| 主页 | 频道首页 | 本站地图 | 论坛留言 | 合作联系 | 本站消息 | |
科技动态 技术发展 文化研究 生物生态 人的研究 生命起源 基因工程 科学普及 科学探索 专题其他

科学家和《阿凡达》里的科学

2010-07-08
《阿凡达》,化身,潘多拉星球,恐怖谷,潘多拉生物,科学家
科学家和《阿凡达》里的科学

  卫星上会有生命吗?可能有吧。在《阿凡达》的潘多拉星球上,潮汐压力令地面裂开,使哈利路亚山脉这样的群山在空中飘荡。随《阿凡达》同时推出的一本书《阿凡达:潘多拉生物与社会历史秘密报告》解释了更大的地理进程:“这种能量驱动大陆以快于地球上的速度漂移,鉴于压力增加,构造板块大面积裂开。”

  事实上,卡梅隆之所以将潘多拉星球作为一颗卫星,或许是他听说了最新的科学发现。天文学家依旧在所谓的“可居住区”(Goldilocks Zone)寻找像地球一样的行星——质量小、岩质。在这个区域,行星距其恒星远近适度,因为过近对维持生命至关重要的水会蒸发,而过远水又会结成冰。然而,寻找质量小的行星难度太大。相反,科学家在恒星周围的适居区发现了像土星一样的气态巨行星。这些行星不适宜居住,但它们的卫星或许可以。这使得卫星成为科学家寻找外星生命的理想地点。在《阿凡达》一片,卡梅隆再次运用科学知识解决了科学本身面临的问题——潘多拉星球超导性产生的强烈磁场令辐射物远离这颗星球。影片中有一个镜头相信给许多观众留下深刻印象,那就是壮观的极光在头顶起舞。《阿凡达:潘多拉生物与社会历史秘密报告》对此解释说,潘多拉星球及其行星磁场的相互作用“引起两个天体上电子活动骤增,出现大规模极光暴和其他电磁现象。”这种磁场可能还引起了影片高潮处岩石形成圆弧状的奇特现象。

  真正化身离我们有多远?我们的“化身”究竟是什么样子?我们的化身怎样变得人性化?这是迈向开发有意识机器的一步,但要想走的更远,则需要人工智能研究机构协调行动,投入更大的努力。为达到这一目标,汉森推出了一个名为“阿波罗大脑倡议”(Apollo Mind Initiative)的计划,推动各研究机构间的合作,提出了在2019年前取得智能水平与人类相当的创造性智慧的目标。
科学家的终极目标是要创造一种人性化、有意识的机器人化身,使你自己或与你具有一定相似之处的化身实现永生。美国Lifenaut公司的尼克-迈耶(Nick Mayer)说:“如果你能把自己变成这种数字形式,那就可以实现永生了,这确实是一种避免死亡的方法”。该公司目前正在探索实现开发栩栩如生的阿凡达目标的各种途径。

阿凡达或成真:科学家欲备份大脑让人永生


2010年06月09日 新浪科技

真正化身离我们有多远?上传你的生命
  新浪科技讯 北京时间2010年6月9日消息,据英国《新科学家》杂志报道,佐伊-格雷斯顿(Zoe Graystone)是一个拥有两个大脑的女孩,一个是人脑,另一个是精确的数字备份,但拥有自己的意识。格雷斯顿死后,科学家将“数字大脑”移植到人形机器人身上,虽然“肉身”不再是过去的格雷斯顿,但却将她从“坟墓”中拯救了出来。这样的场景会成为现实吗?

