人工情感

從廣義的角度來看，情感是一種特殊的認知，意志又是一種特殊的情感，廣義的人工智能包括狹義人工智能、人工情感與人工意志三個方面。

人工情感並不是指簡單地模擬人的某些情感表達方式和情感識別方式，而是為了使電腦或機器人具有像一樣的內在情感，真實地具有像人一樣的情感表達能力、情感識別能力、情感思維能力和情感實施能力。

1、“機器情感”(Machine Emotion)。研究如何用機器，如計算機、機器人等，模擬、識別人或動物的自然情感。生成、表現類似於自然情感的機器情感。如虛擬電視節目主持人或虛擬電影演員的喜、怒、哀、樂、愛、恨、恩、仇等人工情感。

2、“情感機器”(Emotional Machine)。開發可以模擬、延伸和擴展自然情感，具有類似人的情感的情感機器，如虛擬的或實際的“情感機器人”(Emotional Robot)以及各種具有人工情感的計算機應用系統、自動化系統。如:基於人工情感的產品設計系統，商品採購系統。

因此，“人工情感”學科的研究目標是模擬、延伸和擴展“自然情感”(特別是人的情感)，其研究對象有“機器情感”與“情感機器”兩方面。

人類社會經歷了第一次浪潮（農業革命）和第二次浪潮（工業革命）之後，正在展開聲勢浩大的第三次浪潮——信息革命。信息革命主要包括信息生產和信息處理兩個方面。在信息革命時期，科學技術各學科專業的迅速分化和社會生產各行業分工的日趨細化，各種科學技術的大量產生，形成了“信息爆炸”的局面，信息處理方面的發展水平逐步成為信息革命發展的瓶頸，社會在信息處理方面一旦取得重要成果往往會引發和促進整個人類社會在經濟、政治和文化領域的深刻變革，因此計算機技術的發展水平可以看作是信息革命浪潮的中心線索，人工智能（包括人工情感）的發展水平又可以看作是計算機發展的核心內容。

21世紀，科學技術正在步步逼近自然界的各種“極限”，超高温、超低温、超真空、超導、超強磁場、徹底失重等研究已經取得了很大進展。工業革命有力地促進了各獨立學科的專業化發展，信息革命促進了各學科朝着綜合性、交叉性、極限性、特異性、精確性的方向發展。當代科學技術發展形成的思維方式存在如下特點：從絕對走向相對；從單義性走向多義性；從精確走向模糊；從因果性走向偶然性；從確定走向不確定；從可逆性走向不可逆性；從分析方法走向系統方法；從定域論走向場論；從時空分離走向時空統一。這些嶄新的思維方式既有助於人們對於自然現象進行深入的、廣泛的、系統的研究，也有助於人們對於社會現象的研究，從而有利於社會科學的發展，有利於自然科學與社會科學的融合。儘管如此，科學技術對於人腦自身的研究卻舉步維艱，雖然人們在生命科學（如生物技術、遺傳工程等）上不斷取得進展，並在物理層次和生理層次上對於人腦內部結構的認識也不斷深入，但是，對於人腦各組成部分的功能特性及其邏輯關係的認識卻始終是模糊的。計算機科學的發展經歷了算術運算、數學運算、邏輯推理、專家系統和模式識別等五個發展階段，在人工智能的認知領域已經取得了顯著的成果，但在人工智能的情感領域卻收穫甚微。情感是人類智能的重要組成部分，也是生命科學的重要組成部分，沒有情感的智能是殘缺不全的，不解決“人工情感”的理論問題，生命科學中的許多理論問題將無法解決。20世紀的智能計算機只包含了反映理性思維的“腦”，那麼，人工情感將使其增添了具有感性思維的“心”，在人工智能理論框架下產生了一個質的進步，從廣度上講它擴展幷包容了智能，從深度上講體現了一種更高層次的智能。人工情感又是一門高度綜合性的科學，廣泛涉及哲學、生理學、心理學、生物學、思維科學、社會學、計算機、醫學等多門學科，情感理論的發展狀態將會對這些學科的發展狀態產生重要的影響，情感理論的發展如果受到制約，必然會對這些學科的發展產生嚴重製約。

21世紀，計算機在人工智能方面已經取得了突出的成就，能夠在算術運算、數學運算、邏輯推理、專家系統和模式識別等方面出色地完成人所賦予的許多工作任務。然而，這遠遠不夠，人們期待着計算機在替代、幫助、補償和強化人類勞動的眾多方面應該有更多、更好的作為。

一是要建立和諧而自然的人機界面。如今人類生活已經無法離開計算機了，在計算機不斷升級的同時，人與計算機之間的交互方式卻沒有什麼明顯的改變，基本上是藉助於鍵盤、鼠標等被動式的中介手段，計算機無法理解和適應人的情緒或心境。人們相互之間的溝通與交流是自然而富有感情的，計算機如果沒有情感能力，就很難指望它具有類似人一樣的高層次智能，也很難期望人機交互真正實現和諧與自然。

