)知識(shí)。目前，例如，AI已經(jīng)被證明可以發(fā)現(xiàn)物理定律及新的數(shù)學(xué)猜想和定理，產(chǎn)生可解釋的心理學(xué)理論，協(xié)助發(fā)現(xiàn)新材料，并找到實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源的核聚變途徑。研究人員還研究了如何通過學(xué)習(xí)建立更好的系統(tǒng)。以下三種方法可能有助于指導(dǎo)無人系統(tǒng)如何學(xué)習(xí)：①認(rèn)知科學(xué)可以闡明人類學(xué)習(xí)什么以及如何學(xué)習(xí)；②可以從嬰兒如何循序漸進(jìn)地獲得技能的發(fā)育研究結(jié)果中得到啟發(fā)；③運(yùn)動(dòng)控制和情緒調(diào)節(jié)方面的腦-機(jī)接口已經(jīng)成為研究學(xué)習(xí)的新的科學(xué)工具。3.社會(huì)啟發(fā)的智能人類社會(huì)為UnIC樹立了一個(gè)很好的榜樣，即當(dāng)成員擁有人類水平的智力時(shí)，集體聯(lián)合可以解決復(fù)雜的問題。團(tuán)隊(duì)、小組、社區(qū)或組織是人類社會(huì)中解決問題的主要形式。群體工作可以提高生產(chǎn)力，研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)科研團(tuán)隊(duì)比個(gè)人產(chǎn)生更頻繁的知識(shí)和更高的影響。一般來說，一群有聯(lián)系的人在提高生產(chǎn)力和準(zhǔn)確回答復(fù)雜問題方面優(yōu)于單個(gè)人。為此，社會(huì)啟發(fā)的智能是指從人類社會(huì)學(xué)到的解決復(fù)雜問題的方法，其中，社會(huì)群體結(jié)構(gòu)和社會(huì)智能發(fā)揮著核心作用。相關(guān)證據(jù)表明，由小群體組成的群體可以通過聚集知識(shí)而勝過大型非結(jié)構(gòu)化群體。除了效率，對(duì)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的探索可以提供對(duì)群體行為的預(yù)測(cè)。有研究表明，社會(huì)關(guān)系密切的人，如朋友，通常擁有類似的感知和行為方式；這種發(fā)現(xiàn)可用于流行病的早期檢測(cè)和管理。值得注意的是，社會(huì)智能對(duì)于維持社會(huì)群體關(guān)系至關(guān)重要。什么是社會(huì)智能？正如參考文獻(xiàn)[74]所建議的，“社會(huì)智能是指在人際關(guān)系中理解包括自己在內(nèi)的人的感受、想法和行為的能力，并根據(jù)這種理解采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)”。有證據(jù)表明，通用智能（由言語和抽象思維定義）和社會(huì)智能在以下社會(huì)智能的量度方面是獨(dú)立的：親社會(huì)態(tài)度、情緒化、社會(huì)焦慮、社會(huì)技能和移情能力。同時(shí)擁有通用智能和社會(huì)智能是很有好處的。正如報(bào)道的那樣，以高通用智能和社會(huì)智能為特征的人類群體擁有管理共同資源的非凡能力。更具體地說，這兩種智能顯示了一種高認(rèn)知能力，即認(rèn)識(shí)到資源和社會(huì)關(guān)系的有用性，這使得實(shí)際的、一致的和可持續(xù)的集體行動(dòng)成為可能。隨著無人系統(tǒng)越來越能夠與人類進(jìn)行社會(huì)交互，對(duì)它們來說，理解人們?cè)谏鐣?huì)環(huán)境中的感受、想法和行為是很重要的。社會(huì)科學(xué)中的工具，如社會(huì)規(guī)范、判斷、聲譽(yù)和信任，可以被借用于調(diào)節(jié)和優(yōu)化多個(gè)智能體的社會(huì)行為。（三）UnIC和集群空間UnIC中的集群出現(xiàn)在三個(gè)空間：物理、信息和社會(huì)。物理空間包含交互中的所有物理系統(tǒng)和物體，確保無人系統(tǒng)在多域中的運(yùn)動(dòng)安全。信息空間涉及感知、通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算。UnIC在這一領(lǐng)域的活動(dòng)的高階結(jié)果是知識(shí)的產(chǎn)生和共享。在社會(huì)空間，UnIC在其他兩個(gè)空間的支持下，主體提升可信賴的社會(huì)交互。1.物理空間中的集群在物理空間，UnIC在人周圍聚集必要的資源，建立以人的活動(dòng)為基本情景的集群生態(tài)。物理空間UnIC的主要承載者是無人系統(tǒng)（如UAV、UGV和USV）或UxV，它們可容納有效載荷，如多種模式的傳感器/通信/計(jì)算模塊。