  

科学家欲备份大脑获得永生



  数十年来,科幻电影中充斥着这种奇特的概念。事实上,格雷斯顿是美国电视剧集《卡布里卡》(Caprica)中的一个人物。然而,不少人此时心中也许会泛起这样的疑问,上面的场景会成为现实吗?尽管在可预见的未来,高智能克隆机器人的前景并不明朗,目前仍有一些公司正朝着这个方向迈进。

  他们的首要目标就是要创造一个栩栩如生的数字呈现,或者说是化身(即“阿凡达”),即便在你的“肉身”已经腐烂,化身仍然可以长期存在。这种数字化“双胞胎”或能给重孙“传道授业解惑”,告他他们的祖先什么样子。

  但是,科学家的终极目标是要创造一种人性化、有意识的机器人化身,使你自己或与你具有一定相似之处的化身实现永生。美国Lifenaut公司的尼克-迈耶(Nick Mayer)说:“如果你能把自己变成这种数字形式,那就可以实现永生了,这确实是一种避免死亡的方法”。该公司目前正在探索实现开发栩栩如生的阿凡达目标的各种途径。

  眼下,Lifenaut公司正在依靠一系列个性测试、教学课程,上传例如照片、视频和通信等个人信息,朝着他们的目标迈进。据迈耶介绍,这种实验的最终结果,就是要制造一个长得像你、谈吐像你的阿凡达,而且对你一生之中所做过的一切事情如数家珍,比如你的结婚日期。这种技术能走多远?电脑能复制多少你自己的个性和知识?我们可以利用化身让死人复活吗?

  

攻克“恐怖谷”理论难关



  本文作者琳达-格迪斯(Linda Geddes)就表示,像很多人一样,她也经常梦想拥有一个克隆的自我,帮她分担工作,让她有更多的休闲时间,也许还可以使她的寿命更长。据琳达介绍,她迈向“永生之路”的第一步,是在Lifenaut公司网站上创建一个与别人(可能也包括我的后代)可互动的基本视觉界面。这需要琳达上传她自己的一张无表情面部照片,接着,利用Lifenaut的软件赋予其生命,这样,她的面孔就可以说话和眨眼了。

  以这种方法制作出来的“阿凡达”相当原始,还有一些公司正在打造更栩栩如生的数字呈现,经过改进,可以用于像“Lifenaut”这样的项目。其中一家公司是总部设在美国加利福尼亚州圣塔莫尼卡市的动画特效公司Image Metrics,该公司专门为电影与游戏制作面部动画。据介绍,面部复制的难度尤其大。多年来,动画制作人员一直在努力解决一个问题——“恐怖谷”(uncanny valley)。

  所谓“恐怖谷”理论由日本机器人专家森昌弘提出,是指当机器人与人类相像程度超过95%的时候,哪怕它与人类有一点点的差别,都会显得非常显眼刺目,让整个机器人显得非常僵硬恐怖,让人有面对行尸走肉的感觉。美国南加州大学迪米特里-威廉姆斯(Dmitri Williams)说:“看上去接近于真人但又与真人有些差别,这样的系统让人觉得非常恐怖。”

  Image Metrics认为,他们已经攻克了“恐怖谷”这个难题。该公司的工程师将一个人不同的面部表情拍成一组高清晰图片,然后,他们用先进的数学建模软件对这些表情的不同之处进行计算,计算结果非常具有说服力。例如,在2008年洛杉矶举行的美国图文图像协会(ACM Siggraph)大会上,Image Metrics公司展示的美国女星埃米莉-奥布莱恩(Emily O'Brien)的数字化身不仅看起来与真人非常相像,而且可以实时操控。

  

“化身”的行为最重要



  Image Metrics公司CEO迈克-斯塔伯格(Mike Starkenburg)说:“动作模仿堪称完美,我们几乎可以让这个埃米莉化身说任何我们想让她说的话。”目前,整个制作过程投入巨大:创造一个虚拟埃米莉成本在50万美元左右,所以,眼下我还是勉强用原始版本的“阿凡达”吧,希望我的孙子不会太抵触。

  据美国中佛罗里达大学和伊利诺斯大学的研究人员介绍,我们的化身长什么样,最后并不重要,重要的是它的行为。2007年以来,这两所美国高校的研究人员联合实施了一个名为“Project Lifelike”的项目,该项目旨在创造一个美国国家科学基金会前董事亚历山大-施瓦茨科普夫(Alexander Schwarzkopf)的“化身”。