二是要進一步提高計算機自身運行的速度和效率。大家都知道，一方面計算機對於一些非常複雜而繁瑣的問題能夠輕鬆而快速地解決，其運轉速度、記憶容量和計算準確率等是任何人都無法跟它相比的，另一方面對於一些非常簡單而直觀的常識性問題卻無所作為，智力遠不如一個三歲兒童，這主要是因為人腦能夠在情感的引導下，按照某些“價值特性參量”（如重要性、緊迫性、傾向性、經驗性和關聯性等）來生產、篩選、組織和使用信息，從而可以簡化過程，節約資源，加快速度，減少差錯。由此可見，人工情感有一個非常重要而往往容易被人們所忽略的作用，那就是提高計算機自身所有資源的效率和速度。

三是要使計算機的運行具有更多的自主性和創造性。截止2014年的智能機器人都是在人的嚴格控制之下，在特定的時間和特定的順序完成所有規定的程序或動作，沒有任何自主性和創造性。情感的賦予就能夠使機器人以既定的“價值目標”為行為方向，以內設的“知情意系統”為價值計算依據，再根據自然環境和人文環境確定邊界條件，選定情感和意志的動力特性參數，就可以主動地、創造性地確定和調整“整體規劃、行為方案和具體動作”，然後對行為的最終結果進行價值評價，以便及時地修正“知情意系統”，達到總結經驗和吸取教訓的目的。由此可見，情感是人具有自主性和創造性的內在原因，是人與機器人的根本差別之所在。

人類進入信息社會後，信息的“爆炸”使社會生產力出現了突飛猛進的發展，同時信息的傳播速度、處理速度、運算正確率、存貯容量、檢索速度等越來越趕不上社會生產力的發展需要，從而使信息的處理手段的發展水平逐漸成為社會生產力持續快速發展的決定性因素。21世紀計算機的人工智能水平已經達到了一個空前的高度，許多方面已經大大超過了人腦的智能水平，可供進一步發展的空間已經越來越狹小，人們急需尋找一個新的突破口，來實現人工智能的又一次歷史性飛躍，以滿足社會生產力對於信息處理手段不斷增長的需要。顯然，發展人工情感是實現人工智能水平質的飛躍的重要途徑，也是社會生產力形成新的跨躍的重要途徑。總之，計算機的出現揭開了人類社會第三次偉大浪潮——信息革命的序幕，人工情感的出現將把這次偉大浪潮推向一個全新的發展階段。

事實上，情感是智能的一部分，而不是與智能相分離的，它是一種特殊的智能，意志是一種特殊情感，因而也是一種特殊智能，我既然能夠實現狹義智能的人工化，就必然能夠實現廣義智能的（即情感和意志）的人工化。數學是人們認識事物的一種重要手段，其目的在於幫助人們更加客觀、更加精確地認識事物，世界上沒有任何事物是不能認識的，也沒有任何事物不能進行客觀和精確地進行認識，只要數學理論足夠發達，對於客觀事物的本質特性和內在規律性能夠充分了解，任何模糊的、不確定的、邊界性的、突變的、特性化的、抽象的事物都可以相應地採用模糊的、概率的、邊界的、突變的、具體的數學理論進行分析。我們既不能被情感的多變性、模糊性和主觀隨意性所迷惑，把情感與認知的差別絕對化和神秘化，把情感看作是神秘莫測的東西，也不要把情感和意志簡單地與智能混為一談；既要看到實現人工情感的現實艱難性，也要看到實現人工情感的歷史必然性。

根據上述“人工情感”學科的研究目標和對象，其主要研究內容。

（1）情感識別(Emotion Recognition)

研究如何從二維或三維的、人或動物的表情、姿態、聲音、語言、動作、行為的情感圖象和模式中識別情感 (如：喜、怒、哀、樂，愛、恨、恩、仇等)的機器情感識別理論、方法和技術。

（2）情感度量(Emotion Measurement)

研究如何度量人工情感的深度和強度的,定性和定量的情感度量的理論模型、指標體系、計算方法、測量技術。如：模糊情感度量方法和技術、概率情感度量方法和技術。

（3）情感理解(Emotion Understanding)

在“情感識別”與“情感度量”的基礎上，進一步研究如何從情感圖象和模式中，挖掘和發現深層的細緻的情感含意的機器情感理解理論、方法和技術。

（4）情感表達(Emotion Representation)

研究如何在計算機或機器人中表達情感模式(如：喜、怒、哀、樂，愛、恨、恩、仇等方面的表情、姿態、聲音、語言、動作、行為等)的機器情感表達理論、方法和技術。

（5）情感生成(Emotion Generation)

在“情感表達”基礎上，進一步研究如何在計算機或機器人中，模擬或生成情感模式，開發虛擬或實體的情感機器人或具有人工情感的計算機及其應用系統的機器情感生成理論、方法和技術。

（6）情感處理(Emotion Processing)

研究多媒體、多模式人工情感信息處理和利用的理論方法和技術。如情感信息的獲取、變換、加工、融合、推理和利用等。

（7）情感控制(Emotion control)

研究“情感控制”的理論方法和技術,即如何利用人工情感進行系統的控制與調節,設計和建造具有人工情感的控制與調節系統。另一方面要研究“控制情感”問題, 即如何對人工情感的強度和深度進行調節與控制的理論方法和技術。

（8）情感通信(Emotion communication)

