筆跡複製機器人出現啦!精準度 93%,以後筆記、草圖就拜託代寫囉

【為什麼我們要挑選這篇文章】以前聯絡簿或成績單需要給父母簽名,但因考太爛都會自己偷偷簽。在簽名之前,都會仔細注意父母簽名的筆畫、下筆順序還有那種奔放感。這種回憶將被科技取代,因為現在連機器人都比你還會簽名了。(責任編輯:陳伯安)

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書面語言是人類區別於其他生物的重要特點,有的生物可以和人類一樣彼此交談,但是只有人類可以寫下有自己風格的符號:精巧的漢字,複雜的花體字母,每個人的筆跡都是獨一無二的。

但現在,布朗大學研究人員研制的新型機器人的已經可以做到憑借一己之力學會像人類一樣寫字和畫圖。

精確度達 93% 的複製筆跡機器手臂誕生

Atsunobu Kotani  是布朗大學的本科生,他在老師的幫助下創建了一種深度學習演算法,使機器人能夠相當準確地確定使用哪種筆畫,以及以何種順序生成手寫單字和手繪圖像。

機器人最初使用日文進行訓練,隨後可以用演算法「自學」,自行確定筆畫順序和位置,臨摹出它未見過語言中的單詞,寫出包括中文、英文、印地語、韓文、希臘語、烏爾都語的文字, 複製字母和筆畫的精確度可達 93%

機器人還可以複寫一些簡單的線條草圖,完成了例如對蒙娜麗莎草圖的臨摹。在不遠的未來,機器人就能在職場上幫我們記筆記、畫流程圖,成為我們的得力助手。

但研究人員也提到,目前機器人還存在不足,比如還做不到像左撇子一樣從右往左進行書寫。

我們看字是比劃,機器看字是「像素」

書寫是一種看似簡單,實際上是精心設計的複雜動作組合過程。當寫一個單詞時,你必須知道在哪裡落下筆,握著它畫一條線,之後提起筆,結束這條線。接著在什麼時候拿起你的筆,再畫一條線。

模仿他人的筆跡需要學習每一個字當中的筆觸、線條寬度、書寫習慣、字體傾斜程度等等因素,才能成功複製其書寫。

就像機器人學習在人類看來簡單的兩條腿走路花了很久的時間一樣,讓機器人學會使用類似於人們寫作方式來書寫是一個非常難以實現的目標。機器不能以和人類一樣的方式觀察文字。比如,當人看到字母「A」時,是看到三條不同的線條,所以很容易知道要用三個筆畫重現它。但是機器只能看到一組像素 ,而 Kotani  的演算法可以幫助將這些像素轉換為筆畫,從而讓機器可以像人類一樣順利寫出字母。

Kotani  提出的用於分析字母的深度學習網路,可以再現書寫字母所需的一系列筆畫,然後告訴機器人完成每個筆畫要做的動作。

因為只是臨摹,無須理解字符背後的實際含義,所以機器人可以寫出任何語言,例如它能夠用十種不同語言撰寫「hello」,這些語言背後使用的是完全不同的字集。同樣的方法也可以應用於任何類型的線條圖,如簡單的草圖。這種算法可以幫助機器人在未來更好地與人們互動。

機器的學習系統包含兩個不同的模型,一個是「全局」模型,它允許機器人將文字作為一個整體查看圖像,以幫助它確定特定單字的可能起點位置,以及如何移動到下一個單詞。另一個是「本地」模型,可以幫助機器人完成當前如何處理手中的筆,即進行正確的移動,放置等。 

自學其他字體與圖像,6 歲小孩的筆跡也能模仿

為了訓練機器人,研究人員提供了一個日語字體語料數據庫,並提供了有關字體的組合筆畫應如何書寫的信息。之後它自行學習創建了一個模型,該模型可以查看字字體的像素並預測開始每一個字體筆畫的位置,然後給出在繪制筆畫時需要移動的位置訊息。

這使得機器人能夠寫出以前從未見過的語言,這種自學能力也讓研究人員也十分意外。 

研究人員分別在白板上通過印地語,泰米爾語和意第緒語等各種語言寫下「你好」,試圖混淆機器人。結果機器人做到了通過機器視覺對每種不同的語言文字進行觀察,然後分別撰寫單字副本,即使它之前只會寫日語。除了印刷體之外,機器人還進行了英文草書的書寫,結果一樣出色。

機器人還可以辨別  歲孩童寫下的稚嫩文字,在一群幼兒園的兒童參觀實驗室時,機器人輕鬆地模仿了這些孩子的筆跡。

圖像也可以臨摹,Kotani  在白板上畫下一副蒙娜麗莎的粗略草圖之後,機器人也進行了惟妙惟肖的複製。而且和噴墨打印機不同,這台機器人畫畫並不是一行一行地畫出來,而是可以模仿人類畫畫的筆觸一筆一畫地臨摹。

但因為研究人員訓練機器人用的是現代日語,書寫順序是從左到右進行,之後推廣到的英語也是以相同的方向寫的。所以目前機器人進行從右到左的書寫還不夠熟練。

儘管如此,它仍然是語言互連的一個很好證明,許多不同的腳本來自同一個人(機器人)手中。另外這也是朝著開闢人與機器之間新的溝通方式邁出的重要一步,以後人與機器也許可以通過手寫文字進行交流。

機器人懂得模仿筆跡後的法律隱憂

有人說,「筆跡是人類大腦的寫作」,筆跡是一個人的性格,智力水平和思維邏輯的具體反映。

比如說,有人認為如果書寫時字母的一橫都從左向右地往上斜,表明書寫者是個樂觀主義者;相反,如果字間隔或行間隔較大,說明書寫者是一個悲觀主義者。

其實通過 GAN(生成對抗網絡),AI  之前就能夠做到複製人的筆記,只要提前輸入文字數據,讓 AI  進行學習,隨後就可以利用生成演算法來模擬生成一部分假數據。之後再把兩個數據交由判別算法進行辨別,這個機器類似人類筆跡鑒定專家,直到機器也判斷不出真假時訓練就完成了。

2017  年,GeekPwn 駭客 破解大賽中,一位來自中國金融認證中心的選手就曾使用 AI  機械臂成功複製中國科幻作家陳楸帆提供的筆跡,寫下一張難辨真假的「欠條」。

寫字機器人對人筆跡的仿真程度由此成為公眾關注的焦點,筆跡在日常生活中廣為使用,一旦不法分子可以成功將其仿造,將可能導致盜刷銀行卡、簽署文件造假等一系列的安全問題。

關於模仿字跡的機器人還有一些讓人啼笑皆非的應用,根據哈爾濱新聞網報道,哈爾濱一名初三女生用 800  多人民幣壓歲錢(約 4,000 台幣)買了一台寫字機器人,用兩天時間完成了語文作業的抄寫,且字跡工整,沒有修改痕跡。該行為隨後被母親張女士發現,張女士在一個寫有「寫字機器人」的包裝盒中,發現了該「抄寫神器」的使用說明書。說明書顯示,該機器可以模仿各種筆跡進行文字的抄寫,還可以畫手抄報等。

最初張女士並不相信該「金屬架子」可以如此逼真地模仿人的筆跡,直到該機器在紙上模仿其女兒的筆跡抄寫課文時,張女士才相信作業是機器人代勞,「這玩意兒太坑人了,如果不仔細看,還真難分辨真偽。」

(本文經合作夥伴 大數據文摘 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈布朗大学的机器人能一笔一划临摹出蒙娜丽莎,还能模仿你的笔迹 〉。)

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