人工智能的发展及应用.pptx

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1、人工智能进展及应用研究概述航天科工二院2016.071国内外人工智能发展回顾2人工智能应用概述3人工智能产业发展方向及建议主要内容国内外人工智能发展回顾一 人 工 智 能(Artificial Intelligence)：是 用 机 器 去 实 现 所 有 目 前 必 须 借 助 人 类 智慧 才 能 实 现 的 任 务。其 具 体 研 究、开 发 用 于模 拟、延 伸 和 扩 展 人 的 智 能 的 理 论、方 法、技术及应用系统。？弱人工智能基于机器学习算法，程序设计者预测情况、做出执行方案。强人工智能程序自己思维，分析、理解外部事物，并做出决策。学术界分类国内外人工智能发展回顾一 强人工

2、智能 也指通用人工智能（AGI），是人工智能研究的主要目标之一。其诞生的时间点被人们成为“技术奇点”或“奇异点”。（如图）从这个点开始，计算机智能将取代目前地球上最聪明的人类智慧。一（一）各国政策助力人工智能发展（一）美国“大脑研究计划”2013年4月，美国正式公布“推进创新神经技术脑研究计划”（BRAIN）。国内外人工智能发展回顾国内外人工智能发展回顾一（一）各国政策助力人工智能发展 美国已充分认识到人工智能的战略意义，陆续开展了人工智能相关计划，并从国家战略层面开始加紧布局。时间 战略、规划 备注2013 年4 月“推进创新神经技术脑研究计划”（BRAIN）政府拨款1.1 亿美元2014

3、年 HIN 小组制定未来十年详细计划十年总投资45 亿美元2015 年10 月 DARPA“未来技术论坛”未来30 年技术发展预测2015 年11 月 CSIS 发布国防2045：为国防政策制定者评估未来的安全环境及影响报告指出人工智能是影响未来安全环境的重要因素2016 年2 月 DARPA 表示正在发展人工智能技术，以奠定其理论基础支撑美国第三次“抵消战略”2016 年5 月美国白宫探讨制定人工智能发展相关政策和法律（一）国内外人工智能发展回顾一 欧盟：人类工程项目（HBP)2013年初，欧盟宣布未来十年“新兴旗舰技术项目”人脑计划（HBP）。总投资12亿欧元。计划2018年前开发出第一个

4、智能人造大脑。（一）各国政策助力人工智能发展（二）国内外人工智能发展回顾一（三）日本：大脑研究计划（Brain/MINDS）2014年9月，启动大脑研究计划 Brain/MINDS。计划为期10年，旨在理解大脑如何工作以及通过建立动物模型，研究大脑神经回路技术，从而更好地诊断以及治疗大脑疾病。（一）各国政策助力人工智能发展国内外人工智能发展回顾一（一）各国政策助力人工智能发展 中国：“脑科学与类脑科学研究”中国脑计划主要有两个研究方向：以探索大脑秘密、攻克大脑疾病为导向的脑科学研究以及以建立和发展人工智能技术为导向的类脑研究。该计划将于2016年底前启动，国家资助15年。（四）国内外人工智能发

5、展回顾一（一）各国政策助力人工智能发展 中国：“脑科学与类脑科学研究”国家层面推出加快人工智能发展的指导文件。时间 战略、规划 备注2015 年3 月国家发改委出台工业机器人产业项目 对于机器人集成、本体、关键部件等会有30%补贴2015 年4 月 科技部发布智能制造科技发展“十二五”专项规划。针对机器人领域发布了服务机器人科技发展“十二五”专项规划2015 年5 月 中国制造2025 出台，明确提出“加快发展智能制造装备和产品”2015 年7 月 国务院出台关于“积极推进互联网+行动”的指导意见明确提出人工智能作为重点布局的11个领域之一2015 年11 月中国工业机器人高峰论坛召开，工信部

6、与财政部考虑对于工业机器人等领域相关支持政策。2016 年1 月“科技创新2030 项目”智能制造和机器人成为重大工程2016 年3 月国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要(草案)重点突破新兴领域人工智能技术等2016 年5 月国家发展改革委、科技部等联合发布“互联网+”人工智能三年行动实施方案到2018 年，打造人工智能基础资源与创新平台，形成千亿级的人工智能市场应用规模（四）国内外人工智能发展回顾一（二）人工智能发展原理人 工 智 能 是 一 门 综 合 了 计 算 机 科 学、生 理 学、哲 学 的 交 叉 学 科。根 据 技术 原 理 不 同，可 以 把 人 工 智 能 分 为 符