研究多媒體、多模式人工情感信息的寬帶通信與雙向交流的理論方法和技術。如多模式、多媒體寬帶情感信息的發送、傳輸、壓縮、接受的理論方法和技術。

情感通信是一種雙向、互動式的通信方式，情感通信的特點是在通信過程中體現了情感交流，友好的情感交流可使通信雙方合作順利，敵對的情感交流可使合作失敗。

目前的“人工情感”理論中主要存在如下唯心主義和形而上學的哲學錯誤，必須進行深刻的反思：

“人工情感”理論以唯心主義的觀點來看待情感的哲學本質，把情感與它所對應的客觀存在割裂開來，侷限於在主觀範疇內來分析情感現象與情感規律。唯心主義者常常把主觀與客觀割裂開來，它否認，任何主觀意識都產生於客觀存在，都是人腦對某一種客觀存在的反映，那怕有時是一種不真實的、不正確的、不全面的、甚至是顛倒的反映；它不知道，要認識一種主觀意識的哲學本質必須從它所反映的客觀存在中找答案，要分析一種主觀意識的變化規律性應該從它所反映的客觀存在的規律性上着手；它不知道，情感作為人腦的一種主觀心理活動，必然對應着某一種客觀存在，必然是人腦對某一種客觀存在的主觀反映；它在分析情感現象與情感規律時，總是試圖在“需要”、“慾望”、“體驗”、“態度”等主觀心理範疇內找答案，而不能從其所反應的客觀存在中找答案。統一價值論認為：任何主觀意識總會有某一客觀存在與之相對應；情感作為一種特殊的主觀心理活動，反映了一種特殊的客觀存在——人與事物之間的價值關係，情感與價值的關係在本質上就是主觀與客觀的關係。在發現了情感與價值的對應關係之後，人們就可以跳出“用主觀意識來解釋主觀意識”的圈子，從價值現象與價值規律的角度來分析情感現象與情感規律。這樣一來，神秘莫測的“人工情感”就立即轉化為切實可行的“價值計算”，人文科學的情感理論就立即轉化為自然科學的數理情感學，情感數學模型以及情感內部邏輯系統的建立，為情感機器人的研製奠定了堅實的理論基礎。

“人工情感”理論以形而上學的表面性觀點來看待情感的客觀內容，混淆了情感的客觀內容與其表現形式的本質區別，它認為人工情感的核心就是對情感所激發的生理指標的計算。形而上學的表面性觀點總是傾向於從事物的表現形式（或外部現象）來認識事物。它否認，事物的表現形式與其客觀內容有着本質的區別，事物的表現形式通常只能片面地、不準確地、不穩定地反映事物的客觀內容；它總是把情感的表現形式當作情感的客觀內容本身。情感的感受強度、表達強度和生理喚醒指標等三個方面都是反映了情感在感受、作用和表達過程中所體現的生理指標，都屬於情感的主觀表現形式，而不是情感所反映的客觀內容。情感所反映的客觀內容就是主體所擁有的價值關係或利益關係及其變化，對於情感表現形式所激發的生理指標的計算，只能反映情感的表面形式，而不能反映情感的客觀內容，只有對情感所反映的客觀內容——價值關係進行計算，才能客觀地、準確地、全面地反映情感運行的真實狀態。

“人工情感”理論以形而上學的孤立性觀點來看待情感的運行程序，把情感與認知及意志割裂開來，認為情感是獨立運行的，與人的認知過程和意志過程無關。形而上學的孤立性觀點總是傾向於根據事物本身的運動與變化情況來認識該事物，而不是根據事物與其它事物的相互聯繫與相互影響上來認識該事物。他們只看到了情感對於人的活動的影響與制約作用，往往看不到情感與認知、意志的相互聯繫與相互影響。人為了生存和發展就必須首先感知和了解各種事物的事實關係，其次要掌握這些事物對於人的價值關係，第三要掌握人的每個反作用於這些事物的生產行為或生活行為的價值關係，並且判斷、選擇、組織和實施一個最佳的行動方案。第一步由認知活動來完成，第二步由情感活動來完成，第三步由意志活動來完成，因此從認知到情感，再從情感到意志，是一條基本的、不可分割的人類自控行為的流水線。 由此看來，僅僅進行狹義的、孤立的人工情感，仍然不能解決人的心智活動的全部計算問題，還需要實施對意志的計算，並實施對知情意的交互計算。由於意志是一種特殊情感，因此意志計算以及知情意的交互計算都是廣義的人工情感。

“人工情感”理論以形而上學的片面性觀點看待情感的客觀目的，認為 “人工情感”的研究主要是基於兩個現實目的：一是建立和諧的人機交互環境，使計算機或機器人具有良好的人機界面，以降低使用者的勞動強度，提高使用者的工作效率，解放人的雙手；二是製作可穿戴式的計算機，以替代、補償與增強人的輔助感知功能和行為功能，特別是幫助提高殘疾人的感知功能和行為功能。然而，事實上，科學的人工情感和廣義的人工智能對於人的生存與發展還有幾個更為重要的意義被人們忽略了：提高思維的效率和速度、自主地確定和調整行為方案、直接參與社會事務和人際交往、開展自主創造性活動。