  研究人员向1000名学生展示了施瓦茨科普夫的视频和照片,同时演示化身原型,利用这个反馈尝试了解人们会对哪一类特征感兴趣。最后,他们得出这样的结论:让一个人非常独特的特质动作,比原型图像重要的多。伊利诺斯大学的研究人员史蒂夫-琼斯说:“这些特质动作如一个人是如何皱眉的,如何摆弄头部。”

  同样重要的是确保这些动作出现在正确的语境中。为了做到这一点,琼斯的研究团队一直试图将像特定词语或短语这样的语境标识与头部的动作联系在一起,如表明化身正在聆听。琼斯说:“如果化身正在听你讲一个悲伤的故事,你希望看到的是化身展现同情的表情。”琼斯承认,到目前为止,他们还未解决这个问题。

  

科学家面临诸多挑战



  科学家面临的下一个挑战是制造像人一样的化身。当原型的行为与机器人进行对话时,软件可分析对话内容并做出听上去很聪明的回答,仿佛化身在思考一般。Lifenaut公司更进一步,为个人量身打造了机器人软件。据英国埃克塞特郡人工智能公司Icogno的罗洛-卡朋特(Rollo Carpenter)介绍,这是当前技术所面临的局限性,软件复制品“不会具有自我意识或等同于你,而是一个可以让别人与之对话的人,至少有的时候,会认为它只是你的一部分。”

  Lifenaut公司的化身对话能力来自于卡朋特创造的名为“Jabberwacky”的聊天机器人。这台机器人是1997年以来通过与数百万人的对话开发出来的,因其是与人最相像的聊天机器人,因此两次获得勒布纳人工智能奖。虽然许多聊天机器人预制了固定词组以及听到关键词的反应,但“Jabberwacky”可寻找对话的常见模式,利用其去确保这款机器人可以在最合适的语境说出最合适的话语。

  Lifenaut创造的化身或许能做出像人一样的反应,但如何让它长得像你呢?唯一的办法就是,把你的东西教给它掌握。这种“个性上传”是一个艰辛的过程。在第一阶段,要根据大约480句话所反映的真实情感,对它们进行排列,如“我喜欢帮助别人”,“我同情无家可归的人”。完成这个目标以后,我们还要上传日记、标注有地名、日期和关键词的照片和视频,以帮助化身建立“记忆”。

  我们还要每天用几个小时时间与Lifenaut公司的其他化身交谈,让我们的化身从它们身上学习知识。通过这种途径,化身会具有我们的风格特征——如我问候朋友或回答问题的方式——以及更多有关我们意见与好恶的烙印。

  

用一生的时间与我们交谈



  一个名为“CyBeRev”的相关项目采用了更为复杂的一系列性格问卷调查。该项目的使用者通过完成美国社会学家威廉姆-西姆斯-班布里奇提出的数千个问题,作为给大脑存档的手段。与传统性格问卷调查不同,这个过程通过要求他们想象未来一百年的世界,试图捕捉使用者的价值、信仰、希望和目标等信息。

  这不是一个快速完成的过程。非营利组织Terasem Movement为“CyBeRev”计划提供了研究经费。该组织的洛里-罗德斯说:“如果你每天花一个小时回答这些问题,完成所有问题,则需要五年时间。但是,越到最后,思想文件中的自我呈现会越准确。”

  这样一来,是不是有可能使我们的数字化身成为我们个性的值得信赖的呈现呢?卡朋特承认,为了真正成为自我,Lifenaut制造的化身可能需要花上一生的时间和我们交谈。而且,我们也不确定哪些照片和视频能代表我们真正的记忆。所以,有没有更好的办法能将思维上传呢?一个办法是,将日常生活的点点滴滴用摄像机捕捉下来,直接输入化身。像微软研究人员戈登-贝尔这样的“生活记录者”已经在从事这种工作,他们身在戴着一个便携式摄像机,记录下生活中的大部分细节。