7、号 主 义、联 结 主 义 和 行 为 主 义 三 个 流 派，不 同 流 派 对 人 工 智 能 发 展 的 观 点 不 同，研 究 方 法 也 不 相 同，但 在 不 同 细 分 领域都取得了突破和成就。表1 人工智能原理及流派主要流派 主要原理 基本观点 代表性成果 符号主义(又称逻主义、心理学派)(又称逻主义、心理学派)符号操作系统“认知即计算”：认知过程就是在符号表示上的一种运算。因此可以用计算机的符号操作 来模拟人的认知过程，从而实现人工智能。专家系统的成功开发与应用。联结主义(又称仿生学派或生理学派)(又称仿生学派或生理学派)神经网络、神经网络间的连接 机制、学习算法“神经计算”

8、：通过大量的非线性并行处理器来模拟人脑中众多的神经细胞（神经元）。1943 年，麦克洛奇和皮兹提出形式化 神经元模型，即 M-P 模型；1982 年，美国物理学家霍普菲尔特提 出离散神经网络模型；1984 年，他又 提出连续神经网络模型；1986 年，鲁梅尔哈特等人提出多层网 络中的反向传播（BP）算法；2006 年，Geoffrey Hinton 等人提出深 度学习算法。行为主义(又称进化主义或控制论学派)(又称进化主义或控制论学派)控制论、感知动作型控制系统 智能取决于感知和行为，取决于对外界复杂环境的适应，人工智能系统的建立应采用对 自然智能进化过程仿真的方法。80 年代诞生了智能控制和

9、智能机器人系统。年代诞生了智能控制和智能机器人系统。国内外人工智能发展回顾一（二）人工智能发展原理人 工 智 能 至 今 经 历 了 诞 生、黄 金 时 代（1956-1974）、遭 遇 基 础 障 碍（1974-1980）、繁 荣（1980-1987）、低 潮（1987-1993）、爆 发（1993-现在）多个时期，在波折中不断发展。c 1956年，达特茅斯会议标志着AI的诞生 罗森布拉特发明第一款神经网络 Perceptron，将人工智能推向第 一个高峰 1955 年 1957 年计算能力突破没能使机器完 成大规模数据训练和复杂任务，AI进入第一个低谷 1970 年 霍普菲尔德神经网络被提

10、出 1982 年1986 年1990 年 2006 年2013 年 人工智能计算机 DARPA没能实现，政府 投入缩减，AI进入第二次 低谷 Hinton提出“深度学习”神经网 络使得人工智能性能获得突破性 进展 深度学习算法在语音和 视觉识别上取得成功，识 别率分别超过 99%和 95%，进入感知智能时代 国内外人工智能发展回顾一（三）人工智能技术进展表2 国外人工智能研究典型机构国内外人工智能发展回顾一（三）人工智能技术进展表3 国外发展人工智能典型企业国内外人工智能发展回顾一（三）人工智能技术进展表4 国外人工智能研究项目（2015-2016）序号 时间 项目名称 具体内容1 2016年

11、3月美军推进蜂群式无人机研究蜂群式无人机系统可实现更高水平的决策和功能，不仅可维系自身，还可与团队其他成员（包括飞行员和无人机）合作，共同执行任务。目前，已进入项目第二阶段。2 2015年12月俄罗斯开发脑控飞行器俄罗斯开发出一款脑控4轴飞行器，操作人员需要头戴一种新型传感器。这款新产品不仅能够向4个方向飞行，还能到达特定的目标点。32015年12月澳大利亚推出被动式可穿戴外骨骼澳大利亚国防部研制出一种新型被动式可穿戴外骨骼，能将士兵负重的2/3直接转移至地面。目前，处于概念验证阶段，42015年10月俄罗斯联合仪器制造公司验证机器人自动化指挥系统俄罗斯联合仪器制造公司研制出一种名为“独特”的

12、多功能机器人部队自动化指挥系统，目前已经成功完成试验验证。该系统可使机器在无人参与的情况下完成既定任务。52015年8月美国海军排爆机器人改进型 进入工程开发阶段62015年8月 美国海军开发无人潜航器水下无线充电技术成功通过演示验证国内外人工智能发展回顾一（三）人工智能技术进展表4 国外人工智能研究项目（2015-2016）（续）序号 时间 项目名称 具体内容7 2015年7月 美国陆军开发机械外骨骼美国陆军研究实验室开发出一种可佩戴在手臂上以提高射击精度的机械外骨骼（MAXFAS）。8 2015年6月 俄罗斯研制新型电子战系统新型电子战系统可防御敌方的巡航导弹、高精度制导武器系统以及卫星。