計算機理論界所開展的針對各種生理指標方面的“人工情感”方法，主要存在如下危機根本無法解決：

（1）要建立情感的識別系統和表達系統，就必須對情感的基本類型進行劃分，以確立情感的基本模態。然而，情感的基本類型究竟應該根據什麼原則和標準來劃分，有何理論根據？

（2）對於同一類型情感，無論是情感感受強度，還是情感表達強度和情感生理喚醒程度，都可以採用不同的生理指標進行計算和測量，究竟應該選用哪一個生理指標為主要尺度呢？

（3）對於同一類型情感採用同一個生理指標進行測量和計算時，由於受到許多環境因素、人體其它生理因素和精神因素的影響，其測量值的差異性和波動性如何消除。

（4）不同的情感類型所產生的不同生理指標之間往往沒有通約性，那麼，不同類型的情感之間如何進行相互比較和統一度量？

（5）人的情感內容和感情方式是豐富的，各種情感之間相互滲透、相互作用、相互轉化，往往有着相當複雜而且變化頻繁的關係，那麼對於情感的計算就需要真正天文數字般的情感數據資源庫，還需要海量的計算模型與計算工作量，而人腦為何並不需要？

（6）有些複雜而微妙的情感，如懷疑、猶豫、迷茫、憐憫、尷尬、自我表現等，其生理指標的變化往往微弱而且短暫，對於它們的計算和測量如何進行？

（7）有些情感（如“對敵人的仇恨”與“對親人的生氣”）往往具有相同或相近的生理指標，但兩者所表達的價值內涵往往相差很大，如何進行區別？

（8）情感的感受強度和表達強度與各種生理指標的變化量度通常不是成線性函數關係，大部分都是呈非線性的、不連續的、模糊的、概率性的、波動的函數關係，因此採用生理指標的變化量來計算情感的感受強度和表達強度，如何消除其誤差性和不確定性。

（9）假如能夠計算出人的情感感受強度、表達強度和生理喚醒程度，這些計算值又代表了什麼樣的客觀價值意義？如何使電腦或機器人具有和諧、友好、靈活的人機界面？總之，對於情感的感受強度、表達強度和生理喚醒指標的計算實際上只是對於情感的表面形式的計算，而不是對於情感的客觀內容的計算，因此不可能實現真正意義的“人工情感”。

為了實現用人工的方法和技術來模仿、延伸和擴展人的情感的目的，就必須首先建立情感的數學模型，實現對情感的內部邏輯關係及其運動變化進行嚴密的邏輯推理與精確的數學運算。然而，針對情感能否進行精確計算和人工化，理論界存在激烈的爭論，具體體現在三個方面。

一種觀點認為，人的情感如同人的智能一樣是可以進行計算，並在此基礎上可以實現情感的人工化或數字化。協同學領袖哈肯曾經預言，“從長遠的觀點看，有希望製造出以自組織方式執行程序的協同計算機來模擬人類智能”，他系統闡述了他的腦活動和認知的協同學研究結果。另一種觀點認為，情感具有不可計算性，人工情感是不可能實現的。他們認為，有些問題是可計算的，即對於這些問題存在可解的算法；但是還有一些問題不是可計算的，即對於這些問題不存在可解的算法。例如，停機問題是不可計算的，程序驗證問題是不可計算的，檢查一個圖靈機是否接受一個給定的輸入符號串是不可計算的，“波斯特對應問題”是不可計算的，等等。他們認為，認知的本質是計算，無論是人腦還是計算機，都是操作、處理符號的形式系統，而信息的收集、存儲和處理的過程都是算法可計算的，因此認知和智能的任何活動都是圖靈意義上的算法可計算的。與現代計算機不同，大腦不是一種通用圖靈機，大腦的每一部分都是特異化的，並且是在相互作用中完成整體心智活動的，體現出一種內在的、依存性的、整體自湧現的形式，難以難以計算。哥德爾嚴格區分了心、腦和計算機的功能，他認為，心腦同一論是我們時代的偏見，心的可計算主義是應當批判的，假定存在超過人心的機器我們能證明嗎？託尼·霍爾説：“大腦思維和計算機算法，乍一想這兩者有相似性，但我們對大腦瞭解得非常少，基本結構都遠遠沒有弄清楚。機器是不可能取代大腦的。”他説，比如編程，人的靈感機器沒有，機器只能用來排錯，機器只是助手。他們認為，慾望、情感和意志是具有主體意識的人類本身專有的，一旦它們脱離人就不存在了或者説變成假的了，情感只有是真時才能起作用，不可想象一台機器會自發地產生那些根本不屬於它的特性；情感是不能製造的，模擬永遠是假的；情感與人的社會性需求密切相關，電腦不具有任何社會性需求，因而不可能具有真正的情感，具有人類情感的電腦就象永動機一樣永遠不會實現，除非它具有獨立意志。

