傳感器是人類(lèi)用來(lái)增強(qiáng)感知和解釋世界能力的技術(shù)。機(jī)器學(xué)習(xí)的革命正在變革著傳感器，這些傳感器讓我們可以構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)模型，而后者則賦予了我們塑造周?chē)澜绲木薮罅α俊?/p>

　　這種傳感器技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)的融合在地球新興的智能變革中充當(dāng)著關(guān)鍵的一層，因?yàn)閭鞲衅髋c機(jī)器學(xué)習(xí)之間不斷加強(qiáng)的聯(lián)系讓我們能夠增強(qiáng)感官知覺(jué)的元素。因此，傳感器和機(jī)器學(xué)習(xí)的融合在人機(jī)智能的融合中扮演著關(guān)鍵的角色。

? ? 傳感器是做什么的？

　　我們不妨先從了解一點(diǎn)傳感器是干什么的基礎(chǔ)知識(shí)開(kāi)始。傳感器對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，也就是說(shuō)它們將信號(hào)從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。這就是傳感器有時(shí)被稱(chēng)為“轉(zhuǎn)換器（transducer）” 的原因。例如，溫度可以轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后電信號(hào)又可以轉(zhuǎn)換成在我們廚房使用的數(shù)字溫度計(jì)上的符號(hào)。

　　傳感器幫助我們解釋我們的物理環(huán)境。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，傳感器跟我們的感覺(jué)類(lèi)似。我們的嗅覺(jué)已經(jīng)演進(jìn)了數(shù)十億年，能夠檢測(cè)分子結(jié)構(gòu)并將其轉(zhuǎn)化為某些我們會(huì)跟特定氣味（例如過(guò)熟的香蕉）關(guān)聯(lián)起來(lái)的電化學(xué)信號(hào)。我們的皮膚包含神經(jīng)末梢，可將壓力和溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為觸覺(jué)，正如我們的眼睛可將光線(xiàn)轉(zhuǎn)換為視覺(jué)圖像一樣。通過(guò)傳感器，我們利用工具來(lái)完成其中一些解釋周?chē)澜绲墓ぷ鳌?/p>

? ? 感覺(jué)與傳感器能力（Sensor-bility）

　　要想理解傳感器在綜合機(jī)器與人類(lèi)智能中所扮演的角色，區(qū)分一下實(shí)現(xiàn)感知技術(shù)的兩種手段是有幫助的。一種情況下，實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是增強(qiáng)我們的生物性感覺(jué)；另一種情況下，目標(biāo)則是替代之。

　　望遠(yuǎn)鏡增強(qiáng)我們的眼睛而不是取代之。望遠(yuǎn)鏡增強(qiáng)了光信號(hào)而不是將其轉(zhuǎn)換為另一種類(lèi)型的信號(hào)。因此，我們能夠用日常同樣的視覺(jué)處理生物機(jī)制來(lái)理解被放大過(guò)的信號(hào)。相反，溫度計(jì)取代了我們皮膚上的熱受體。傳統(tǒng)溫度計(jì)將觸摸的信號(hào)轉(zhuǎn)換為視覺(jué)信號(hào)，讓我們無(wú)需灼燒自己也能看到溫度。

　　傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡的信號(hào)得到了提升，但是模式識(shí)別仍然跟我們視覺(jué)處理系統(tǒng)的人體生物學(xué)是一致的。這就是感覺(jué)增強(qiáng)。但是在溫度計(jì)這里，信號(hào)不再由我們皮膚神經(jīng)末梢的生物機(jī)制來(lái)捕捉了。智能數(shù)字溫度計(jì)不僅僅捕捉信號(hào)而且還通過(guò)嵌入在設(shè)備內(nèi)的邏輯——或者模型處理模式識(shí)別過(guò)程。它就是這樣將特定層面的分子振動(dòng)解釋為比方說(shuō)華氏175℉，然后讓你不用去猜雞肉是不是煮熟了。這就是感覺(jué)替代。

　　感覺(jué)增強(qiáng)會(huì)收集和增強(qiáng)信號(hào)，從而讓我們的生理過(guò)程更容易地通過(guò)我們自己的大腦對(duì)其進(jìn)行解釋。而感覺(jué)替代則是收集信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換——這是真正傳感器的真正標(biāo)志。