使用UxV平臺(tái)的主要優(yōu)勢(shì)是可以進(jìn)入多領(lǐng)域的物理空間?？臻g進(jìn)入是通過一系列的協(xié)調(diào)來實(shí)現(xiàn)的，從低級(jí)組件的驅(qū)動(dòng)、子系統(tǒng)的行動(dòng)、平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)到整個(gè)系統(tǒng)的行為。由于UxV與人類共享物理空間，UxV平臺(tái)之間需要時(shí)空協(xié)調(diào)來確保無碰撞運(yùn)動(dòng)。一般來說，UnIC被期望作為人類的伙伴或代理，不對(duì)人類進(jìn)行負(fù)面干擾，同時(shí)密切關(guān)注人類的意圖。2.信息空間中的集群在信息空間中，UnIC圍繞人類的認(rèn)知需求進(jìn)行集群，以增強(qiáng)人類的思維能力。UnIC將異質(zhì)的、非結(jié)構(gòu)化的、不完整的、不同步的原始數(shù)據(jù)處理成知識(shí)，知識(shí)比數(shù)據(jù)和上下文語境更穩(wěn)定。在這個(gè)過程中，語義技術(shù)能夠增強(qiáng)針對(duì)物體和環(huán)境的以人為本的視角下的互操作性，并允許非專業(yè)的人員積極參與。這是形成學(xué)習(xí)、思考和理解的協(xié)作能力的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，產(chǎn)生融合的情境感知。一般來說，人類在UnIC的幫助下會(huì)從增強(qiáng)的認(rèn)知中受益。另一方面，人類也依靠自身攜帶傳感器的移動(dòng)作為傳感手段，或通過人類的眾包作為計(jì)算單元，為知識(shí)的產(chǎn)生作出貢獻(xiàn)。3.社會(huì)空間中的集群在社會(huì)空間中，UnIC的成員對(duì)其他機(jī)器和人類的行為進(jìn)行主動(dòng)理解、建模和推斷。社會(huì)空間中的UnIC集群可以圍繞人類建立相互關(guān)系，具體可通過社會(huì)身份、偏好、共同所有權(quán)、品牌、目標(biāo)和位置等。事實(shí)上，社會(huì)空間的因素可以被耦合到其他兩個(gè)空間。例如，可以利用社會(huì)線索、社會(huì)信號(hào)和空間相近性對(duì)物理空間進(jìn)行社會(huì)性劃分；也可以建立社會(huì)語義地圖，用于信息空間的進(jìn)一步推理、數(shù)據(jù)共享和互操作。社會(huì)空間中的集群要求UnIC擁有高度的社會(huì)自主性，并展現(xiàn)出人類社會(huì)可接受的行為。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的社會(huì)空間特性包括確定性的禮儀、社會(huì)價(jià)值取向，以及使用前景理論的其他非理性因素（如框架效應(yīng)、尋求風(fēng)險(xiǎn)的行為和損失厭惡行為）。社會(huì)規(guī)范和聲譽(yù)也可以被用來幫助促進(jìn)人類對(duì)機(jī)器的理解。通過機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)手段的使用，也可以自動(dòng)地獲取社會(huì)特征，如利他主義、好奇心、注意力和示能承擔(dān)。短期和長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)都有助于實(shí)現(xiàn)社會(huì)自主性。社會(huì)空間中的集群也要求與人類交互的媒介具有多模態(tài)、交互式和多任務(wù)的個(gè)性化特性。這種界面可以是物理的（如服務(wù)機(jī)器人）、虛擬的（如軟件助手）、生物物理的（如腦機(jī)接口或機(jī)器人肢體的身體增強(qiáng)形式）、信息物理化學(xué)的、觸覺和語言（如自然語言解釋）。四、UnIC的使能技術(shù)UnIC采取以人為本的分層結(jié)構(gòu)，如圖4所示。它包括4個(gè)核心層：①A1：無人系統(tǒng)平臺(tái)層（UxV）；②A2：感知和網(wǎng)絡(luò)層；③A3：計(jì)算層；④A4：服務(wù)層。這4層相互影響作用，每一層都嵌入了智能、認(rèn)知和倫理。這4層的關(guān)鍵使能技術(shù)綜述如下。（一）無人系統(tǒng)平臺(tái)層在這一節(jié)中，我們將介紹一些多域運(yùn)行的無人系統(tǒng)的最新發(fā)展。1.作為一個(gè)物理實(shí)體的無人系統(tǒng)無人系統(tǒng)（包括機(jī)器人）是UnIC的基本構(gòu)建單元。它們有不同的規(guī)模，在不同的領(lǐng)域工作，甚至跨域運(yùn)行，并以多種模式執(zhí)行不同的任務(wù)，如表1所示。