AI新星系列報(bào)道之十 | 靳羽華:用交叉學(xué)科思維打破虛實(shí)界限,讓AI“活”起來(lái)
人機(jī)交互:數(shù)字世界與物理世界“破壁”
“人機(jī)交互的終極目標(biāo)是讓人類(lèi)與計(jì)算機(jī)能夠像人與人一樣自然交流。”
在靳羽華教授看來(lái),鍵盤(pán)、觸屏甚至語(yǔ)音交互仍然是“過(guò)渡態(tài)”,未來(lái)的交互應(yīng)該是多模態(tài)的——包括了聲音、圖像、動(dòng)作、觸感的全方位交互。靳羽華教授以熱門(mén)的科幻電影《頭號(hào)玩家》為例,概括了未來(lái)AI的兩種可能性:一是人類(lèi)可以進(jìn)入數(shù)字世界;二是數(shù)字世界可以融入現(xiàn)實(shí)生活。而他的研究,就是為這兩種可能性鋪路。為了實(shí)現(xiàn)這種無(wú)縫對(duì)接,必須將計(jì)算機(jī)科學(xué)與材料學(xué)、傳感器技術(shù)、光學(xué)、人工智能等多學(xué)科結(jié)合起來(lái)。靳羽華教授豐富的交叉學(xué)科研究背景和學(xué)術(shù)經(jīng)歷恰恰能夠讓他在交叉學(xué)科碰撞出許多不可思議的新鮮想法。
靳羽華教授是人機(jī)交互(HCI)與光學(xué)工程交叉領(lǐng)域的創(chuàng)新研究者,他分別于2010年、2013年和2017年在北京工業(yè)大學(xué)獲得應(yīng)用物理學(xué)學(xué)士、光學(xué)工程碩士和光學(xué)工程博士學(xué)位。隨后,在2018年至2020年期間,作為博士后研究員,他在麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室(MIT CSAIL)的人機(jī)交互工程組工作兩年。他的工作方向融合了多學(xué)科交叉,主要圍繞先進(jìn)的個(gè)人制造技術(shù)和可視化技術(shù)展開(kāi),這其中包括了如何結(jié)合先進(jìn)光學(xué)科技、計(jì)算軟件和硬件科技,進(jìn)行多元化、創(chuàng)新性的應(yīng)用技術(shù)研究,致力于縮短高端科技與日常生活之間的應(yīng)用距離。
?
AI賦能的“變色龍革命”:隨心變色的“魔法材料”
一只3D打印的白色變色龍模型,隨著電腦控制光線(xiàn),變色龍的表面瞬間從純白變?yōu)榘邤痰膱D案,又在幾秒內(nèi)切換成迷彩紋理?!拔磥?lái),你的衣服、汽車(chē)甚至墻壁都能像屏幕一樣隨時(shí)‘換皮膚’?!边@是香港中文大學(xué)(深圳)理工學(xué)院靳羽華教授研發(fā)出的Photo-Chromeleon,一種可編程光致變色材料。
互聯(lián)網(wǎng)科技博主對(duì)Photo-Chromeleon進(jìn)行報(bào)道
這種“可編程光致變色材料”,可通過(guò)特定波長(zhǎng)、特定能量的光輻照來(lái)控制物體表面顏色變化。這種透明涂料噴涂后,通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的指令即可生成圖案,且顏色可再次重置,讓物體具備隨時(shí)隨地變換色彩的奇妙能力。
Photo-Chromeleon打破了物體在被制造以后其顏色就無(wú)法改變的固有認(rèn)知,可以讓用戶(hù)隨心所欲的個(gè)性化定制物品的色彩外觀(guān)。該技術(shù)不僅可以在科學(xué)、藝術(shù)和工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生十分廣泛的應(yīng)用,并且也將會(huì)對(duì)社會(huì)資源節(jié)約及可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生十分積極的影響。
這款可重編程墨水系統(tǒng)可用于任何物體,如手機(jī)殼、汽車(chē)或是鞋子……



點(diǎn)擊上方圖片跳轉(zhuǎn)視頻,進(jìn)一步了解Photo-Chromeleon。(視頻來(lái)源:奇趣小黑)
靳教授說(shuō):“這種特殊的染料可以提供各種顏色定制,從而提高制造效率并減少總體浪費(fèi),所以用戶(hù)可以每天對(duì)自己的物品及其外觀(guān)進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置,而無(wú)需多次購(gòu)買(mǎi)同款但不同色的商品?!笔褂眠@一系統(tǒng)一共可以分為三步:調(diào)制顏料、硬件設(shè)置、軟件編程。
首先是調(diào)制顏料,首先用漆料分別與紅、黃、綠三種光致變顏料混合,然后等比例混合,再?lài)娡康轿矬w上。
第二步進(jìn)行硬件設(shè)置,需要用到UV光源和DLP投影儀。
第三步就是對(duì)進(jìn)行軟件編程,控制物體表面的染料在UV光源下的顯示。
然后,打開(kāi)光源,就可以看到一只不僅會(huì)變色,還能分塊變色的“變色龍”誕生了!