? ? 從感覺(jué)到傳感器的轉(zhuǎn)移

　　不妨設(shè)想有個(gè)東西，比如一只橡皮鴨。從它身上反射出去的光線(xiàn)被我們的的眼睛收集起來(lái)然后通過(guò)感覺(jué)的處理轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。在所謂的感知的模式識(shí)別的過(guò)程中這些信號(hào)會(huì)穿過(guò)我們大腦的視覺(jué)皮層。

　　而在傳感器這里，這些過(guò)程變了。機(jī)器接管了生物感覺(jué)來(lái)捕獲信號(hào)，而在解釋那些信號(hào)時(shí)，合成模型則取代了生物感覺(jué)來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

　　在早期傳感器里面，這種信號(hào)轉(zhuǎn)換仍然相對(duì)粗糙。老式溫度計(jì)會(huì)將水銀的運(yùn)動(dòng)映射為一系列的溫度范圍內(nèi)（分別由Daniel Fahrenheit和Anders Celsius進(jìn)行校準(zhǔn)）。你可以把這種校準(zhǔn)過(guò)程視為一個(gè)非常簡(jiǎn)單的將水銀柱的伸縮與溫度估算進(jìn)行映射的模型。

　　但今天的模型看起來(lái)已經(jīng)非常不同。過(guò)去需要由人克服智力挑戰(zhàn)的工作現(xiàn)在已經(jīng)被機(jī)器自動(dòng)化了。傳感器在構(gòu)建這些新模型并且將其投入使用方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

? ? 用于訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)的傳感器

　　我們是通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)建模的，如果沒(méi)有來(lái)自當(dāng)今的傳感器的大量數(shù)據(jù)的話(huà)，這項(xiàng)工作是不可能完成的。傳感器對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)捕捉正在掀起信息時(shí)代背后的數(shù)據(jù)海嘯。

　　在模型構(gòu)建時(shí)，傳感器會(huì)對(duì)來(lái)自現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，然后通過(guò)迭代反饋過(guò)程對(duì)模型進(jìn)行“雕刻”。這個(gè)過(guò)程是通過(guò)生成初始算法模型，然后利用它來(lái)運(yùn)行樣本數(shù)據(jù)并查看模型與數(shù)據(jù)的接近程度來(lái)實(shí)現(xiàn)。大家稱(chēng)之為模型“訓(xùn)練”的過(guò)程相當(dāng)于自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，通過(guò)每次的訓(xùn)練迭代，使得模型更接近樣本數(shù)據(jù)的實(shí)際情況。

　　傳感器技術(shù)的新常態(tài)與機(jī)器學(xué)習(xí)密不可分。傳感器仍然要捕捉數(shù)據(jù)，但現(xiàn)在的信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程已經(jīng)演變?yōu)槟Ｐ蜆?gòu)建。原始信號(hào)就是原始數(shù)據(jù)，但是通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)的訓(xùn)練過(guò)程，該信號(hào)被轉(zhuǎn)換成該數(shù)據(jù)中所代表的現(xiàn)實(shí)的算法表示。從某種意義上說(shuō)，這是傳感器一直都做的事情。溫度計(jì)的校準(zhǔn)其實(shí)就是將水銀的分子振動(dòng)轉(zhuǎn)換為代表現(xiàn)實(shí)溫度變量的模型。而利用當(dāng)今的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，這種信號(hào)轉(zhuǎn)換能夠表現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)已經(jīng)變得復(fù)雜得多了。

人類(lèi)利用由機(jī)器學(xué)習(xí)支持的傳感器拍攝的第一幅黑洞照片

? ? 應(yīng)用機(jī)器智能的傳感器

　　我們已經(jīng)了解了傳感器是如何提供數(shù)據(jù)讓機(jī)器學(xué)習(xí)可以訓(xùn)練模型的，接下來(lái)我們?cè)倏纯丛谧屵@些模型工作方面?zhèn)鞲衅靼l(fā)揮了什么樣的作用。這個(gè)應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)的過(guò)程通常被稱(chēng)為推理，而推理也對(duì)傳感器數(shù)據(jù)也非常依賴(lài)。

