科普

實現
沒有口袋的哆啦A夢
的一些技術難點

2018年8月20日・AS大雄・首發於貼吧

在一些例子方面和行文方面可能並不是十分流暢和專業（會儘量避免這些錯誤），歡迎各位交流批評以及提出相反意見

哆啦A夢這種科幻機器人無疑是極為先進的，那麼想要將這個藍色的夢想實現需要哪些關鍵的技術呢？本文暫且不對其道具和口袋進行討論，因為在這中有一些理論是否能成立僅為我們的想象，將這些比喻成書上的果子就相當於是還沒有被看見的那部分，下面討論的是可以看見的而還沒法摘到的果子，也就是構成哆啦A夢的關鍵技術，人工智能（哆啦A夢的大腦）以及可控核聚變（哆啦A夢的能量來源）的技術難點。

人工智能

哆啦A夢擁有極為豐富的感情和內心世界，並為我們展現了一個又一個發人深思令人回味的故事。

可以這麼說，這一切的一切和人工智能技術是分不開關係的，最近隨着阿爾法狗以及各路影視作品和遊戲作品比如「守望先鋒智械危機」「底特律變人」中的人工智能元素出現，可以說人工智能這個詞現在是極為火熱和流行，特別是在某些網絡平台的推送和新聞文章更是對這個概念進行瘋狂吹捧和浮誇，似乎人工智能在明天就可以代替人類毀滅世界，這樣也導致現如今大眾對於人工智能的概念處於一種極為看好的狀態，也都樂觀的認為很快就可以達到這個程度，不過仔細想想，我們大家所接觸過的人工智能也就是深度學習和大數據搞出來的，不知道有沒有閒的沒事的人和這些人工智能尬聊過。真正的事實是現在我們想要達到哆啦A夢這種程度的人工智能絕非想象中那麼簡單和觸手可及，而是「革命尚未成功同志仍需努力」

現如今在人工智能的研究已經分為了很多的子領域，在這按照網上分類簡單分為機器學習，自然語言處理，運動與控制，機器感知，計算機視覺，語音識別，情感計算，當然這些領域最後都要走向合併，就像牛頓對於物理學這個領域一樣，不過現在很多子領域都存在不少的難點有待突破，下面會就這些領域中的一些進行很簡單的一些討論介紹。

1.1.機器學習

先來看下面一個圖片

圖片來自哆啦A夢：新大雄的日本誕生

圖中的故事是大雄房間全被水弄濕了，然後哆啦拿出一個吹風一樣道具來把水弄乾。表面看上去貌似沒什麼，一切理所當然，隨便換一個對道具功能了解的人一樣可以做到。但是裡面有着學問和難點。

對於哆啦A夢，他如何根據現有的情景判斷該用什麼道具，他為什麼立刻就選擇了用這個道具，他為什麼不選擇其他的道具，他拿出這個道具要用多大的力氣，對於目標物體使用該處於一個什麼樣的距離，他如何來判斷這個距離的遠近等等。

簡單的一件小事，背後卻蘊含着巨大的信息量。現在的處理這種小事的方式是通過深度學習和大數據，用事物的表面特徵，語音聲音特徵的這些方法來解決，當然現在通過這些方法也確實可以做到這個動作，不過更加複雜的事物就不一定了。

首先類別一下人類的學習的過程，回想一下我們學習的過程，有填鴨式教育，也有讓我們學生主動學習翻轉課堂之內的學習方式，也有通過看別人的動作事物進行邏輯推測的邊探索邊學習的過程等，總之很多。

接下來還是這個例子，普通人簡單了解一下各個道具的說明書，或者通過一個人是演示就可以做到這一點了，該用哪一個，該怎麼用，用多大的力氣，作用的部位等等，甚至遇到類似的還可以進行舉一反三的使用，然而現在解決這些問題的依舊是使用大數據和深度學習，可以比喻是填鴨式教育被動學習，對於知識點不需要理解和舉一反三，需要做的就是背下所有的例題，然後對號入座，觸類旁通和舉一反三這種人類學習新事物的特別關鍵的特點在機器中可以說是不存在的。