13、9 2015年5月 美日联合研制仿脑硬件计算平台由美国加州大学和日本国家材料科学研究所组成的研究小组开发出一种能够模拟大脑进行自然计算的硬件平台，可在人造大脑以及自然或认知计算研究中发挥重要作用，为人工智能走进现实世界奠定了基础。国内外人工智能发展回顾一（三）人工智能技术进展表5 Defense Advanced Research Projects Agency（2016）序号 Project Contents Funding（$million）1 Young Faculty Award(YFA)YFA program focuses on speculative technologies f

14、or greatly enhancing microsystems technologies,biological technologies and defense sciences.Current activities include research in thirteen topic areas spanning from Quantum Science and Technology to Robotics and Supervised Autonomy,Mathematics,Computing,and the Interface of Engineering and Biology.

15、FY 2014FY 2015FY 201615.306 16.501 17.2472 Probabilistic Programming for Advancing Machine Learning(PPAML)PPAML program will create an advanced computer programming capability that greatly facilitates the construction of new machine learning applications in a wide range of domains.FY 2014FY 2015FY 2

16、01610.221 14.021 16.0883 Mining and Understanding Software Enclaves(MUSE)MUSE program will develop program analyses and frameworks for improving the resilience and reliability of complex software applications at scale.FY 2014FY 2015FY 20164.500 8.000 12.1004 Communicating With Computers(CWC)CWC aims

17、 to provide computers with analogous capabilities to sense the physical world;encode the physical world in a perceptual structure;link language to this perceptual encoding;and learn the skills of communication.FY 2014FY 2015FY 2016 8.118 10.0005 Robotics Fast Track The program seeks to revolutionize

18、 robotics technologies by promoting non-traditional technical opportunities.The program will create low-cost,high-utility robotic component solutions by engaging a novel performer community in research efforts that result in prototype systems and proofs of concept in months,at a fraction of the cost

19、 of traditional design processes.FY 2014FY 2015FY 20161.500 3.000 6 Phoenix The program seeks to validate robotics operations in GEO suitable for a variety of potential servicing tasks,in full collaboration and cooperation with existing satellite owners.FY 2014FY 2015FY 201657.500 55.000 19.0007 Rob

20、otic Servicing of Geostationary Satellites(RSGS)RSGS program,an outgrowth of the Phoenix program budgeted in this Project,will establish robotics operations in GEO suitable for a variety of potential servicing tasks,in full collaboration and cooperation with existing satellite owners.FY 2014FY 2015F

21、Y 2016 4.000 10.0008 Robotics Challenge The program will boost innovation in autonomous systems and expand platform utility through enhanced actuation,energy density,perception,locomotion,agile reconfiguration,and design efficiency.FY 2014FY 2015FY 20168.100 4.000 国内外人工智能发展回顾一（三）人工智能技术进展表6 国内人工智能典型研

22、究机构单位 学科带头人 涉及技术北京理工大学智能机器人研究所黄强组 仿生机器人(汇童)、智能控制(汇童)、智能控制南京大学 周志华组 机器学习、模式识别北大计算语言学研究所 自然语言处理北大视觉听觉信息处理国家重点实验室封富举组、查洪彬组、生物特性识别、机器学习、计算机视觉、机器人清华智能技术与系统国家重点实验室张钹院士 马少平组、孙茂松组信息检索、自然语言处理中科院自动化研究所模式识别国家重点实验室谭铁牛院士模式识别中科院计算所智能信息处理重点实验室史忠植院士组信息处理清华大学自动化系 张长水组 机器学习，模式识别哈尔滨工业大学语言语音重点实验室李生、刘挺组信息检索、自然语言处理中科院计算所

23、机器翻译实验室 刘群组 机器翻译国内外人工智能发展回顾一（三）人工智能技术进展表7 国内人工智能典型企业国内外人工智能发展回顾一（三）人工智能技术进展表7 国内人工智能典型企业国内外人工智能发展回顾一（三）人工智能技术进展百度提出“百度大脑计划”将对人工智能技术进行全面研究。国内人工智能研究企业项目国内外人工智能发展回顾一（三）人工智能技术进展小结 1.人工智能技术前景：认知智能突破尚不明朗。一是人类认知激励尚不清晰，认知算法仍未突破；二是仅依靠工程学算法难以突破认知智能。2.市场规模：2020年人工智能全球市场规模超千亿，中国约91亿。人工智能应用快速发展二（一）人工智能技术在军事装备领域应