無人系統(tǒng)也經(jīng)常以團(tuán)組的形式使用，以獲得更好的集群性能。在這種情況下，它們可以自組織、自組裝，并重構(gòu)其物理“身體”形狀。無人系統(tǒng)的最新進(jìn)展越來越具有小型化和人性化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。例如，在納米尺度上，2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予在分子尺度上率先建造納米機(jī)器的研究人員。雖然處于自主性的初級(jí)階段，但它們有望被用于宏觀層面的任務(wù)，如藥物輸送。關(guān)于構(gòu)建分子機(jī)械更深入的討論可以在參考文獻(xiàn)[109]中找到理論依據(jù)。在一個(gè)相對(duì)較大的尺度上，關(guān)于無人機(jī)的設(shè)計(jì)和制造的綜述可以在參考文獻(xiàn)[110]中找到理論依據(jù)。其中，值得注意的是質(zhì)量約為100mg的Robobee無人機(jī)，它具有跨域操作和無繩飛行能力。關(guān)于對(duì)人友好的設(shè)計(jì)，軟體機(jī)器人吸引了大量的研究關(guān)注，因?yàn)榕c人安全交互是軟體機(jī)器人的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。例如，輕質(zhì)量和低速撲翼無人機(jī)具有柔性的機(jī)翼和自然的外觀，使其成為室內(nèi)應(yīng)用的理想選擇。一些關(guān)于軟體機(jī)器人的研究表明，具有機(jī)器智能的傳感、計(jì)算、驅(qū)動(dòng)和能源供給可以與軟體的構(gòu)造材料相結(jié)合，而且像4D打印這樣支持可編程時(shí)間-空間行為的技術(shù)可以被用于精細(xì)操作。2.無人系統(tǒng)——從身體到心靈無人系統(tǒng)的移動(dòng)性是通過運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)動(dòng)是將無人系統(tǒng)從一個(gè)地方運(yùn)送到另一個(gè)地方的過程中與運(yùn)行環(huán)境的各種交互機(jī)制。在宏觀尺度上，交互機(jī)制和模式可以是輪式、翼式或雙足式。在微觀上，它們可以非常靈活，智能可編程材料就是一類選擇。這些材料可以是自我折疊的，并可以進(jìn)一步用于整個(gè)系統(tǒng)級(jí)的功能。由于單模態(tài)運(yùn)動(dòng)在動(dòng)態(tài)環(huán)境中執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)時(shí)有其局限性，人們?cè)絹碓街匾暉o人系統(tǒng)的多模態(tài)運(yùn)動(dòng)研究。多模態(tài)運(yùn)動(dòng)既可以通過特定領(lǐng)域的分布式無人系統(tǒng)的集合來完成，也可以通過一個(gè)具有多模態(tài)能力的單一集成系統(tǒng)來完成，如仿人機(jī)器人。圖4.UnIC以人為本的分層架構(gòu)。A1：無人系統(tǒng)平臺(tái)層（UxV）；A2：感知和網(wǎng)絡(luò)層；A3：計(jì)算層；A4：服務(wù)層。表1異質(zhì)的無人系統(tǒng)平臺(tái)

當(dāng)無人系統(tǒng)自主地在物理空間中移動(dòng)時(shí)，首先要保證的是安全，無論是保障自身安全還是環(huán)境中的人和物體的安全。根據(jù)自主性水平的不同，安全需求往往要求多數(shù)無人系統(tǒng)具有感知和避撞功能。有關(guān)各種無人系統(tǒng)在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中無碰撞運(yùn)行的綜述可以在以下文獻(xiàn)中找到，包括：UAV、USV、UUV、自主車輛、空間系統(tǒng)和移動(dòng)機(jī)器人。以無碰撞運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，無人系統(tǒng)能夠廣泛地探索環(huán)境，并以時(shí)變的群體編隊(duì)執(zhí)行任務(wù)。無人系統(tǒng)的進(jìn)展還體現(xiàn)在“心智”建設(shè)上，即“看-想-做”循環(huán)（即感知、決策、行動(dòng)循環(huán)）。鑒于AI方面取得的突破，新近的研究再次倡導(dǎo)具有認(rèn)知能力的無人系統(tǒng)架構(gòu)。對(duì)于無人系統(tǒng)來說，認(rèn)知不僅促進(jìn)其主動(dòng)感知，也促進(jìn)其實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性決策。