也許下一步應該做的就是深度挖掘和研究這一件看似極小的事情背後所蘊含的巨大信息量，當然這並不是說不該使用深度學習這個概念，而是解決這類問題不能單單來不來只依靠這一個概念。

1.2.計算機視覺

也是一張圖片

圖片來自哆啦A夢：新大雄的日本誕生

人類可以自然而然的對這個圖片中的內容進行想象，比如大雄桌上有書和作業然後他睡着了，可以推測他做作業做累了然後趴着小憩一會，總之，我們注意力在這張圖上時間越長，可以進行想象和推測的內容就越多（開個玩笑不知道能不能從這裡面推測出地球何時毀滅）。這些東西的大小以及尺寸我們根據我們自己的常識也可以進行很好推測，比如大雄書桌的高度，哆啦壁櫥的高度，當然不能進行精確的認識，但是至少可以有一個大概的概念。

通過這個視覺我們可以進行很多的操作，比如拿一杯水，我們雖然對於距離和尺寸的具體值推測很模糊，但我們可以通過人生理學的前饋控制系統來對我們的動作進行不斷的修正，用力不多不少，最終達到目的。

然而機器人想要做到這一點卻不是想象中的那麼簡單輕鬆，這樣是為什麼一台會和人握手的機器人都那麼難以研製出來的原因（高級別的握手機器人要會揣摩人的意思，要不然會出現尷尬的情況）。或者說是機器人幫你開門，沒有這種前饋系統，直接一個用力過猛，把門把手給扯下來。

1.3.情感計算推理以及人性和倫理

依然用一張圖片來舉例說明

圖片來源2002年版 我出生的那一天

想推測出人的內心世界可以說是難上加難，特別是女人（開個玩笑），某些人騙人都很容易，騙機器豈不是更容易，比如撩漢狂魔和撩妹狂魔們，仔細分析一下，這些狂魔們一定是邏輯推理能力很強，對對方的心裡把握的極為準確的，當然我們也可以通過訓練來提升這方面的能力成為撩妹/漢狂魔，假設你有一個哆啦A夢，但是這隻哆啦A夢卻沒那麼有靈性，不能像影視作品中撩大雄一樣撩住你（開個玩笑），不能猜出你在想什麼，也不知道你到底出了什麼毛病，更不用說走進你的內心世界（人機互動），那還不如直接關機扔家裡成為1:1大型手辦來的舒服自在。

簡單說說上面那副圖片，大雄因為誤會而準備離家出走，甚至說出「如果我沒有出生過那該多好」之內的極端語言，哆啦A夢這個時候就需要根據大雄的前因後果進行邏輯推測大雄到底出了什麼狀況，以及解決問題的辦法，最後也是沒有選擇安慰和灌雞湯或者強行抓走之內的操作，而是選擇使用時光機帶大雄回到他出生的那一天去親自看，顯然哆啦A夢是知道大雄要吃這一套才這樣做的，然而這些是基於他對大雄這個人的了解做出的，換做是別人可能不認你哆啦A夢這一套。

而同樣一句話同一個人在不同的情況下用不同的語氣或者是不同的情況下用相同的語氣說出來所想表達的意思可能都是不一樣的。

當然也存在不同的人說的話玩的一些梗別的人根本不懂是怎麼一回事，比如我現在說幾個梗「搖修老李蛋」「因尼亞吔屎戰」（下面會貼出鏈接，有興趣的朋友可以去看一看）這兩個是EVEonline遊戲中極為喜劇和搞笑的梗，但是沒有接觸過這方面的人可能對這個一臉懵逼完全不知所云，因為一些梗所代表的東西可能只有這一個圈子裡面的人知道，其中的笑點也只有這個圈子裡面的人可以體會。可以這樣比喻，抗戰時期的地下黨工作人員發電報，接收人員和發布人員各有密碼本一本，發出去的是一串亂碼，別人看了完全看不懂，但是接收人員通過密碼本就知道這是什麼意思，（題外話，現在所謂的量子通訊其實就是把密碼本給發過去，接下來的亂碼信息想怎麼傳就怎麼傳，可以用無線電，可以發手機短信，甚至還可以用引力波傳，所以說這個本來就是叫量子保密通訊的概念硬生生的被媒體炒作成了量子通訊，以為是靠量子糾纏之內的騷操作進行遠距離瞬間傳輸，去問科學家這個技術是不是用了量子糾纏這個概念，不巧還真是，但是事實不是這樣用的，於是對於這個的誤解進一步加深，網上誤解了這個概念認為是可以隨便多遠瞬間傳輸的人也對這個無腦的進行口誅筆伐）。