24、用无人作战系统美国TALON“魔抓”机器人（9.11）Atlas 人形机器人 美军研制的TALON（魔爪小型移动机器人），曾在美国“9.11”事件中用于在倒塌的世界贸易中心寻找遇难者及残骸，并被部署到阿富汗和伊拉克协助简易爆炸装置的检测和清除任务。美国研制的世界上首款人形作战机器人，可以实现自主双腿行走，并规划行走路线，其控制系统能够在外力作用下依然能保持单腿站立平衡。2015年，美俄积极布局军用人工智能技术研究，抢占发展先机。美国部署大脑皮层网络机器智能研究计划，快速推进机器学习技术发展；俄罗斯开发人工智能控制软件，能使机器人单独或组队自主完成各类军事任务。人工智能应用快速发展二（一）人工智

25、能技术在军事装备领域应用无人作战系统X-47B 无人作战飞机 2015年4月22日，美海军X-47B无人机与欧米伽空中加油服务公司的K-707加油机完成了自主空中受油试飞验证。无人机蜂群 蜂群式无人系统是美国国防部战略能力办公室的项目，该项目是美国与中俄军事竞争的关键。蜂群式无人机未来有可能成为改变游戏规则的项目。蜂群式无人机的第一步是发展空军研究实验室所谓的“忠诚僚机”。人工智能应用快速发展二（一）人工智能技术在军事装备领域应用无人作战系统“真北”（TrueNorth）仿脑芯片 该神经形态芯片具有100万个电子“神经元”和2.56亿个神经元之间的电子“突触”，能够对由光学、超声和红外传感器采

26、集的数据进行分析和做出响应。美持续追踪无人反潜艇（ACTUV）“持续追踪无人反潜艇”（ACTUV），安装了自主控制系统软件，于2014年进行测试，成功实现了自主导航，能够通过狭窄水道、躲避航标和淹没危险，能够操控并避免与其他船只的碰撞。人工智能应用快速发展二（一）人工智能技术在军事装备领域应用无人作战系统俄罗斯“独特”机器人2015年10月，俄罗斯联合仪器制造公司研制出一种名为“独特”的多功能机器人部队自动化指挥系统，目前已经成功完成试验验证。该系统可使机器在无人参与的情况下完成既定任务。“独特”系统能够将操作人员从指挥过程中解放出来，自动执行任务，可同时指挥10部机器人，使其在战场执行单独或

27、团队作战任务。2016年2月，俄罗斯先期研究基金会研制出“救援者”仿人战斗机器人，该机器人可在危险环境下执行任务。人工智能应用快速发展二（一）人工智能技术在军事装备领域应用无人作战系统无人机“黑色大黄蜂纳米”（Black Hornet Nano）无人战机“雷神”人工智能应用快速发展二（一）人工智能技术在军事装备领域应用导弹武器系统1.美国持续开展的“远程反舰导弹”项目研究，该导弹具备在传感器及信息网络完全切断的情况下自动攻击目标的能力，能够在无任何中继制导信息支持的情况下依靠弹载传感器和计算机探测和识别目标，进行完全自主导航和精确末制导，表现出在复杂环境下仍具有较强的精确毁伤能力。5.美国国防

28、高级研究计划局（DARPA）正在研发基于人工智能的下一代电子战系统。该项目有望为美军对抗中国和俄罗斯先进雷达系统提供相应的对抗策略。3.洛 马公司测试为DARPA 研制专门用于对抗自适应无线通信威胁的人工智能系统原型机进行现场测试。根据DARPA 要求，洛 马公司先进技术实验室（ATL）将和雷声公司空间和机载系统分部一起对该电子战机器学习软件进行现场测试。该软件能够使系统具备自主测试并干扰敌方自适应通信系统的能力。4.2016年3月，DARPA 宣布开展无线电频谱共享挑战赛。该挑战赛的主题是无线频谱协作技术，旨在使用人工智能、机器学习技术，建立一种智能系统，使设备协作（而非竞争）实现射频带宽共

