未來世界：一切皆AI？
人工智能對(duì)我們的日常生活產(chǎn)生越來越大的影響，并且正在革新研究領(lǐng)域。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院認(rèn)識(shí)到自己在這一領(lǐng)域的責(zé)任，并正在努力促進(jìn)對(duì)這一快速發(fā)展的技術(shù)的創(chuàng)新與信任。
有時(shí)，一臺(tái)機(jī)器會(huì)讓所有人感到驚訝。最近的一個(gè)例子發(fā)生在Scientifica 2019的開幕式上，當(dāng)時(shí)ETH機(jī)器人專家通過寫一個(gè)``enjoy''一詞訓(xùn)練了一架無人機(jī)來歡迎訪客。
起初，當(dāng)無人機(jī)（即Voliro）開始書寫時(shí)，一切似乎都很正常。它從第一個(gè)字母開始，就像人類一樣。但是到了第二個(gè)字母時(shí)，出了點(diǎn)意外：不過它只是忽略了“ n”的垂直線，然后繼續(xù)寫所有其他字母。然后才飛回“ n”以添加缺少的筆畫。最終結(jié)果是完全正確的，但是它在書寫時(shí)來回跳動(dòng)的方式與人類的書寫方式截然不同。
當(dāng)然，那不是Voliro的編程方式！實(shí)際上，它的創(chuàng)造者和其他所有人一樣感到驚訝。在所有排練中，Voliro只是按正常順序?qū)戇@些字母。直到最后一次表演之前，無人機(jī)才學(xué)會(huì)以一種認(rèn)為更有效的方式來做。
當(dāng)諸如Voliro之類的機(jī)器意外更改其行為時(shí)，我們會(huì)自動(dòng)想到智能。實(shí)際上，Voliro是由同名的ETH衍生出來的自動(dòng)飛行機(jī)器人，是當(dāng)今人工智能（AI）具備強(qiáng)大能力的一個(gè)很好的例子。從外部看，似乎人類的決策實(shí)際上起源于統(tǒng)計(jì)的、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的過程，我們稱之為機(jī)器學(xué)習(xí)，這些過程是AI的子集。
過度炒作和低估
機(jī)器學(xué)習(xí)是指計(jì)算機(jī)根據(jù)從訓(xùn)練數(shù)據(jù)中獲得的經(jīng)驗(yàn)自行學(xué)習(xí)識(shí)別數(shù)據(jù)集中的模式和規(guī)律性。隨著他們繼續(xù)從大量數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，智能程序會(huì)自動(dòng)提高其成功率。機(jī)器學(xué)習(xí)方法可以發(fā)現(xiàn)人類無法發(fā)現(xiàn)的有價(jià)值的結(jié)果，尤其是在面對(duì)非常大、復(fù)雜或異構(gòu)的數(shù)據(jù)集時(shí)。
“人工智能是指能夠使計(jì)算機(jī)幫助人類完成只能由智能解決的任務(wù)的技術(shù)。”計(jì)算機(jī)科學(xué)教授，機(jī)器學(xué)習(xí)專家Andreas Krause說。自1950年代以來，一直進(jìn)行AI研究，這既有未實(shí)現(xiàn)的期望，也有意外的成功故事。最近發(fā)生的變化是，人工智能已經(jīng)在我們的日常生活中變得更加明顯和可見：自動(dòng)創(chuàng)建的相冊(cè)和智能手機(jī)語音助手只是兩個(gè)例子。
人工智能日益普及的原因在于三種技術(shù)趨勢(shì)的融合。首先，計(jì)算機(jī)硬件變得異常強(qiáng)大?，F(xiàn)代智能手機(jī)的速度與1990年代中期的超級(jí)計(jì)算機(jī)一樣快，并且筆記本電腦具有足夠的計(jì)算能力來開發(fā)可行的AI模型。其次，許多AI學(xué)習(xí)方法的軟件實(shí)現(xiàn)可在線免費(fèi)獲得，這增加了開發(fā)人員和用戶的數(shù)量。第三個(gè)趨勢(shì)是可用于訓(xùn)練AI系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)（大部分?jǐn)?shù)據(jù)在Internet上）的可用性?？茖W(xué)家?guī)缀趺刻於荚谌〉眯逻M(jìn)展，這反過來極大地?cái)U(kuò)展了我們對(duì)這些學(xué)習(xí)方法的數(shù)學(xué)理解。
“人工智能技術(shù)突破的結(jié)果是對(duì)科學(xué)、工業(yè)和社會(huì)的多方面破壞，其深遠(yuǎn)影響被夸大和低估了。”這是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的AI研究人員得出的結(jié)論，當(dāng)時(shí)他們?cè)u(píng)估了AI在2019年夏季的發(fā)展情況。
新的分工