一種觀點認為，人工智能基礎理論已經處於相對停滯的狀態，人工情感是人工智能必須面對的課題，是人工智能進一步發展的瓶頸，人機界面的人性化、程序運行的自主化、智能資源的效率化等都需要立即解決情感的可計算問題，解決人工情感的一系列基礎理論問題和具體技術問題，人工情感已經具有了很迫切的社會需要。另一種觀點認為，人工情感是科學研究上一種多餘的“奢侈”。人類思維是一個巨大的系統工程，其基本的流程至今還沒有完全研究清楚，很多內容甚至不能用語言表達，但肯定不會像二進制那樣簡單。人腦含有大約1000億個神經元，每個神經元還有大約1萬個連接，在如此複雜且高效的系統中，信息的處理遠非人類想像得那麼簡單，情感型電腦對硬件和軟件有着特殊的要求，人類在21世紀時的技術手段和思維高度遠沒有達到要求，對情感進行計算幾乎是不可能的，即使能夠部分做到，也將會付出高昂的代價，人機交互技術水平已經基本滿足了人們的要求，指望某一種技術使得智能化或是交互形式在便捷性上有巨大的發展，基本上是不現實的，也是沒有必要的。這種觀點還認為，還沒有形成對於情感計算機強烈的社會需求，如果技術的高度超過了社會的需求，其結果要麼是技術本身被人們所遺棄，要麼是技術的存在使人類的本性退化。智能化的最終目的是延伸人的控制力，但智能化似乎進入了絕對化的發展空間，大多數研究人員忽視了兩個關鍵問題——智能化的效果和智能化的成本。技術的成本確實是一個無法迴避的問題，“如果智能化的成本在某一時刻超過了人力資本，那麼還會有誰去用智能設備呢？”

一種觀點認為，人工情感是即將到來的現實。克里克認為：“現在是可以用科學的方法研究意識的時候了，人的意識和精神活動完全由神經細胞、膠質細胞的行為和構成方式、以及影響它們的原子、離子和分子性質所決定，它們完全由物理化學規律支配”。生物計算機的出現，使人工情感變得越來越現實化，科學家發現了分子之間自發的組成具有計算能力的系統的方法，最可能成為生物計算機運算單元的是DNA（脱氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）。另一觀點認為，人工情感是件遙遠的事情。計算技術發展到今天，對大腦結構和思維本質的無知成了人工智能的“音障”，它們的阻力像激波一樣難以突破。21世紀初對於大腦如何工作還沒有一個像樣的理論基礎，裏克·雷斯特認為，大腦太複雜了，沒有人知道它怎麼活動，談不上模擬大腦的算法，“假設有可以模擬大腦算法的機器，這樣的機器有智能和意識嗎”。 張亞勤和微軟亞洲研究院的兩位副院長張宏江、沈向洋在合寫的文章中説，一些科學家提出，“人類思維的規則幾乎是不可能被完全破譯的，所以機器所能夠接受的永遠都只是殘缺不全的‘人的智能’，再強大的機器也不可能再現人類思維的複雜機制。” 由於大腦結構的複雜性、意識的複雜性、認知過程的複雜性、常識知識結構的複雜性等等，也由於意識最重要特徵是它的意向性、自明性或自指性，彭羅斯認為這些特徵顯然是超越邏輯的，是超越算法的。人的情感思維與電腦的智能思維是兩種完全不同的思維方式，電腦的最基本構成是處理器、內存和總線結構，它們只能對電路的開關作出反應和發生作用，這就決定了電腦的“思維”方式的有限性；電腦不存在意識，沒有心理平衡問題，無法建立主體價值觀，不能自動對所有的感受進行過濾，以便處理有用和必要的事情；人腦絕不是單純處理0和1的裝置，它直接接受和處理模擬信號，它的記憶是經驗塊堆的建立、關聯和組合，如果電腦實現人腦功能，它必須在結構和工作機理上徹底翻新；人不會製造完美，大自然則能，人腦是目前物質的最高實現形式，人類只能實現人腦與電腦的交互，根本不可能製造具有真正的人腦思維方式的電腦；人是感性和理性的矛盾統一體，未來電腦可以讓我們的社會數字化，但我們卻難以讓它感性化。總之，電腦距我們人腦還有遙遠的距離，中間似乎隔着許多不可逾越的鴻溝。

人工情感包括三個方面：情感識別、情感表達與情感理解（或情感思維）。世界各國的科學家在情感識別與情感表達兩個方面所取得的成果非常顯著，但在情感理解或情感思維方面卻收穫甚微。其根本原因在於，到目前為止，沒有一個科學家能夠真正瞭解情感的哲學本質及客觀目的是什麼，沒有創立一個全新的、科學的、數學化的情感理論，沒有建立一個真正的情感數學模型。

21世界初的人工智能實際上只是人工認知，它是狹義的人工智能。知、情、意是人類三種基本的思維形式，那麼廣義的人工智能應該包括人工認知、人工情感和人工意志三個方面，因此要想由狹義的人工智能朝向廣義的人工智能發展，就必須首先解決一系列有關情感的基本理論難題。計算機的人工智能水平在經歷了一段時間的突飛猛進之後，如今已經接近了它的理論上的發展極限，顯然，不解決深層次的、哲學層面上的理論難題，要想研究真正意義的情感機器人是絕對不可能的。概括起來，人工情感主要存在四個方面的理論難題：

在不瞭解情感本質的前提下，來研究人工情感就是盲目的。情感是人類的一種主觀意識，它必然是人腦對於某一種客觀存在的主觀反映，這種客觀存在就是“價值”（或利益），情感與價值的關係就是主觀與客觀的關係，因此情感的哲學本質就是人腦對於事物價值特性的一種主觀反映，情感的思維實際上就是人腦對於“價值”的思維，對於情感的計算實際上就是對於價值的計算。而21世紀初所有人工情感的研究者們都不知道這一點，他們總是試圖通過測量和計算情感產生過程的各種生理指標（如心率、血壓、腦電波、呼吸、瞳孔直徑、激素分泌、血液成份等）的變化數據來確定情感強度的變化情況，來研究情感的變化規律，其結果必然是：“在主觀範圍內繞圈子，在表面形式上打循環”。情感是人腦對於事物價值特徵的主觀反映，其客觀目的在於引導人更好地識別價值、消費價值、創造價值和表達價值，因此情感識別實際上就是價值識別，情感表達實際上就是價值表達，情感計算實際上就是價值計算。