這項(xiàng)技術(shù)一經(jīng)發(fā)表,便受到學(xué)術(shù)界以及社會(huì)的高度關(guān)注。靳教授憑借該研究成果于人機(jī)交互領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)會(huì)議ACM UIST 2019上同時(shí)斬獲最佳論文獎(jiǎng)(Best Paper Award)以及最佳報(bào)告獎(jiǎng)(Best Talk Award),并在全球計(jì)算機(jī)圖形和交互技術(shù)國(guó)際頂級(jí)會(huì)議SIGGRAPH 2020上獲得大會(huì)特別授予的DCEXPO未來(lái)科技特別獎(jiǎng)(Emerging Technologies: DCEXPO Special Prize)。目前為止,靳教授的Photo-Chromeleon技術(shù)已受到數(shù)百家國(guó)際知名媒體的爭(zhēng)相報(bào)道,其中包括BBC國(guó)際新聞、MIT新聞、Businees Insider、Fast Company 、CNET等國(guó)際著名新聞媒體,同時(shí)也吸引了來(lái)自不同領(lǐng)域的著名企業(yè)(如Apple、華為、福特汽車(chē)、New Balance等)的廣泛關(guān)注。
Photo-Chromeleon受到學(xué)術(shù)界、新聞媒體及社會(huì)各界的高度關(guān)注
?
氣球機(jī)器人:靜音飛行的智能伴侶
靳羽華教授研發(fā)的氣球機(jī)器人是一種新型的智能機(jī)器人,它結(jié)合了氣球的輕盈和機(jī)器人的智能。這種機(jī)器人可以依靠氦氣的浮力在空中自由飛行,無(wú)旋翼噪聲?!皞鹘y(tǒng)的人形機(jī)器人發(fā)展還有很長(zhǎng)的路要走,不僅要克服龐大體積所產(chǎn)生的肢體配合問(wèn)題,還會(huì)在移動(dòng)中產(chǎn)生很大的噪音,而氣球占用的是低空區(qū)域,且它天生適合漂浮,也沒(méi)有無(wú)人機(jī)的運(yùn)行噪音?!苯淌诮榻B,他的團(tuán)隊(duì)將超輕顯示屏集成于氣球表面,結(jié)合云端AI,打造出可對(duì)話(huà)、可移動(dòng)的“具身智能”載體,同時(shí)具備語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別等功能,可以與人類(lèi)進(jìn)行自然的交流。氣球機(jī)器人不僅可以作為家庭的智能助手,幫助人們實(shí)現(xiàn)晨間靜音喚醒、飲食健康監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)菜譜指導(dǎo),還可以在博物館等場(chǎng)館中提供個(gè)性化導(dǎo)覽服務(wù)。據(jù)介紹,原型機(jī)預(yù)計(jì)年內(nèi)完成規(guī)劃,軟件系統(tǒng)正接入多模態(tài)大模型,它可能比人形機(jī)器人更快進(jìn)入我們的生活中。
?
?
打破虛實(shí)界限:可觸摸的全息影像
靳羽華教授實(shí)驗(yàn)室的另一項(xiàng)“黑科技”是三位立體顯示裝置。三維立體顯示裝置是人機(jī)交互領(lǐng)域的另一個(gè)重要研究方向。這種裝置可以通過(guò)特殊的光學(xué)設(shè)計(jì),讓虛擬影像呈現(xiàn)出真實(shí)的三維效果,用戶(hù)無(wú)需佩戴任何設(shè)備即可裸眼觀(guān)看。與傳統(tǒng)全息投影不同,靳羽華教授的團(tuán)隊(duì)嘗試結(jié)合AI與人機(jī)交互技術(shù)、先進(jìn)光學(xué)技術(shù)以及先進(jìn)光學(xué)材料,實(shí)現(xiàn)“可觸碰的3D立體影像”?!爱?dāng)我們觸摸一只虛擬蝴蝶時(shí),傳感器可以傳遞真實(shí)的振翅觸感。難點(diǎn)在于觸覺(jué)反饋與視覺(jué)信號(hào)的同步。我們訓(xùn)練AI模型實(shí)時(shí)解析用戶(hù)手勢(shì),可以讓三維立體影像能夠?qū)崟r(shí)跟進(jìn)人體的手勢(shì)產(chǎn)生響應(yīng),此外還會(huì)利用先進(jìn)的人機(jī)交互技術(shù)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)觸感?!?/p>
這背后涉及的是三重技術(shù)的配合——裸眼3D顯示:通過(guò)精密投影陣列投影立體影像;探測(cè)器:聲波陣列在空中形成壓力反饋,模擬觸碰感;各地交互:攝像頭識(shí)別動(dòng)作,讓圖像動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
這種技術(shù)不僅可以應(yīng)用于娛樂(lè)領(lǐng)域,如電影、游戲等,還可以在教育、醫(yī)療、工業(yè)設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用。例如,外科專(zhuān)家醫(yī)生可以通過(guò)三維立體顯示裝置遠(yuǎn)程操控3D影像指導(dǎo)手術(shù),學(xué)生可以通過(guò)這種裝置更加直觀(guān)地學(xué)習(xí)復(fù)雜的例如還原分子結(jié)構(gòu)等科學(xué)知識(shí),游戲突破屏幕限制,“鋼鐵俠的全息交互并非遙不可及,只是需要更多交叉學(xué)科的火花?!苯鹑A教授發(fā)明的三維立體顯示裝置為人們提供了一種與虛擬世界進(jìn)行交互的全新方式,讓虛擬影像變得更加真實(shí)和生動(dòng)。
?