  英国南安普敦大学科学家尼格尔-沙巴尔特(Nigel Shadbolt)领导的一个研究小组正努力改善这种记录方式,他们开发的一款软件可以将每天拍摄的数码照片与各种信息有机结合起来,比如来自日记、访问的社交网站地址以及你所在地点的GPS记录的信息。其他研究人员还在考虑融入像心律这样的生理数据,以提供基本的情绪变化。

  

“肉身”是必不可少一环



  然而,迄今为止,尚无一项研究将这一切融会贯通,变成类似化身一样的事物。沙巴尔特说:“我们离创造个人的精确复制品还有一段距离。我相信我们可以开发出具有个人态度的软件代理人,但这是否是我的态度,这一点就值得怀疑了。”

  所以,毋庸置疑,创造像佐伊-格雷斯顿另一个自我这样的有意识化身对我们来说是巨大的挑战。人工智能研究人员在制造具有类人特征的机器人上取得了一定的成功,比如麻省理工学院科学家罗德尼-布鲁克斯开发的人形机器人“Cog”和“Kismet”,以及道格-莱纳特开发的智能软件系统“Cyc”。莱纳特供职于总部设在得克萨斯州的人工智能公司Cycorp。

  然而,据西班牙马德里卡洛斯三世大学的劳尔-阿拉巴莱斯介绍,迄今科学家在人工智能研究方面取得的最大成绩恐怕是造出智力水平相当于一岁婴儿的机器人。阿拉巴莱斯一直在开发具有意识的机器人“Conscale”。美国达拉斯汉森机器人技术公司的戴维-汉森说,这并不是说我们不应该尝试,“我们肯定没有机器人有意识的证据——我们仍不理解意识,但是,我们同样无法肯定机器人不能没有意识。”

  意大利巴勒莫大学机器人技术研究人员安东尼奥-切利(Antonio Chella)指出,要想开发拥有人一样意识的化身,某种“肉身”可能是必不可少的。他说:“意识需要大脑、身体和环境之间的紧密互动。我们利用全身来感知外界,所以,一个有意识的实体需要传感器去感知外部世界和监控自身的行为。”

  参与“Project Lifelike”的研究人员给数字版本的施瓦茨科普夫身上安了一台摄像机,令其可以从人们的肢体语言中得到一些视觉信息,相应调整自己的行为。汉森的目标更加雄心勃勃,他的公司在开发与真人一样的机器人。汉森和迈耶还讨论了将Lifenaut公司制造的化身移植到机器人上的可能性。汉森说:“将仿真大脑与身体结合起来,可以令其从身体上和外界互动,探索这个世界,与我们生活在一起。”

  

真正化身离我们有多远?



  这是迈向开发有意识机器的一步,但要想走的更远,则需要人工智能研究机构协调行动,投入更大的努力。为达到这一目标,汉森推出了一个名为“阿波罗大脑倡议”(Apollo Mind Initiative)的计划,推动各研究机构间的合作,提出了在2019年前取得智能水平与人类相当的创造性智慧的目标。

  第一步是,开发一套适于整个人工智能研究领域的协作软件,让科学家可以准确掌握相关研究所处的阶段,帮助他们确定今后努力的方向。汉森表示,这个项目的最终目标是超越人类智能,创造像莫扎特一样的天才化身。他说:“从某种程度上,我们正在寻找前所未有的一种新机器。”

  我们的“化身”究竟是什么样子?在卡朋特的建议下,琳达请丈夫对她的化身进行评估。在简短交谈后,丈夫告诉琳达,在涉及政治、食物和运动等问题上,它的回答简直是一派胡言。琳达说:“它还告诉我丈夫,我比真实年龄还年轻。我还没开始教它就我的年龄撒谎,或许,Lifenaut公司的调查问卷透露了我内心的虚荣?最终,这一点在我的化身身上表露出来。”

  我们的化身怎样变得人性化?阿拉巴莱斯计划在7月利用“Conscale”测试Lifenaut制造的化身。虽然这套软件在某些方面或能满足更高意识标准,但阿拉巴莱斯估计化身与我们真实能力之间仍存在不小差距,也就是说,如果满分是10分,它只能得3分。阿拉巴莱斯说,还是忘了佐伊-格雷斯顿吧——这就像是在寻求蚯蚓的复制品,不值得为了这么一个环节动物,浪费如此宝贵的时间和金钱。(孝文)
http://tech.sina.com.cn/d/2010-06-09/03514287910.shtml