實(shí)際上，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)不僅會(huì)影響單個(gè)用戶和行業(yè)工作流程，而且會(huì)改變研究人員和計(jì)算機(jī)之間工作分配的方式。ETH Global副總裁兼ETH“think-and-do”tank RETHINK的創(chuàng)始人，計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)教授Gisbert Schneider使用AI在計(jì)算機(jī)上開發(fā)新藥物。他說：“我們有一個(gè)用于虛擬藥物化學(xué)的AI模型，該模型可以自動(dòng)生成具有一個(gè)或多個(gè)所需特性的分子結(jié)構(gòu)。”該方法使研究小組可以獲得新的化學(xué)實(shí)體，然后合成和測(cè)試這些計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的化合物，以查看它們是否具有計(jì)算出的生物活性。Gisbert Schneider說：“人工智能方法增強(qiáng)了研究人員的創(chuàng)造力，產(chǎn)生了他們從未想到過的令人驚訝的建議。”
許多應(yīng)用需要一定程度的決策自主權(quán)。 Lothar Thiele是計(jì)算機(jī)工程和網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的教授，也是Digital Transformation副總裁，他開發(fā)了用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，該技術(shù)可以在極端條件下收集數(shù)據(jù)。在與各種合作伙伴的合作下，他的小組正在研究氣候變化對(duì)瑞士阿爾卑斯山多年凍土的影響及其引發(fā)的破壞性過程。他們的結(jié)果對(duì)于預(yù)警系統(tǒng)也很有用。
“連續(xù)不斷地收集大量數(shù)據(jù)，” Thiele解釋說。 “因此，各個(gè)傳感器必須對(duì)事件是否相關(guān)做出自己的決定。這就是我們發(fā)現(xiàn)AI非常成功的地方。”
Schneider和Thiele并不是唯一在研究中使用AI的人：AI應(yīng)用現(xiàn)在在ETH的所有科學(xué)領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。原則上，任何研究領(lǐng)域都可以受益于AI增強(qiáng)方法。與其他國(guó)家的比較證實(shí)了有影響力的AI研究在ETH和瑞士的影響力。根據(jù)斯坦福大學(xué)的AI指數(shù)2019，瑞士研究人員發(fā)布的人均AI文章數(shù)量?jī)H次于新加坡，位居第二。此外，引用率表明瑞士出版物是最具影響力的出版物之一。
從ETH學(xué)生人數(shù)中也可以看出AI的重要性日益提高。盡管在2012-13年度只有幾百名學(xué)生參加了機(jī)器學(xué)習(xí)和AI方法課程，但這一數(shù)字現(xiàn)已上升到3000多人。參加“機(jī)器學(xué)習(xí)入門”的學(xué)生比其他任何講座都要多。大多數(shù)學(xué)生來自計(jì)算機(jī)科學(xué)、電氣工程、機(jī)械工程和數(shù)學(xué)的核心學(xué)科。同樣令人震驚的是，ETH的每個(gè)學(xué)術(shù)部門現(xiàn)在都有學(xué)生在學(xué)習(xí)AI課程。為了滿足這一需求，ETH在2017年推出了碩士學(xué)位課程和數(shù)據(jù)科學(xué)繼續(xù)教育課程。
“蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院在人工智能方面的優(yōu)勢(shì)在于其在數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息技術(shù)和數(shù)據(jù)科學(xué)方面的杰出基礎(chǔ)研究以及基礎(chǔ)設(shè)施的質(zhì)量，”研究副總裁DetlefGünther說。 “但是，通過將我們?cè)贏I基礎(chǔ)知識(shí)方面的卓越表現(xiàn)與我們?cè)谔峁┑母鞣N學(xué)科中進(jìn)行的頂級(jí)研究相結(jié)合，我們也具有開發(fā)創(chuàng)新AI方法的巨大潛力。”
互聯(lián)的未來
政府、企業(yè)和大學(xué)正在實(shí)施AI戰(zhàn)略，以應(yīng)對(duì)AI日益增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響。美國(guó)和中國(guó)在人工智能方面的投資特別大。這就提出了一個(gè)問題，即瑞士乃至歐洲如何在全球范圍內(nèi)定位自己，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院如何繼續(xù)擴(kuò)大其在AI領(lǐng)域的地位。
最近在接受ETH的AI研究員，馬克斯·普朗克ETH學(xué)習(xí)系統(tǒng)中心聯(lián)合主任Thomas Hofmann的采訪時(shí)提出的一種策略是將歐洲的AI卓越中心，包括蘇黎世、洛桑和盧加諾，為了創(chuàng)建一個(gè)包括ETH研究人員在內(nèi)的全歐洲AI網(wǎng)絡(luò)。