21世紀初的人工情感研究者們只知道情感的功能作用在於使人或機器更具有“人情味”、更友好、更容易形成自然而親切的人與機交互，營造真正和諧的人機環境。事實是，情感的功能遠非如此！情感除了幫助建立機器人的人性化界面，還能夠有效地提高思維的效率與速度，而且，情感還有一個更重要的功能，那就是：情感是人的行為靈活性、決策自主性和思維創造性的根本來源。智能機器人主要的缺陷在於：只能按照人預先編制的程序進行動作，不能自主地確立和調整價值目標，不能創造性地制訂和修改總體規劃及行為方案，不能總結經驗和吸取教訓。智能機器人一旦具有了情感，就能夠以“達到既定的意志目標”為行為方向，以內設的“價值觀系統（或情感系統）、認知系統和意志系統”為價值計算依據，以“實現最大價值率”為行為準則，建立一系列價值計算的函數關係式或約束方程式，再根據機器人所處的自然環境和人文社會環境確定若干個邊界條件，選定情感和意志的動力特性參數，就可以主動地、創造性地調整“整體規劃、行為方案和具體動作”，然後對行為的最終結果進行價值評價，以便及時地修正價值觀系統（或情感系統）、認知系統和意志系統，達到總結經驗和吸取教訓的目的。

21世紀初，人工情感的研究者們完全不瞭解情感運行的內在邏輯程序，只知道人在進行情感反應時各種生理指標的變化數據。事實上，人在進行情感表達、情感識別和情感思維過程中，遵循着特定的邏輯程序。情感表達的邏輯程序大致是：人通過感覺器官接收刺激信號，大腦就會把以前存儲在“價值觀系統”中該事物的“主觀價值率”提取出來，與自身的“中值價值率”進行比較、判斷和計算。當前者大於後者時，就會在大腦中的邊緣系統（該組織決定着情感的正負）的“獎勵區域”產生正向的情感反映（如滿意、自豪）；當前者小於後者時，就會在大腦中的邊緣系統的“懲罰區域”產生負向的情感反映（如失望、慚愧）。大腦然後對價值的目標指向、變化方式、變化時態、對方的利益相關性等進行判斷，從而確定和選擇情感表達的基本模式。此外，情感識別、情感計算與情感調控也遵循着特定的邏輯程序。如果不瞭解情感運行的內在邏輯程序，就不可能研製出真正意義的情感機器人。

目前的情感理論僅僅是心理學的一個分支，它有着高度的主觀性與模糊性，不具備客觀性與精確性，無法建立科學的情感數學模型。21世紀初的心理學沒有建立任何的情感數學模型，也不知道情感的數學變化規律。顯然，要實現情感的數字化，就必須首先建立情感的數學模型。事實上，人的情感可以通過情感矩陣來進行描述，並可以進行情感的交集運算與並集運算，情感強度的變化有着特定的數學規律。情感是人腦對於事物價值特性的主觀反映，雖然，事物的“價值率高差”在根本上決定着人的情感強度，但在一般情況下，情感強度並不與事物的價值率高差成正比，而是一種特殊的指數函數關係。

正是因為上述的四大理論難題沒有解決，在根本上決定了情感機器人的發展局限性。目前各國所聲稱擁有情感的機器人，最多隻能模擬人的某些情感表達方式，並進行一些簡單的情感識別，不可能具有真正意義上的內在情感思維，這只是情感機器人的低級階段。

日本已經形成舉國研究“感性工學”的高潮。1996年日本文部省就以國家重點基金的方式開始支持“情感信息的信息學、心理學研究”的重大研究課題，參加該項目的有十幾個大學和研究單位，主要目的是把情感信息的研究從心理學角度過渡到心理學、信息科學等相關學科的交叉融合。每年都有日本感性工學全國大會召開。與此同時，一向注重經濟利益的日本，在感性工學產業化方面取得了很大成功。日本各大公司競相開發、研究、生產了所謂的個人機器人（Personal Robot）產品系列。其中，以SONY公司的AIBO機器狗（已經生產6萬隻，獲益近10億美元）和QRIO型以及SDR－4X型情感機器人為典型代表。日本新開發的情感機器人取名“小IF”，可從對方的聲音中發現感情的微妙變化，然後通過自己表情的變化在對話時表達喜怒哀樂，還能通過對話模仿對方的性格和癖好。

美國MIT展開了對“情感計算”的研究，IBM公司開始實施“藍眼計劃”和開發“情感鼠標”；2008年4月美國麻省理工學院的科學家們展示了他們最新開發出的情感機器人“Nexi”，該機器人不僅能理解人的語言，還能夠對不同語言做出相應的喜怒哀樂反應，還能夠通過轉動和睜閉眼睛、皺眉、張嘴、打手勢等形式表達其豐富的情感。這款機器人完全可以根據人面部表情的變化來做出相應的反應。它的眼睛中裝備有CCD(電荷耦合器件)攝像機，這使得機器人在看到與它交流的人之後就會立即確定房間的亮度並觀察與其交流者的表情變化。