關於人性以及倫理則更是值得深入研究和探討，比如說電車問題，亦或者哆啦對於大雄的某些不好的行為進行一個管理，圖中哆啦如果不進行好好的疏導而是順着大雄的性子來，有一定的可能會將大雄弄成一個心中充滿仇恨的人，但是哆啦也得會判斷大雄究竟是不是三觀上面出現了小小的偏移。

總之，在這一個研究方向可能是人工智能中最艱深的一個部分。

1.4.總結

毋庸置疑的是，這些研究方向是必須要走向統一的，這樣才能真正的搞出人工智能，還是那個舉的老掉牙的例子，牛頓對於物理學的統一，不過人工智能可不像幾百年前統一物理來的那麼簡單粗暴，這個是融合了各種各樣的學科，生理學，物理學，社會學，等等一些列的學科，真正困難的就是將這一系列來一個大一統。（值得欣慰的是人工智能這個概念得到的資金投入是大把大把的，而不像接下來要說的可控核聚變）

2. 可控核聚變

圖片來源於網絡

官方給予的哆啦A夢的能量來源是一個原子胃，無論吃什麼都可以轉化為原子能，這麼推測基本可以排除裂變能，而可以基本確定是聚變能，但是要將鐵之前的元素進行聚變反應需要的壓力和溫度都是一個難以想象的天文數字。所以這種高級別的聚變反應暫且不談，我們能把最輕的元素進行長時間可控的聚變就謝天謝地了，也就是現在我們主流進行的氫同位素的聚變，不過哆啦使用的這種必然是經過小型化設計的，但是現在連大型的都沒有弄好，就更別說小型的了。

雖然世人對這個技術很不看好，不過考慮到這個東西實現之後所帶來的巨大利益，還是不得不繼續說下去。

那麼這個技術到底是什麼樣的呢，又存在哪些困難的地方呢，接下來會一一進行闡述。

首先，將可控核聚變這幾個字拆分為可控以及核聚變，核聚變是在一定的溫度或者壓力下，兩個比較輕的原子在這種溫度或者壓力下，原子核碰撞在一起，形成一個更重的原子核，在這其中種質量減少，轉化為巨大的能量，依據愛因斯坦著名的質能方程E=mc^2，簡單舉例就是我們熟知的熱核武器（氫彈），當然氫彈是一錘子買賣，和可控扯不上關係。

接下來是可控，可控的意思就是，我想讓核聚變進行他就進行，想要他終止他就終止，想要持續輸出低能量就持續輸出低能量，想持續輸出高能量就持續輸出高能量。想要做到這一點就很不容易了。

2.1溫度問題

讓我們從溫度來展開這個問題（支持冷聚變的就不要跑出來說話了），眾所周知，可控核聚變其實早就實現了，而且持續運行了幾十億年（頭上的太陽），但是太陽上不但溫度極高，壓力也是極大的，在地球上我們不可能弄出那麼高的壓力（幾千億個大氣壓）所以我們只能在溫度上面下功夫，想要達到聚變目標，我們需要的溫度必然是上億的，地球上沒有任何東西可以承受這個溫度，所以我們只能讓高溫物質不接觸「艙壁」（然而就算是不接觸，我們也需要要這些材料耐高溫，耐熱衝擊，要不然來一個等離子破滅幾千度溫度直接把爐子給燒穿），現在主流的是慣性約束的極光加熱，比如美國的「國家點火」和中國的「神光」以及磁約束（帶電粒子在托卡馬克或者仿星器裡面處於極向磁場和環形磁場之中，受到我們高中物理所學的洛倫茲力的作用而運動而又保持一定的形態，帶電粒子自身形成的電流再對自身進行歐姆加熱），比如中國的EAST，以及未來的ITER，（慣性約束基本算是沒有前途了，接下來也不會談，下文主要討論磁約束）。