考慮到這一戰(zhàn)略，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院于2020年5月決定將與馬克斯·普朗克學(xué)會(huì)的伙伴關(guān)系再延長(zhǎng)五年。這項(xiàng)于2015年啟動(dòng)的合作伙伴關(guān)系，在學(xué)習(xí)系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)⑻K黎世ETH與位于圖賓根和斯圖加特的馬克斯·普朗克研究所（Max Planck Institutes）連接在一起，這是另外兩個(gè)歐洲AI卓越中心。歐洲學(xué)習(xí)和智能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（ELLIS）是連接歐洲各地AI研究人員的一項(xiàng)新計(jì)劃。 ELLIS于2019年12月啟動(dòng)，由17個(gè)歐洲AI卓越中心組成。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院從一開始就通過其ETH ELLIS部門參與該計(jì)劃。
可靠，符合道德的AI
第三個(gè)新方面涉及ETH本身，更具體地說是ETH如何將其AI研究人員連接到更廣闊的世界，并為“ AI @ ETH”提供更廣泛的可見性。 2020年10月20日，大學(xué)將舉行開幕儀式，啟動(dòng)新的ETH AI中心。 Günther說：“ AI中心將為與行業(yè)，政府和社會(huì)就如何繼續(xù)開發(fā)人工智能以促進(jìn)創(chuàng)新和激發(fā)信任的方式進(jìn)行跨學(xué)科對(duì)話奠定基礎(chǔ)。”
就組織結(jié)構(gòu)而言，該中心以ETH的優(yōu)勢(shì)為基礎(chǔ)，并將AI理論和方法論的基礎(chǔ)與各學(xué)科的專業(yè)知識(shí)相結(jié)合。核心小組由大約20位教授組成，他們?cè)陉P(guān)鍵AI領(lǐng)域（例如機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)）進(jìn)行研究。圍繞著這一范圍的研究者圈越來越廣，他們針對(duì)特定學(xué)科領(lǐng)域開發(fā)AI方法或研究AI的效果。該中心還向其他AI研究機(jī)構(gòu)和行業(yè)的客人開放。
“AI中心不是虛擬網(wǎng)絡(luò)，”該中心指定負(fù)責(zé)人Andreas Krause說。“這是一個(gè)真正的交匯點(diǎn)，來自研究和行業(yè)的AI科學(xué)家可以交流想法并著手進(jìn)行聯(lián)合研究項(xiàng)目。”由于AI領(lǐng)域的發(fā)展速度非常快，因此計(jì)劃逐步建立AI中心，重點(diǎn)放在跨學(xué)科項(xiàng)目和人才培養(yǎng)上。
該中心的戰(zhàn)略植根于人類無法與之匹敵的特征，即在不斷變化的形勢(shì)下的動(dòng)力、好奇心、創(chuàng)造力和靈活性。Krause說：“我們的目標(biāo)是從研究金計(jì)劃開始，牢牢地專注于人才，以建立并運(yùn)作中心。” “博士生和博士后將在跨學(xué)科研究合作伙伴關(guān)系中扮演關(guān)鍵角色。他們將為如何將研究主題聯(lián)系起來并開發(fā)新的AI工具提供新的見解。”新的中心有很多積極的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，包括由馬克斯·普朗克ETH中心運(yùn)營(yíng)的博士課程以及數(shù)據(jù)科學(xué)的碩士學(xué)位課程，計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的學(xué)生可以在其中開發(fā)其他研究領(lǐng)域的AI解決方案。 “這兩個(gè)程序都產(chǎn)生了令人興奮的結(jié)果，并且提供了寶貴的靈感。”Krause說。
就內(nèi)容而言，ETH AI中心將處理與AI有關(guān)的基本問題。例如，實(shí)踐中有許多AI方法，但理論上仍然很短缺。填補(bǔ)這些空白將意味著不僅要了解AI方法是否有效，而且還要真正了解其原因。“我們希望從根本上重新考慮我們?nèi)绾伍_發(fā)AI模型，以便它們安全可靠地工作，并產(chǎn)生可解釋和公平的結(jié)果，” Krause說。
“對(duì)于AI的社會(huì)影響和道德，我認(rèn)為可靠性和透明度至關(guān)重要。”安全、可靠和公平的AI解決方案可以真正發(fā)揮作用，特別是在發(fā)揮蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院優(yōu)勢(shì)的研究領(lǐng)域，例如出行、健康、制造、能源、氣候和環(huán)境。一些AI專家爭(zhēng)辯說，負(fù)責(zé)任和可靠的AI可能代表歐洲的主要機(jī)遇，ETH AI中心致力于將可信賴的AI放在首位。