科学破译《阿凡达》:卫星或成人类未来家园


2010年01月11日 新浪科技

科学破译《阿凡达》:卫星或成人类未来家园
  新浪科技讯 北京时间2010年1月11日消息,据美国广播公司(ABC)报道,科幻巨作《阿凡达》目前正在全球热映。飘浮在半空中的山脉和像拉斯维加斯大道夜景一样闪光的生物群落,似乎没有任何的现实依据。其实并非如此,这位好莱坞大导演最奇异的一些想象往往具有一定的科学可能性,以下是最能体现这一点的几个典型例证。

  飘浮的哈利路亚山脉

  在《阿凡达》中,哈利路亚山脉像浮标一样飘浮在空中,虽然影片从始至终未给出明确的答案,原因却贯穿于故事当中。这一奇特现象同超导体有关。一旦在磁场出现,超导体就能飘浮,而《阿凡达》中的外星世界潘多拉,本身就是一个巨大的超导体。从一开始,影片就告诉观众,人类要去潘多拉星球寻找稀有矿藏Unobtanium。Unobtanium其实就是终极超导体。

  在卡梅隆描绘的世界里,Unobtanium具有导电性,而且室温对它的这种特性丝毫没有影响。当前最好的超导体只能在室温低于零下200华氏度的条件下工作。Unobtanium仅存在于潘多拉星球上,这种稀有矿藏的发现给地球上的技术带来彻底变革,而人类未来的经济发展则完全依赖于它。不过,在潘多拉星球,满载Unobtanium的整座山飘浮于这个奇幻世界的巨大磁场内。为了让观众全面了解《阿凡达》背后的科学,卡梅隆和他的团队准备了长达380页的官方百科全书“Pandorapedia”,解释这种山川形成的构造地质学。

  激发卡梅隆想象的自然现象

  事实上,这些山川一直向上飘荡。之所以发生这种情况,是因为潘多拉星球不是行星,而是一个土星大小的气态巨行星(虚构的行星“波吕斐摩斯”)的卫星。气态巨行星的卫星不断受到引力的压力而变形。例如,木星的卫星木卫一受到木星及其他大卫星引力的剧烈影响,以致于具有“地面潮汐”(ground tide)——地面就像地球上的海潮一样起伏。科学家称,在木星的第二颗卫星木卫二上,这些潮汐力不断加热卫星内部,最终令其外壳部分融化,在冰层下产生液态水海洋。

  在《阿凡达》的潘多拉星球上,潮汐压力令地面裂开,使哈利路亚山脉这样的群山在空中飘荡。随《阿凡达》同时推出的一本书《阿凡达:潘多拉生物与社会历史秘密报告》解释了更大的地理进程:“这种能量驱动大陆以快于地球上的速度漂移,鉴于压力增加,构造板块大面积裂开。”

  发光植物体

  正是卡梅隆对深海的无比痴迷,使得影史最成功的影片之一——《泰坦尼克号》——的问世。《阿凡达》的创作同样体现了卡梅隆的这种情怀。阳光只能透过海水表层,这使得海草等植物仅能生活在浅海或大洋表层。不过,生物具有谜一般的特征——生物发光(bioluminescence),即生物体可以自己造光。萤火虫或许是最明显的例证,但深海生物发光鱼则告诉我们一个截然不同的故事:大自然的光一旦被夺去,它亦能自己发光。在潘多拉星球,夜晚时长是地球白天时长的数倍,卡梅隆以此表明一种态度,即完整的生物发光生态系统或能存在。