圖片來源於網絡

2.2.工程技術問題

想要約束住這些粒子，我們必須要極強的磁場，磁場強度就是一個問題，網上資料顯示目前人類所能達到的最大磁場約是10T，這需要巨大的電流，這巨大的電流同樣也會對電線進行歐姆加熱，所以冷卻是一個問題，不然一會直接就把爐子燒了。可能已經有朋友想到了，解決這個問題可以使用超導體，這個確實是一個方法，而且ITER計劃貌似就準備使用超導托卡馬克這個方案，但是我們目前根本沒辦法搞常溫超導，只能弄低溫超導，可以進行簡單的想象，裡面幾億度，外面零下兩百多度，這個難度還不是一般的大。

2.3.等離子體湍流

假設磁場弄好之後，就是內部等離子體形成的湍流問題，流體力學這方面一直是物理學的老大難問題，所以我們不能簡單粗暴的預測粒子的運動軌跡，不過這個問題貌似可以通過超級計算機的暴力計算來進行解決。

2.4.氚滯留問題

假設上面一個問題解決之後，接下來我們還要面臨廢料的排放問題，兩個氫原子核聚變在一起形成一個更重的氦核，然後這個玩意兒我們要怎麼才能讓它滾粗等離子體裡面，這也是一個很嚴肅問題。同時在反應中我們的氚（反應堆中的氚一般都是要循環使用的，通過中子和鋰反應再此將氚生成）很容易在各個地方被毫無利用價值的消耗掉（氚滯留），比如用於反應堆的第一壁材料，由於直接接觸等離子體，所以說氚很容易就停留在上面了，而氚一但用完，反應也就直接熄火了。

2.5.中子問題

下一個就是中子問題，這個問題非常嚴重，因為中子這個東西真的很煩，煩就煩在這玩意兒不帶電，你沒法對其進行約束，所以這個東西就到處撞，對於這個還真沒有好辦法，只能採用被動防禦模式，就是選擇各種耐中子材料，只是奈何還真的沒有那麼牛逼的材料可以完全扛得住中子持續不斷的轟炸，而且在這些轟炸的發生下，材料會發生各種各樣沒人知道的核反應，可能會生成一些放射性元素。

2.6.等離子體輻射問題

還有就是等離子體裡面的各種各樣的粒子的衝擊，由於我們磁約束並不是絕對的可以把帶電粒子好好的約束住，所以很難受，這些東西也會到處跑，一頭就撞在艙壁上，時間一長，第一壁材料就會出現氣泡脫落之內的問題，而這些東西一旦進入等離子體裡面，反應又直接熄火了。

2.7.其他問題

當然還有各種各樣的假設這個堆完美運行時候的問題，比如說如果用這個東西來把水燒開來發電，如何控制成本讓這玩意兒的成本低於火力發電等等，不過前面的問題都還沒有很好的解決就不用先來說這些後話了。

2.8.總結

總之，可控核聚變也是一個極為困難和難以達到的技術，大型的是如此，小型的可以用在哆啦A夢身上就更不用說了。但是，也許是和難度有關係，這項技術得到的重視程度和經費支持卻遠不如人工智能。

千言萬語還是那句話，革命尚未成功同志仍需努力啊。

3. 結語

想要在這個程度上實現哆啦A夢在現在來說可以說是困難重重長路漫漫，然而，我們不能因此而放棄對於科學的探索和投資以及努力，而是應該知難而上，勇往直前，不能遇到什麼特別難的問題就直接把任務扔到下一輩人的頭上，比如說一些什麼「這需要幾代人的努力」這樣的話。

也希望各位可以支持科學技術的發展，為這方面的進步貢獻出自己的一份力量，爭取讓我們這一代人看見一個「沒有口袋的哆啦A夢」

全文完

參考資料

分類：

• 科普
• 自然科學

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