例如，無人系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成具有社會(huì)認(rèn)知的導(dǎo)航規(guī)劃能力來實(shí)現(xiàn)以人為本的穿過人活動(dòng)區(qū)域。一般來說，通過認(rèn)知和物理身體的交互作用，無人系統(tǒng)將有能力探索具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)（例如，IKEA椅子的自動(dòng)組裝是靈巧的操作的一個(gè)例子）?？偟膩碚f，目前的無人系統(tǒng)提供了精確性、有效性，甚至安全性，提供了超越人類極限的感知和靈巧操作。然而，它們?cè)谝韵聝蓚€(gè)方面有不足。首先，對(duì)于目前的無人系統(tǒng)來說，進(jìn)行一般性思考和社會(huì)性思考仍然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。參考文獻(xiàn)[151]中確定了機(jī)器人技術(shù)未來的巨大挑戰(zhàn)，其中就包括社會(huì)方面和倫理方面。其次，人們期望無人系統(tǒng)具有更強(qiáng)的物理損傷復(fù)原能力，在感知和行動(dòng)方面具有適應(yīng)性，并且在系統(tǒng)規(guī)模上具有可擴(kuò)展性。當(dāng)與人類合作時(shí)，無人系統(tǒng)應(yīng)擁有更強(qiáng)的自預(yù)測(cè)、自修復(fù)和自成長(zhǎng)的能力。（二）感知和網(wǎng)絡(luò)層分布式傳感和網(wǎng)絡(luò)化通信技術(shù)正在深入融合。特別是在網(wǎng)聯(lián)無人系統(tǒng)的背景下，感知和通信網(wǎng)絡(luò)是緊密相互依賴的。本節(jié)討論了傳統(tǒng)意義上的感知和通信網(wǎng)絡(luò)，以及它們與人類參與的感知和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的耦合。

1.傳感和通信網(wǎng)絡(luò)感知是通過使用本體感知或外體感知的傳感器來實(shí)現(xiàn)的。原始傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，可以作為對(duì)無人系統(tǒng)本身、團(tuán)隊(duì)成員、物體和環(huán)境的態(tài)勢(shì)感知的基礎(chǔ)。通過傳感和通信網(wǎng)絡(luò)的融合，可支持本地測(cè)量數(shù)據(jù)在靜態(tài)/移動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)之間共享和傳輸，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)態(tài)勢(shì)感知。這種來自多個(gè)系統(tǒng)的分布式感知可以在更短的時(shí)間間隔內(nèi)，在廣闊的空間內(nèi)收集更豐富的信息。一般來說，傳感和通信網(wǎng)絡(luò)共同促進(jìn)多個(gè)無人系統(tǒng)的協(xié)作，確保整個(gè)系統(tǒng)的安全、效率和便利。在為無人系統(tǒng)設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，我們需要考慮平臺(tái)的移動(dòng)性和開放的架構(gòu)。無人系統(tǒng)的移動(dòng)性為確保高動(dòng)態(tài)連接和減輕環(huán)境干擾方面帶來了挑戰(zhàn)。在這個(gè)意義上，無人系統(tǒng)在通信可用性、連續(xù)性、完整性、延遲和通信時(shí)間方面的要求可能是苛刻的。新興的5G技術(shù)可以為移動(dòng)無人系統(tǒng)提供廣域通信，具有超低的時(shí)間延遲和大規(guī)模連接。5G通信技術(shù)這樣的特點(diǎn)也使新的傳感網(wǎng)絡(luò)成為可能，如觸覺互聯(lián)網(wǎng)，它能為人類提供身臨其境的態(tài)勢(shì)感知，以遠(yuǎn)程操作無人系統(tǒng)。移動(dòng)性還允許無人系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)覆蓋和無縫服務(wù)，因?yàn)闊o人系統(tǒng)能夠攜帶中繼和基站有效載荷進(jìn)行移動(dòng)按需通信。綜上所述，無人系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有雙重作用：通信促進(jìn)廣泛的移動(dòng)性，反之亦然，移動(dòng)性促進(jìn)通信鏈接。關(guān)于通信架構(gòu)，通常使用自組織網(wǎng)絡(luò)來擴(kuò)展多個(gè)無人系統(tǒng)。