用創(chuàng)新連接世界? 讓AI有溫度地走進(jìn)生活
靳羽華教授鼓勵(lì)學(xué)生“把想象力當(dāng)剛需”。
“我的課叫‘電子游戲設(shè)計(jì)’,但學(xué)生學(xué)到的是如何用科技實(shí)現(xiàn)天馬行空的想法。我的教學(xué)理念是‘證明有趣才是第一生產(chǎn)力’?!彼膶?shí)驗(yàn)室更像是一個(gè)極客的創(chuàng)意樂(lè)園,他的同學(xué)更是來(lái)自不同學(xué)科。
“我們鼓勵(lì)‘混亂中的創(chuàng)新’。”靳羽華教授提到,實(shí)驗(yàn)室匯聚了來(lái)自不同學(xué)術(shù)背景的學(xué)生,他們各具特色:有的同學(xué)是動(dòng)手能力超群的極客,擅長(zhǎng)將創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí);有的是癡迷計(jì)算機(jī)技術(shù)的天才黑客,善于探索代碼的無(wú)限可能;有的則是機(jī)器人愛(ài)好者,對(duì)智能機(jī)械充滿(mǎn)熱情;還有的在藝術(shù)與設(shè)計(jì)領(lǐng)域展現(xiàn)出非凡的天賦。總而言之,這個(gè)實(shí)驗(yàn)室以激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力為核心,鼓勵(lì)他們突破界限,探索科技與藝術(shù)的交匯點(diǎn)。
從麻省理工到港中大(深圳),從光學(xué)到人工智能,靳羽華教授的科研之旅是一場(chǎng)充滿(mǎn)勇氣與智慧的跨界探索。他希望通過(guò)港中大(深圳)的平臺(tái)培養(yǎng)更多跨學(xué)科的創(chuàng)新人才。他對(duì)年輕學(xué)者的建議道:“不要害怕跨學(xué)科的挑戰(zhàn),真正的創(chuàng)新往往在學(xué)科交叉的地方發(fā)生?!?/p>
在人機(jī)交互領(lǐng)域,靳羽華教授未來(lái)的研究方向?qū)⒏幼⒅乜萍寂c生活的融合。通過(guò)不斷探索和創(chuàng)新,讓科技更加貼近人們的生活,為人們提供更加便捷、智能、個(gè)性化的服務(wù)。無(wú)論是智能變色材料、氣球機(jī)器人還是三維立體顯示裝置,這些技術(shù)的最終目標(biāo)都是讓人們的生活更加美好。相信在不久的將來(lái),這些技術(shù)將逐漸走向市場(chǎng),為人們的生活帶來(lái)翻天覆地的變化。
?
青年教授簡(jiǎn)介
靳羽華
港中大(深圳)理工學(xué)院助理教授
靳羽華教授分別于2010年、2013年和2017年在北京工業(yè)大學(xué)獲得應(yīng)用物理學(xué)學(xué)士、光學(xué)工程碩士和光學(xué)工程博士學(xué)位。2018年至2020年期間,他作為博士后研究員在麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室(MIT CSAIL)的人機(jī)交互工程組工作兩年。在加入香港中文大學(xué)(深圳)理工學(xué)院擔(dān)任助理教授之前,他還曾在加拿大西蒙菲莎大學(xué)(Simon Fraser University)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院擔(dān)任訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者,并在意大利的Tinted Technology公司擔(dān)任首席技術(shù)官。
靳羽華教授是人機(jī)交互(Human-Computer Interaction,簡(jiǎn)稱(chēng)“HCI”)與光學(xué)工程交叉領(lǐng)域的創(chuàng)新研究者。他的工作方向融合了多學(xué)科交叉,主要圍繞先進(jìn)的個(gè)人制造技術(shù)和可視化技術(shù)展開(kāi),這其中包括了如何結(jié)合先進(jìn)光學(xué)科技、計(jì)算軟件和硬件科技,進(jìn)行多元化、創(chuàng)新性的應(yīng)用技術(shù)研究,致力于縮短高端科技與日常生活之間的應(yīng)用距離。