　　推理就是通過(guò)證據(jù)和論證得出想法或結(jié)論的過(guò)程

　　推理需要從環(huán)境中提取新數(shù)據(jù)，并將其提供給通過(guò)早期訓(xùn)練數(shù)據(jù)生成的模型。機(jī)器學(xué)習(xí)模型就是這么部署到實(shí)際應(yīng)用中的。機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序從受過(guò)訓(xùn)練的模型開(kāi)始，然后利用該模型來(lái)理解新數(shù)據(jù)。在此，模型充當(dāng)了某種算法推理的作用，而新數(shù)據(jù)就充當(dāng)證據(jù)。應(yīng)用程序應(yīng)用該模型的推理，從而將新證據(jù)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為某種結(jié)論。

　　為了解釋得更具體一點(diǎn)，我們來(lái)舉一個(gè)實(shí)際的例子。Google擁有強(qiáng)大的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，因?yàn)檫@些模型已經(jīng)過(guò)了大規(guī)模圖像集的訓(xùn)練。這讓我可以利用這些模型來(lái)進(jìn)行推理。我可以將手機(jī)的攝像頭對(duì)準(zhǔn)一個(gè)咖啡杯，然后它不僅可以正確地推斷出我面前的咖啡杯，能說(shuō)出這是甲殼蟲(chóng)樂(lè)隊(duì)的黃色潛水艇的圖片。簡(jiǎn)而言之，我的手機(jī)中的攝像頭傳感器捕捉了光的信號(hào)，而Google的機(jī)器視覺(jué)模型接著將之轉(zhuǎn)換成一種新型的信號(hào)——人類(lèi)語(yǔ)言。

　　我們今天看到的是傳感器在轉(zhuǎn)換信號(hào)中所發(fā)揮的轉(zhuǎn)換作用越來(lái)越依賴(lài)于機(jī)器學(xué)習(xí)。比方說(shuō)，如今相機(jī)市場(chǎng)的創(chuàng)新已經(jīng)越來(lái)越不是光學(xué)上的進(jìn)展，而是與機(jī)器學(xué)習(xí)模型方面的進(jìn)步越來(lái)越相關(guān)。事實(shí)上，我們的手機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)部署了很多傳感器，多到開(kāi)始發(fā)揮著像Spock的三錄儀（《星際迷航》里面的tricorder，具備感知、計(jì)算、記錄三種用途）那樣的作用。

? ? 傳感器、模型以及智能的未來(lái)

　　簡(jiǎn)而言之，傳感器為訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型提供數(shù)據(jù)，然后應(yīng)用了這些模型。它們讓我們從世界中捕捉數(shù)據(jù)并將其置入該物理現(xiàn)實(shí)的虛擬表示里。事實(shí)上，思考我們現(xiàn)在使用傳感器數(shù)據(jù)構(gòu)建的模型可以有一種方式，那就是它們正在為一個(gè)宏大的、新的，多維度的虛擬現(xiàn)實(shí)做出貢獻(xiàn)。簡(jiǎn)而言之，傳感器正在幫助人類(lèi)將物理現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)化為虛擬現(xiàn)實(shí)。

　　就像機(jī)器學(xué)習(xí)接管了所謂的知覺(jué)的大腦的信號(hào)轉(zhuǎn)換功能一樣，傳感器承擔(dān)了我們感覺(jué)器官的數(shù)據(jù)捕捉功能。那些簡(jiǎn)單模型，比如早期溫度計(jì)中所嵌入的那種，仍然需要我們的解釋來(lái)回答這樣的問(wèn)題：“這只雞要加熱到多高的溫度我才可以吃？”而當(dāng)今的傳感器中所嵌入的機(jī)器學(xué)習(xí)模型越強(qiáng)大，其所接管的我們大腦的數(shù)據(jù)解釋工作就會(huì)越多。這些傳感器現(xiàn)在已經(jīng)可以準(zhǔn)確地告訴我們雞肉什么時(shí)候可以吃，以及那艘顏色鮮艷的潛水艇的起源。

　　模型幫助我們將日常的定性體驗(yàn)轉(zhuǎn)化為定量理解，從而幫助我們解釋、預(yù)測(cè)和操縱我們周?chē)氖澜?。傳感器和新的機(jī)器學(xué)習(xí)模型使得人類(lèi)能夠擴(kuò)展我們大腦的解釋能力。它們幫助我們?cè)鰪?qiáng)了自己的想象力，讓我們超越自己的生理極限。因此，它們構(gòu)成了新興的綜合機(jī)器和人類(lèi)信息處理以及地球的智能未來(lái)的關(guān)鍵一層。