  正是基于这一点,卡梅隆决定让潘多拉星球成为卫星而非行星。包括地球在内的行星往往会“锁定”它们的行星,一面永远朝向行星,另一面则永远朝向浩瀚的太空。也就是说,卫星上的一天,相当于其绕行星轨道一圈的时间。通过观察月球所处的不同阶段,其实可以实时了解月球的时间。如果在地球上看到满月,那么说明面向地球的月球一侧恰逢正午。看到新月,则说明朝向地球的月球一侧恰逢午夜。也就是说,月球上的一天大约相当于地球的27天,这意味着月球的夜晚比地球更漫长。

  卫星——人类未来的家园

  卫星上会有生命吗?可能有吧。事实上,卡梅隆之所以将潘多拉星球作为一颗卫星,或许是他听说了最新的科学发现。天文学家依旧在所谓的“可居住区”(Goldilocks Zone)寻找像地球一样的行星——质量小、岩质。在这个区域,行星距其恒星远近适度,因为过近对维持生命至关重要的水会蒸发,而过远水又会结成冰。然而,寻找质量小的行星难度太大。相反,科学家在恒星周围的适居区发现了像土星一样的气态巨行星。

  这些行星不适宜居住,但它们的卫星或许可以。这使得卫星成为科学家寻找外星生命的理想地点。美国哈佛-史密森天体物理学研究中心的天文学家利萨-卡顿内格(Lisa Kaltenegger)在接受采访时表示:“在太阳系中,所有气态巨行星都有岩质和冰质卫星。这增大了像木星一样的系外行星也拥有卫星的可能性。其中一些或许大小与地球相仿,可以留住大气层。”

  问题是,气态巨行星会释放巨量辐射物。以木星的卫星木卫一为例,这颗星球上每天的辐射量是致死剂量的4000倍。不过,在《阿凡达》一片,卡梅隆再次运用科学知识解决了科学本身面临的问题——潘多拉星球超导性产生的强烈磁场令辐射物远离这颗星球。影片中有一个镜头相信给许多观众留下深刻印象,那就是壮观的极光在头顶起舞。

  事实上,这是纯粹的科学,没有丝毫掺假和敷衍。《阿凡达:潘多拉生物与社会历史秘密报告》对此解释说,潘多拉星球及其行星磁场的相互作用“引起两个天体上电子活动骤增,出现大规模极光暴和其他电磁现象。”这种磁场可能还引起了影片高潮处岩石形成圆弧状的奇特现象。(孝文)http://tech.sina.com.cn/d/2010-01-11/08043756326.shtml
相关阅读:《阿凡达》科学表现打分:潘多拉是卫星不是行星
《阿凡达》背后科学:装甲外骨骼让人变大力神
《阿凡达》中宜居外星球有望数年内发现(图)
中国如何招聘教授:十年的变化和今后的趋势
学术资料账号密码全集汇总
混沌中的数学
幂律分布、幂律涌现与幂律谱
数学的若干发展和中国的数学
嘉路兰的螺旋历法理论
基金项目《动态评价网络的统计分析与信息挖掘》
人类文明的斐波那契演进
数学的常数美
科学创新犹如渔夫打鱼
超难的75道逻辑思维题
被禁70年的创富秘诀《硅谷禁书》
RSS文件形式
怀念路遥-贾平凹的BLOG
跨学科交流+开辟自己的领域=创新的境界
大师似苗如何栽
五大疯狂天才剖析
Windows 7下载及使用Windows 7升级
艺术与科学的“姻缘”——谈文艺复兴时期艺术与近代科学兴起的关系
Google TrustRank and Hilltop
实证研究方法
一位北大CCER研究生的经济学、金融学学习感悟
潘晓《人生的路啊怎么越走越窄》
Windows XP系统端口关闭方法
世界上最牛的论文
TXP1atform.exe中毒归来
google使用技巧
Widget发展和Widget的各种应用
身体语言密码29
现代科学研究专题其他1 现代科学研究专题其他2

本栏目主要介绍科学技术方面,包括现代科学研究成果、现代科技、现代科学技术、科学家和《阿凡达》里的科学等。特别关注有关人与文化的价值方面的研究。

『科学频道首页』 『本栏页首』 『关闭窗口』