关于人与机器沟通的语言--MATLAB的介绍分析

RoboCup是国际上最大型、级别最高、最受国际认可的机器人大赛。每年有来自世界各地的200多个团队参加，大会的目标是让机器人在2050年击败人类世界杯冠军。MathWorks作为全球赞助商之一，为所有参赛团队免费提供正版软件授权以及技术支持，帮他们解决难题，实现设计目标。

程邺博士介绍了MathWorks公司产品在人工智能、机器人领域的应用，以及公司的理念之一：让更多的人掌握与机器交流的通用「语言」，让更多非专业的人们能够享受技术带来的乐趣和益处，从而提升自己的教育、工作和生活。

MATLAB——让编程更好玩

就像人类说人类语言，计算机说机器语言，MathWorks的软件相当于是创造了一种更接近人类语言的机器语言，让人类与机器进行更好的交互。这可以理解成翻译，我们在人类语言和机器语言之间进行翻译，在高级机器语言和低级机器语言之间进行翻译。

最近有一种趋势，叫做计算语言素养，就好像是传统的识字、文学语言素养，学习的却是计算机语言。人人学习计算机语言，并不是说人人都要成为软件工程师，而是要懂得现今的技术社会是怎样运作的，培养基本的逻辑思维。

如今人手都持有多个智能电子产品，Internet of Things（IoT）、Smart Things等渗入于普通人生活的各个方面，能够对这些物品最基本的运作方式有些了解，甚至能和机器进行更好的交流，在逐渐变为一种素养。连前纽约市长、彭博集团总裁Michael Bloomberg都将学习编程作为新年志愿。一个亿万富翁为什么要学会编程呢？他真的觉得这件事情很重要，让他有一种新的视角来理解世界。

MathWorks工具被广泛应用于教育业以及工业界，它的容易上手并且功能强大的特点也同时被很多业余爱好者和创客们接受。他们把自己的想象力和创造力用MATLAB、Simulink和其它工具箱很快的实现起来。

有人做了会自动解魔方的机器人、智能手环、心率监测仪。有人自制家庭控温系统，行动监测器、天气探测器，声控灯。创客们之所以能快速将自己的想象现实化，因为MATLAB和Simulink提供很多与低成本硬件（比如Arduino，Raspberry Pi，BeagleBoard等）的连接支持，并且有强大的图像处理、数据采集、信号处理、控制等工具箱。几行代码、几个模块，不用是专业的工程师或者程序员，大众也可以享受的MATLAB的应用和乐趣。

MathWorks和人工智能与机器人

在给机器人编程时有一些非常复杂的数学模型，开发者可以选择用比较低级的语言一点点写，但是这会花很多时间。而MATLAB的平台上已经提供很多工具箱和自带算法，一行MATLAB函数可以媲美几十行C代码。自动代码生成大大缩短研发时间、并减少了手动代码的出错率。

MathWorks也对机器人领域的关注和发展不仅限于机器人世界杯。 2015年，MathWorks推出全新工具包——Robotics System Toolbox，对于仿真机和硬件机器人提供直接的接口，还包含地图、路径规划、图像识别、自动控制等多种算法，为机器人领域的研发提供了软件平台。

以一个工业焊接的机械臂为例：

它是让焊接枪沿着一定轨迹运动，这其实是一个相当复杂的动力学及控制问题。因此，要想让手臂末端指向空间一点或者沿一轨迹运动，需要列出并解决很多很复杂的数学公式，每个关节的运动轨迹、速度、以及促使运动需要的力和力矩等都是要计算的未知量。没有计算机的帮助，靠手算是基本不可能的。

MATLAB和Simulink是高级的计算和建模工具，可以大大节省设计、仿真、和跟硬件结合的时间。在使用这些工具时，所有的部件、关节和约束等都是模块化的。用户可以直接选择一个SimMechanics工具箱自带的模块，比如定轴转动模块，设好其约束，机器人手臂的肩膀关节就做成了。用同样的方式很快便能组成整个机器人手臂的模型，并且模拟其运动，实时计算各关节需要的力矩。

如果靠人自己推倒公式，或者用C语言来从零开发，工作量将成几何倍增加，使用MATLAB和 Simulink进行建模和仿真的方式则大大降低了研发成本和时间，这就是为什么工业界会采用这种标准流程。

人工智能方面，以人脸跟踪为例。程序首先需要的就是人脸识别，在MATLAB里因为后台嵌入了很多数据库，我们只需输入命令——识别一双眼睛，系统就可以找到眼睛。我们并不是人脸识别专家，但是用这一句简单的MATLAB语言就可以实现这个功能。

MathWorks关注教育、关注工业、关注金融等各行各业的背后，是对人类技术和创新的不断追求，是对于人类与机器沟通的向往。