例如，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（MANET）、車輛自組織網(wǎng)絡(luò)（VANET）、飛行自組織網(wǎng)絡(luò)（FANET）和海洋網(wǎng)絡(luò)。在UnIC中，無人系統(tǒng)需要一個(gè)更加開放和動(dòng)態(tài)的通信架構(gòu)，以形成一個(gè)開放的機(jī)器社會(huì)，其成員可能代表不同的利益相關(guān)者。關(guān)于誰是通信伙伴，信息需求是什么，以何種速率傳輸什么，以及通信協(xié)議是什么（可能不是固化的），都是具有挑戰(zhàn)性的問題。參考文獻(xiàn)[161]中提出的計(jì)算交互框架在這個(gè)方向上進(jìn)行了探索，它可以作為一個(gè)候選解決方案，以提升協(xié)作式無人系統(tǒng)所有權(quán)、成員資格、慣例和內(nèi)部設(shè)計(jì)的開放性。2.人的參與和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)新的進(jìn)展強(qiáng)調(diào)了人類在感知和通信網(wǎng)絡(luò)中的作用。一方面，傳感和通信被用于人類的福祉。從物理和信息空間的社會(huì)行為的數(shù)字足跡中感知和收集數(shù)據(jù)成為可能性，然后這些數(shù)據(jù)用于理解人類的行為和活動(dòng)。以人為本的原則也延伸到了6G這樣的新一代通信網(wǎng)絡(luò)，強(qiáng)調(diào)用戶體驗(yàn)以及隱私和安全等社會(huì)因素。另一方面，傳感和通信也可以通過人類來實(shí)現(xiàn)。作為一個(gè)通過人類進(jìn)行通信的例子，人體可以被用作網(wǎng)絡(luò)通道媒體，為人類用戶附近的生物醫(yī)學(xué)傳感器形成安全的體域網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于通過人類的感知，參與式感知和機(jī)會(huì)主義感知是有代表性的例子。它們是讓人類的認(rèn)知能力和智能參與大規(guī)模社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)的可能方法。由于參與式傳感和機(jī)會(huì)主義傳感依賴于人類或人際網(wǎng)絡(luò)來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，通信模式和傳感性能很大程度上取決于人類的流動(dòng)性、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和人類的社會(huì)偏好，如利他主義。在這個(gè)意義上，社會(huì)科學(xué)中的機(jī)制設(shè)計(jì)方法可以提供一個(gè)可能的解決方案，以提高社會(huì)傳感數(shù)據(jù)的可用性。值得注意的是，社會(huì)傳感和通信的概念并不局限于人類，而是可以擴(kuò)展到網(wǎng)聯(lián)的無人系統(tǒng)（例如，在社會(huì)車輛網(wǎng)絡(luò)中，事件的機(jī)會(huì)性信息共享已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)可以減少排放和緩解交通擁堵）。（三）計(jì)算層UnIC的認(rèn)知和協(xié)作能力需要無人系統(tǒng)具有情境感知下的知識(shí)共享、認(rèn)知計(jì)算和泛在計(jì)算。本節(jié)簡(jiǎn)要綜述了支持UnIC的計(jì)算技術(shù)，涉及數(shù)據(jù)、算法和算力。這里省略了計(jì)算的目的（如具體的規(guī)劃、決策和控制算法），我們只關(guān)注知識(shí)表征、計(jì)算架構(gòu)和社會(huì)計(jì)算。1.知識(shí)生成和計(jì)算架構(gòu)數(shù)據(jù)、算法和算力是當(dāng)前AI的核心要素。對(duì)于UnIC來說，來自通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的高容量、異質(zhì)和多模態(tài)的數(shù)據(jù)可能會(huì)帶來數(shù)據(jù)管理問題。為了解決這些問題，UnIC可以采用語義知識(shí)的方法來提煉數(shù)據(jù)。這種方法不僅可以重復(fù)使用舊的數(shù)據(jù)、增加新的數(shù)據(jù)、傳輸無歧義的知識(shí)，而且還在數(shù)據(jù)采集、處理和表示過程中有利于用戶更好地觀察。這種透明度為人類的參與提供了先決條件。知識(shí)生成的結(jié)果可以用含認(rèn)知和社會(huì)特征的地圖來表示：表示物理空間的時(shí)空和主題特征的幾何圖；表示信息空間中人類可解釋的概念的語義圖；表示網(wǎng)絡(luò)關(guān)系和社會(huì)接受考慮的社會(huì)示能圖。