29、享，以解决当前无线电频谱资源日益紧张难题。智能导弹项目智能电子战系统2.法 国 开 发 了 一 种 名 为CVM101“层 云”的 导 弹 指 挥 控 制 系 统。该 系 统 提 供 了 一种 分 布 式 体 系 概 念，通 过 将 部 署 在 不 同 位 置 的 传 感 器 和 导 弹 武 器 系 统 联 网，建立 一 整 套 覆 盖 全 部 战 场 地 域 及 空 域 的 虚 拟 武 器 系 统，并 依 托 人 工 智 能 控 制 技 术缩短导弹武器系统对目标反映时间，大大节省作战资源、提高作战效能。人工智能应用快速发展二（一）人工智能技术在军事装备领域应用武器装备故障诊断NASA把人工智

30、能应用到航天器的故障诊断中，开发有航天飞机液氧加注诊断系统LES，航天飞机主发动机透平泵诊断专家系统SEES，“旅行者”号探测器通信系统故障诊断专家系统SHARP美国空军和罗姆航空发展中心研发的智能BIT(Smart BIT)：提高机内测试概念安防领域 2015年2月，美国海军展示了其最新研制的“舰载自主消防机器人”（SAFFiR）。该机器人能够在舰艇上自主移动，承担不适宜人类作业的危险消防任务。人工智能应用快速发展二（一）人工智能技术在军事装备领域应用航天领域：空间在轨操作技术 1.美国开展的“凤凰”计划目标是实现在轨机动平台自主抓取废弃卫星，拆解零件并在轨组装新卫星的能力。2.DARPA希

31、望2019年能演示验证在轨维护的机器人技术。人工智能应用快速发展二（一）人工智能技术在军事装备领域应用航天领域：空间在轨操作与信息新技术俄罗斯计划20162025年设计并建造一款“清理者”航天器日本开展“电磁网”的研制，用于空间碎片清除 欧洲航天局将根据“清洁太空倡议”开展eDeOrbit任务，捕捉与收集在轨尤其是近地轨道的空间碎片，备选方案包括投掷网、夹钳机械装置和“鱼叉”诺格公司和美国Toyon研究公司正在开发的先进导航和地理配准系统，能够用于增强作战人员的态势感知，提高其安全。美空军升级“联合空间作战中心任务系统”（JMS），提高处理空间态势感知数据的能力。人工智能应用快速发展二（一）人

32、工智能技术在军事装备领域应用国防制造 装备制造业的核心能力是高精尖的制造设备技术，工业机器人无疑是制造设备中最重要的一环。20082013 年期间，日本和欧洲是全球工业机器人市场的两大主角。生产线上的工业机器人1.FANUC公司的并联六轴结构的机器人3iA具有很高的柔性，集成iRVision视觉系统、Force Sensing传感系统、Robot Link通信系统和Collision Guard碰撞保护系统等多个智能功能，可对工件进行快速识别,利用视觉跟踪系统引导完成作业。2.2015年11月，NASA用全美最大的、用于复合材料制造的机器臂，制造直径超过8米、史上最大的复合材料火箭部件。该机械

33、臂安装在一根40英尺长的轨道上，手臂长21英尺，机械臂头部一次可装入16束碳纤维，可在多个方向上运动，以实现精确铺丝。为适应不同项目的要求，机械臂头部还可拆装更换，进行灵活生产。人工智能应用快速发展二（二）人工智能技术在民用产业的应用消费电子领域智能穿戴设备以智能穿戴设备为例，目前的Fitbit、Charge HR以及微软手环等可穿戴设备可实时获取人体生理指标，能够定时提醒人们运动、饮水、进餐、就医等，极大提高了人们的生活质量。人工智能应用快速发展二（二）人工智能技术在民用产业的应用智能安防智能视频分析系统自动违法停车取证人工智能技术发展方向及建议三人工智能技术应用人 工 智 能 的 诞 生

34、与 发 展 是20世 纪 伟 大 的 科 学 成 就 之 一，也 是 新 世 纪 引 领未 来 发 展 的 主 导 学 科 之 一。人 工 智 能 相 关 领 域 的 研 究 成 果 已 被 广 泛 地 应 用 于国 民 生 活、工 业 生 产、国 防 建 设 等 各 个 领 域。在 信 息 网 络 和 知 识 经 济 时 代，人 工 智 能 技 术 正 受 到 越 来 越 广 泛 的 重 视，必 将 为 推 动 科 技 进 步 和 产 业 的 发 展发挥更大的作用任务。发展人工智能武器装备诊断系统 发展基于人工智能的目标融合识别技术 以深空探测智能遥感器为契机发展空间在轨操作技术 发展电子战领域的人工智能技术 发展智能机器人技术 推动智慧企业建设