歐洲國家也在積極地對情感信息處理技術（表情識別、情感信息測量、可穿戴計算等）進行研究。歐洲許多大學成立了情感與智能關係的研究小組。其中比較著名的有：日內瓦大學 Klaus Soberer領導的情緒研究實驗室。布魯塞爾自由大學的D. Canamero領導的情緒機器人研究小組以及英國伯明翰大學的A. Sloman領導的 Cognition and Affect Project。在市場應用方面，德國Mehrdad Jaladi-Soli等人在2001年提出了基於EMBASSI系統的多模型購物助手。EMBASSI是由德國教育及研究部（BMBF）資助並由20多個大學和公司共同參與的，以考慮消費者心理和環境需求為研究目標的網絡型電子商務系統。英國科學家已研發出名為“靈犀機器人”（Heart Robot）的新型機器人，這是一種彈性塑膠玩偶，其左側可以看到一個紅色的“心”，而它的心臟跳動頻率可以變化，通過程式設計的方式，讓機器人可對聲音、碰觸與附近的移動產生反應。

我國機器人的研究始於20世紀70年代後期，863計劃就將機器人技術作為一個重要的發展主題，國家投入幾個億的資金開始了機器人研究。中科院瀋陽自動化所、原機械部的北京自動化所、哈爾濱工業大學、北京航空航天大學、清華大學、中科院北京自動化所、北京科學大學等單位都做了非常重要的研究工作，代表性產品有工業機器人、水下機器人、空間機器人、核工業機器人。

我國對人工情感和認知的理論和技術的研究始於20世紀90年代，大部分研究工作是針對人工情感單元理論與技術的實現。北京科技大學教授、中國人工智能學會人工心理與人工情感專業委員會主任王志良教授首先提出了”人工心理“的概念，北京郵電大學鍾義信教授提出了”意識機模型“。哈爾濱工業大學研究多功能感知機，主要包括表情識別、人臉識別、人臉檢測與跟蹤、手語識別、手語會成、表情合成、唇讀等內容，並與海爾公司合作研究服務機器人。清華大學進行了基於人工情感的機器人控制體系結構的研究。北京交通大學進行多功能感知機和情感計算的融合研究。中國科學院自動比研究所主要研究基於生物特徵的身份驗證。中科院心理學所、生物所主要注重情緒心理學與生理學關係的研究。中國科技大學開展了基於內容的交互式感性圖像檢索的研究。中國科學院軟件所主要研究智能用户界面。浙江大學研究虛擬人物及情緒系統構造等。

我國國內開展的研究項目主要有：“臉部運動編碼系統”可應用於人臉表情的自動識別與合成；“MPEG-4 V2視覺標準”可以組合多種表情以模擬混合表情；針對人的肢體運動而設計的“運動和身體信息捕獲設備”；基於生物特徵的“身份驗證系統”；“語調錶情構造系統”根據語音的時間、振幅、基頻和共振峯等，尋找不同情感信號特徵的構造特點和分佈規律；“可穿戴式計算機”可用於增強和補償人的感知功能。

情感情感的產生與運行是一個非常複雜的過程，情感機器人的研發必須建立在科學的情感理論的基礎之上，才是現實的，沒有一個全新的科學的情感理論作指導，要研發真正意義上的情感機器人是不可能的。這種全新的情感理論必須突破心理學的侷限，也必須突破社會科學的侷限，成為一門獨立的、橫跨自然科學與社會科學的交叉性科學理論，其根本目的在於：情感數字化。這種全新的情感理論就是“數理情感學”，它以“統一價值論”為理論前提，採用數理邏輯方法分析情感現象與情感規律的科學。

歸納起來，“統一價值論”與“數理情感學”主要通過如下步驟共同完成情感機器人和人工情感的理論框架。

①改造物理學的“耗散結構論”，創立“統一能量價值論”，從物理學角度重新定義“價值”概念（即廣義有序化能量），確立“價值以能量為核心”的基本理念，使價值理論全面建立在自然科學的基礎之上；

②改造達爾文的“生物進化論”，創立“統一價值進化論”，全面揭示價值從低級形式向高級形式不斷進化的表現方式與進化程序，揭示各種價值之間的內在邏輯關係與數學關係；

③改造社會科學各領域的“學科價值論”（包括價值哲學、價值經濟學、政治經濟學、價值工程學等），創立“統一使用價值論”與“統一勞動價值論”，實現各種使用價值、過渡性價值（包括勞動價值），從而使所有價值都有着統一而穩定的度量標準或度量尺度：能量尺度（焦耳）；

④改造“社會行為學”，創立“統一行為價值論”，推導出“廣義價值規律”：事物的價值率圍繞於主體的中值價值率上下波動；

⑤改造香農的“信息論”，創立“統一信息價值論”，推導出“價值三大定律”，即：價值守恆定律，價值源泉定律，價值轉化定律；

⑥改造現代經濟學、現代政治學、現代文化學等，創立“統一經濟價值論”、“統一政治價值論”與“統一文化價值論”，全面揭示各種經濟事物、政治事物與文化事物之間的內在邏輯關係與數學關係。 ^[1] 