在實(shí)踐中，基于本體論的語義技術(shù)已經(jīng)支持了醫(yī)療保健中的可解釋知識(shí)表征和柔性制造中的敏捷重構(gòu)。語義知識(shí)表示可以是特定領(lǐng)域的，強(qiáng)調(diào)可靠性、安全性和實(shí)用性。它們帶來的好處是標(biāo)準(zhǔn)化的情境信息、時(shí)空上下文更新和平臺(tái)行為的協(xié)作，這增加了平臺(tái)的互操作性。算法可以產(chǎn)生機(jī)器認(rèn)知，這增強(qiáng)了UnIC與機(jī)器、物體、環(huán)境和人類交互的能力。認(rèn)知不是機(jī)器心智的一個(gè)模塊，而是一個(gè)包含具有魯棒性和預(yù)見性機(jī)器行為的過程。雖然認(rèn)知的特征可以體現(xiàn)在感知、計(jì)算（推理、推斷、決策、意圖解釋）、溝通、行動(dòng)和目標(biāo)調(diào)整中，但認(rèn)知系統(tǒng)需要自我意識(shí)到感知的影響并預(yù)測(cè)行動(dòng)的后果。示能的概念很好地體現(xiàn)了這種自我意識(shí)。它描述了一種環(huán)境可以提供（或負(fù)擔(dān)）一種機(jī)器的行為的可能性。示能將感知到的對(duì)象與適用的行為相關(guān)聯(lián)，將對(duì)感知到的事物的理解映射到有后果意識(shí)的行為中。相關(guān)研究人員提出，這種映射可以通過端到端學(xué)習(xí)獲得，不需要內(nèi)部模型。由于人類喜歡與具有一定認(rèn)知能力的系統(tǒng)交互，認(rèn)知功能可以幫助UnIC理解人類的需求和目標(biāo)，從而在與人類的交互中保持自主性?！八懔Α狈矫娴淖钚逻M(jìn)展涉及計(jì)算方法和計(jì)算架構(gòu)。新的計(jì)算方法包含了廣泛的范圍：從量子、DNA和生物化學(xué)計(jì)算到神經(jīng)形態(tài)計(jì)算等。隨著移動(dòng)計(jì)算變得越來越普遍，泛在計(jì)算被分散到環(huán)境、設(shè)備和無人系統(tǒng)中。關(guān)于計(jì)算架構(gòu)，主要有三種不同的類型：云架構(gòu)、霧架構(gòu)和邊緣架構(gòu)，后兩者對(duì)于UnIC作為移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施的作用尤為重要。UnIC可以作為霧計(jì)算中心。例如，緩慢行駛和停放的車輛可以被用作移動(dòng)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施。對(duì)于無人機(jī)系統(tǒng)來說，霧計(jì)算架構(gòu)還享有更大的時(shí)間空間優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗哂懈咭苿?dòng)性和快速的地理分布覆蓋、在信息空間進(jìn)行延遲敏感的知識(shí)生成、在社會(huì)空間增強(qiáng)對(duì)行為敏感的自我意識(shí)三方面的能力。邊緣計(jì)算架構(gòu)的最新進(jìn)展促進(jìn)了邊緣設(shè)備以數(shù)據(jù)為中心的計(jì)算，即接近數(shù)據(jù)源（如在傳感器或存儲(chǔ)器中）。在UnIC中，三種類型的計(jì)算架構(gòu)可以聯(lián)合使用，并可在通信連接和安全約束下，以完成任務(wù)為目標(biāo)，進(jìn)行平滑的自我切換。2.社會(huì)計(jì)算從進(jìn)化的角度來看，人們認(rèn)為社會(huì)學(xué)習(xí)在靈長(zhǎng)類動(dòng)物的智能進(jìn)化中起著關(guān)鍵作用。同樣地，實(shí)現(xiàn)社會(huì)學(xué)習(xí)的計(jì)算方法對(duì)于獲得智能無人系統(tǒng)的預(yù)期能力至關(guān)重要。無人系統(tǒng)可以從人類使用的信息中學(xué)習(xí)（例如，世界范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)或人類/同伴系統(tǒng)進(jìn)行的演示）。在這方面，Sensorpedia平臺(tái)可以連接不兼容的傳感器系統(tǒng)并在它們之間共享信息。出于同樣的目的，Roboearth和Robobrain平臺(tái)可以在無人系統(tǒng)之間分享知識(shí)。事實(shí)上，分享信息或知識(shí)，無論是從人到機(jī)器還是從機(jī)器到人，都可以提供技能轉(zhuǎn)化的機(jī)會(huì)，最終提高解決問題的成功率。利用社會(huì)計(jì)算完成復(fù)雜任務(wù)的一個(gè)例子在“百萬物品挑戰(zhàn)”中得到了證明。

（四）服務(wù)層UnIC在融合三個(gè)空間的基礎(chǔ)上為人類提供服務(wù)。本節(jié)介紹了在提供以人為本的服務(wù)中的一些基本方面。1.人類行為模式提供個(gè)性化、精確和創(chuàng)新的服務(wù)需要了解人類行為模式。這些行為模式可通過計(jì)算模型來建立全面圖像。例如，人類的行為模式在物理空間可以被描述為運(yùn)動(dòng)/人群動(dòng)力學(xué)，在信息空間可以被描述為言論動(dòng)力學(xué)和溝通模式，在社會(huì)空間可以被描述為友誼網(wǎng)絡(luò)和社會(huì)偏好。一些研究進(jìn)一步表明：①在物理空間中，人類的流動(dòng)在區(qū)域遷徙、城市通勤和人群中的移動(dòng)中表現(xiàn)出高度的規(guī)律性和可重復(fù)性；②在信息和社會(huì)空間中，人類的信念和決策與他們的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)相耦合，導(dǎo)致這兩個(gè)空間的相互依賴的動(dòng)態(tài)變化。在社會(huì)上感知、思考和工作的UnIC，在安排服務(wù)時(shí)可以利用這些行為模式。2.服務(wù)虛擬化和管理在IoT網(wǎng)絡(luò)的支持下，UnIC有望在災(zāi)害響應(yīng)、智能家居、城市服務(wù)、智能制造和智能農(nóng)業(yè)等任務(wù)中提供豐富、個(gè)性化和按需的服務(wù)。這些服務(wù)可以通過使用面向服務(wù)的范式來提供，其中無人系統(tǒng)的功能在三個(gè)層面上被虛擬化。在子系統(tǒng)層面，例如，傳感的虛擬化促進(jìn)發(fā)展出傳感即服務(wù)。在單個(gè)系統(tǒng)層面，虛擬化的子系統(tǒng)服務(wù)可以打包成系統(tǒng)級(jí)服務(wù)。例如，無人機(jī)可以提供多種服務(wù)，如數(shù)據(jù)管理、分布式計(jì)算、與人類交互、安全和隱私。此外，無人系統(tǒng)可以被虛擬化為無人系統(tǒng)自主服務(wù)（UxAS），在此基礎(chǔ)上，研究人員提出了一個(gè)任務(wù)級(jí)自主的軟件框架。在系統(tǒng)層面，使用任務(wù)調(diào)度作為服務(wù)管理是可行的，即使對(duì)于自主性較低的單個(gè)智能體。通過動(dòng)態(tài)的服務(wù)匹配（例如，基于相似性的聚類）、發(fā)現(xiàn)、替換和合成，可以有效地管理在不同層次上虛擬化的服務(wù)?？偟膩碚f，服務(wù)虛擬化和管理能夠?qū)崿F(xiàn)功能的重復(fù)使用，并支持UnIC的開放性。五、機(jī)器的社會(huì)融合盡管無人系統(tǒng)的能力在某些情況下已經(jīng)達(dá)到了與人類相匹配甚至超越人類的程度，但將多個(gè)無人系統(tǒng)與AI整合到社會(huì)中，仍然是發(fā)揮UnIC的全部社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的巨大挑戰(zhàn)之一。本節(jié)簡(jiǎn)要介紹了一些關(guān)于一般意義上機(jī)器如何影響與人類的協(xié)作和社會(huì)對(duì)機(jī)器的接受性的研究。強(qiáng)調(diào)了通過建立對(duì)機(jī)器的信任來促進(jìn)接受的有前途的方法。這樣的研究為UnIC的社會(huì)融合提供了一個(gè)新的思路。（一）機(jī)器對(duì)協(xié)作的影響與機(jī)器協(xié)作已被證明可以大大減少人類在體力和認(rèn)知上的負(fù)擔(dān)。來自不同領(lǐng)域的學(xué)者，如人機(jī)交互（HMI）和社交機(jī)器人，都致力于識(shí)別人機(jī)協(xié)作的影響因素。正如參考文獻(xiàn)[217?219]所報(bào)道的，“任務(wù)類型、操作環(huán)境和機(jī)器行為如何影響人機(jī)團(tuán)隊(duì)協(xié)作”的問題已經(jīng)在人機(jī)交互領(lǐng)域得到了深入研究。與人機(jī)協(xié)作相比，人類通過機(jī)器進(jìn)行協(xié)作的探索要少得多。據(jù)相關(guān)研究表明，使用機(jī)器作為人類的代理可以增強(qiáng)人類的協(xié)作。例如，相對(duì)于人與人之間的直接交互，人與人之間共同使用預(yù)編程的自主車輛可以促進(jìn)合作。換言之，當(dāng)人類通過自主機(jī)器進(jìn)行交互時(shí)，人類的合作會(huì)得到加強(qiáng)。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)機(jī)器的參與可以改善人類在對(duì)話參與和沖突調(diào)解方面的協(xié)作。例如，在團(tuán)隊(duì)中擁有一臺(tái)表達(dá)脆弱的機(jī)器，可以誘導(dǎo)人們更高水平地參與團(tuán)隊(duì)對(duì)話，并改善對(duì)團(tuán)隊(duì)交互體驗(yàn)的感知。