①改造現代“主觀情感學”，創立“客觀情感學”，確立”情感以價值為核心“的基本理念，深刻揭示情感的哲學本質就是“人腦對於價值關係的主觀反映”，情感與價值的關係在本質就是主觀與客觀的關係。

②改造“生物進化論”，創立“情感進化論”，全面揭示情感從低級形式向高級形式不斷進化的表現方式與進化程序，揭示各種情感之間的內在邏輯關係與數學關係；

③改造“主觀心理學”，創立”客觀心理學“，全面闡述人的感（即感覺）、知（即認知）、情（即情感）、意（即意志）是人類心理活動的三種基本形式，分別是對存在關係、事實關係、價值關係和自身行為關係的一種主觀反映，人的感覺主要解決”有什麼“的問題，認知主要解決”是什麼“的問題，情感主要解決”有何用“的問題，意志主要解決”怎麼辦“的問題，事實關係是一種特殊的存在關係，價值關係是一種特殊的事實關係，自身行為關係是一種特殊的價值關係，認知是一種特殊的感覺，情感是一種特殊的認知，意志又是一種特殊的情感；

④闡述價值觀與情感的客觀目的、數學定義與運算模型。情感與價值觀的哲學本質都是“人腦對於事物價值關係的一種主觀反映”，其中，情感是對事物價值特性的間接性和相對性反映，而價值觀是對事物價值特性的直接性和絕對性反映；價值觀的客觀目的在於識別“事物的價值率”，可以採用所有不同事物的價值率所組成的數學矩陣來描述一個人的價值觀系統（即W={ωi×j}m×n）；情感的客觀目的在於識別“事物的價值率高差”，可以採用所有不同事物的價值率高差所組成的數學矩陣來描述一個人的情感系統（即M={μi×j}m×n）；情感矩陣與相應的作用係數矩陣一起，可以進行並集運算與交集運算；

⑤推導出”情感強度三大定律“

情感強度第一定律：情感強度與事物的價值率高差的對數成正比，即: μ＝Ｋmlog（１＋ΔＰ），其中，Ｋm為情感強度係數，ΔＰ為價值率高差，μ為情感強度。

情感強度第二定律（即邊際情感強度衰減定律）：人對事物的情感強度隨着人對該事物的消費速度或作用規模（或價值投入總量）的增長而下降。

情感強度第三定律（即情感強度時間衰減定律）：情感強度與持續時間成負指數函數關係，即：μ=μoexp(-Kt*T) ，其中，μ為情感強度，μo為初始情感強度，kt為衰減係數，T為持續時間。 ^[2] 

真正意義的情感機器人不是簡單地、機械地、表面地模擬人的某些情感表達和情感識別，而是具有與人類相同的情感思維，情感機器人制造的主要通過如下技術線路來完成。

感覺系統主要包括感受器、編碼器、傳送通道和知覺器等四個組成部分。

研究目標：編制感覺系統軟件

認知系統由事物分析器、事物綜合器、事物合併計算器、事物數據庫等組成。

研究目標：編制認知系統軟件

情感識別系統由情感識別器、情感分析器、情感綜合器、需要數據庫、情感數據庫、價值觀數據庫、價情轉換器、合併情感計算器、合併價值觀計算器等組成。

研究目標：編制情感識別軟件、製作相關的情感識別硬件。

情感表達系統由情感表達器、情感分析器、情感分解器、需要數據庫、情感數據庫、價值觀數據庫、價情轉換器、合併情感分解器、合併價值觀分解器等組成。

研究目標：編制情感表達軟件、製作相關的情感表達硬件。

情感運算系統由價值分析器、價值率計算器、價值綜合器、需要數據庫、情感數據庫、價值觀數據庫、價情轉換器、合併情感計算器、合併價值觀計算器等組成。

研究目標：編制情感運算軟件、製作相關的情感運算硬件。

意志運算系統由行為分析器、行為價值率計算器、行為綜合器、行為規模數據庫、意志數據庫、行為價值觀數據庫、價意與意價轉換器、合併意志計算器、合併行為價值觀計算器等組成。。

研究目標：編制意志運算軟件、製作相關的意志運算硬件。

行為驅動系統主要包括行為總控制器、行為編碼器兩個組成部分。行為總控制器是由比較 器、激發器、調控器、平衡器、排序器等組成。行為編碼器是由超複雜行為編碼器、複雜行為編碼器、簡單行為編碼器、具體行為編碼器等組成。

研究目標：編制意志表達軟件、製作相關的意志表達硬件。

自我意識系統是由自我感覺系統、自我認知系統、自我評價系統、自我中心繫統等組成。

研究目標：編制自我意識系統軟件

記憶系統是由感覺記憶器、認知記憶器、評價記憶器、意志記憶器、行為記憶器、綜合記憶器等組成。

研究目標：編制記憶系統軟件

注意系統是由感覺注意器、認知注意器、評價注意器、行為注意器、綜合注意器等組成，注意系統與記憶系統的邏輯過程正好相反。

研究目標：編制注意系統軟件

感知情意交互系統是由感覺系統、認知系統、評價系統、意志系統、行為驅動系統、自我意識系統、記憶系統、注意系統等組成。

研究目標：編制感知情意交互系統軟件