（二）社會(huì)對(duì)機(jī)器的接受度如果機(jī)器不能被正確接受和應(yīng)用，那么機(jī)器為協(xié)作帶來的好處就不會(huì)實(shí)現(xiàn)。關(guān)于社會(huì)接受的文獻(xiàn)主要涉及三個(gè)方面：①積極的評(píng)價(jià)和信念，作為態(tài)度維度上的接受；②意愿或計(jì)劃行動(dòng)，作為意向維度上的接受；③使用的行動(dòng)，作為行為維度上的接受。盡管這三個(gè)維度之間的區(qū)別很重要，但在本節(jié)中，我們從一般意義上討論社會(huì)對(duì)機(jī)器的感知?，F(xiàn)有的關(guān)于接受機(jī)器的研究涉及無人機(jī)、個(gè)人機(jī)器人、工作中的機(jī)器人、家庭環(huán)境中的機(jī)器人、自主車輛、網(wǎng)聯(lián)車輛等。研究接受度的方法包括調(diào)查、問卷、接受度模型、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)或受控實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。一般來說，人們?cè)诮邮苤悄軝C(jī)器方面存在障礙。例如，在德國(guó)進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查中，大多數(shù)被詢問的人不同意將無人機(jī)用于廣告和包裹運(yùn)送等任務(wù)。典型的擔(dān)憂包括安全和隱私。那些與無人系統(tǒng)打交道的人更看重安全而不是隱私，而那些不看重安全的人則更關(guān)心隱私。然而，只要考慮到自己的隱私，兩者似乎都關(guān)心隱私問題。對(duì)機(jī)器接受度不夠的另一個(gè)重要原因是對(duì)機(jī)器的低水平情感的感知。另外，即使在意愿上接受與無人系統(tǒng)共處的概念方面不存在障礙，也存在不采取相應(yīng)行動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。例如，對(duì)于那些認(rèn)為自動(dòng)駕駛汽車在發(fā)生車禍時(shí)乘客的生命重于行人的生命的人來說，他們也不會(huì)購(gòu)買這種汽車。（三）以接受度指標(biāo)來判定信任度顯然，對(duì)機(jī)器的合理接受和社會(huì)融合遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。一個(gè)關(guān)鍵因素是人類對(duì)機(jī)器的信任不足。信任被認(rèn)為是接受機(jī)器的關(guān)鍵決定因素，包括技術(shù)上（如功能的可靠性和依賴性）和社會(huì)上（如情感、滿足感和偏好）。對(duì)機(jī)器的信任可以受到很多因素的影響，包括任務(wù)特征、人口統(tǒng)計(jì)背景、經(jīng)驗(yàn)等。在這一節(jié)中，我們將簡(jiǎn)要地強(qiáng)調(diào)三個(gè)重要的因素，它們有可能增加人們對(duì)機(jī)器的信任，并可以在機(jī)器設(shè)計(jì)中加以考慮。第一個(gè)因素是身份建立，這一直是促進(jìn)人類社會(huì)內(nèi)部信任和合作的重要工具。事實(shí)上，人類對(duì)具有相似身份的機(jī)器也表現(xiàn)出相當(dāng)大的組內(nèi)偏愛。因此，讓機(jī)器與被交互的人建立相同的身份或群體成員關(guān)系，有助于增加人類對(duì)機(jī)器的信任。操縱團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)，承認(rèn)機(jī)器是伙伴而不是工具，也可以提高主觀滿意度和團(tuán)隊(duì)績(jī)效。第二個(gè)因素是可解釋性。人們發(fā)現(xiàn)，機(jī)器行為的可解釋性，如來自機(jī)器的解釋，可以增加對(duì)機(jī)器的信任。然而，人類推理的局限性也帶來以下問題：解釋的內(nèi)容和層級(jí)程度，因?yàn)闊o意識(shí)地選擇與人溝通的信息可能有造成信息過載的風(fēng)險(xiǎn)。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究人員提出用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法來檢查可解釋性的有效性。第三個(gè)因素是類似人的行為。人類對(duì)機(jī)器沒有太多的信任，或者在情感上對(duì)機(jī)器與人類的信任不同，一個(gè)重要的潛在原因在于，機(jī)器一直被認(rèn)為沒有或很少