特写
释放器物的灵魂
工程学再发现

米高安哲罗不朽的大卫像,原本是块废弃的大理石:雕刻家雕造人像时,不小心凿开大洞。石头最后到了米氏手上,他孤独地日夜苦干,终于创造出壮美无比的大卫。有人问米高安哲罗如何做到,他说:「我没有雕刻,只是用刀把多余的部分凿掉,将禁锢在石中的生命解放出来。」

米氏的回答,玄妙而发人深省。可触可感的创造,除了艺术,就是工程。工程学英文engineering源自拉丁语ingeniumingeniare,指巧思和设计。在本港,工程学不算是受欢迎的学科,工程人忠厚朴实、不擅辞令,在实验室埋头苦干的形象深入人心。但二十一世纪是创新的年代,扎实的工程学养,是解决问题,筑构未来的窗户。高锟教授于2009年凭光纤获颁诺贝尔物理学奖,揭示「形而下」的器物亦能一登堂奥,掀起革新;Facebook和苹果科技产品带来惊喜,人的生活、人与人的关系不再一样;自动机械提升生产力,一场疫症,开启人机相处的首章。




工程在中学不是选修科,工程到底学什么?怎样的人适合读工程?四年修习过后,工程人有怎样的舞台,可以为自己建立怎样的身分?我们挑选工程学的两门显学──人工智能(AI, artificial intelligence)和机械人,邀请了三位专家──禤永明系统工程与工程管理学教授蒙美玲,机械与自动化工程学系教授任扬刘达铭,谈谈工程学、AI和自动机械的种种。

工程就是解决问题

工程是用数学和科学等知识,发明、设计、建造和改良器物,包含机械、材料,以至信号系统和程式等。「工程就是解决问题──机械工程用机械解决问题,电子工程以电子和信号解决问题。如果他懂理论,却不能解决现实问题,那他就不是一个好的工程师。」刘达铭笑称,行内人常戏谑,科学家制造问题,工程师解决问题。科学家、工程师和业者,有紧密的三角关系:生物医学家了解人体、细胞和疾病,工程师创造仪器,医生和治疗师使用仪器和科技。

「举凡机器和材料运作太慢、危险和复杂,我们便会想办法改良和解决。触得到看得见的,简单如眼镜的工学,都属于机械和自动化工程,肉眼不能看见运作的,如电子、信号和程式等,就属于电机和电脑工程。」

什么人适合读工程?

「喜欢解决问题、喜欢挑战和变化的。我们常有新项目,不会重覆自己,想法和发明会放到现实去试验和操作。」三岁自香港移民澳洲,刘达铭在墨尔本大学就读本科和博士,到过法国,兜兜转转回到出生地。言辞质朴、诚恳,用实物──机械臂教学,让学生从做中学习,令他成为深受欢迎的年轻教师。在澳洲读高中,他自言「坐唔定」,不喜欢朝九晚六的办公室工作,在选科的性格测验,廿个建议科目中,十多个是工程。那年在墨大开放日,他看见机械臂,倾心不已,澳洲流行双学位,他主修电脑科学和机电、机械和自动化工程,以后就是优秀学生和年轻学者的峥嵘故事。初入大学的一年级生喜欢他深入浅出,其实,他很有要求。再问他,读工程,需不需要热爱数理?敦厚的老师,答得实在:

「数理是基础,但我们是应用数理,不是深造,故毋须热爱。」

人机同行的未来

知识经得起现实的考验,一切才有意义。刘达铭所属的机械与自动化工程学系,着重动手做,学生有参与机械人大赛,加入教授与政府和业界的合作项目,也有自己发掘题材,诚邀老师指导的。读工程是心思和血汗的尽情挥洒,四年过后,创新的志向可否在更大的舞台延续?

刘达铭教授

「一定会有舞台,而且是很大的。我们好多毕业生找到理想的工作,不止是『两电一铁』(中电、港电和港铁)。」教授自信道来。「道理很简单,机械就是替代人做厌恶和危险工作。每人都要住屋,但几多人愿意建楼,做建筑工人?供求明显有巨大落差。清洁污渠、外墙工作和导致肺尘病的喷油作业不可少,但却很厌恶。农业也是,多少人吃饭,又有多少人想务农?由这些落差可见,自动机械的市场是很大的。」

就如,水务署、渠务署、渔农自然护理署、环境保护署、多间建筑和人工智能公司是学系长年合作伙伴,经常邀请系内师生建造自动系统。有四年级生到渔护署无尘水耕种植中心视察,制作机械人,实现自动种植;污水处理厂的沉淀池有加快沉淀的斜板,以往由人站在上面清洁,危险肮脏,现时由学系设计的机械人代劳。刘达铭的志向,是改革保守落后的建筑业,中大再生园的弧形砖墙,由他与学生创造的机械人建造而成,不经人手,是革新宏图里的一小步。

砌砖机械人筑构砖墙。「自动化的好处是可以用不同角度摆砖,设计的可能性多了。」刘达铭教授说。

从头看人工智能

如果机械是躯体,人工智能就是大脑和灵魂。后者是近年炙手可热的科技,我们常常谈及AI,但它究竟是什么?跟一般自动机器有何分别?

「人工智能是吸收和摹仿人类智慧的科技,能胜任人才能做的工作。人的智能包含学习、推理、解难、感知和语言沟通。最重要是,它懂得改善自己。」专研语音的人工智能专家蒙美玲解释。AI的概念自五十年代已有,全赖硬件进步和电脑运算功能提升,可处理大量数据,构想才得以实现。简单来说,人工智能靠分类建立知识体系,像辨认人脸、物件和语音。围棋AI AlphaGo击败人类顶尖棋手,靠的是上亿训练后,辨识出最有胜算的棋路。观千剑,方可识器,要准确辨识,前提是有大量材料。向演算法投入资料,例如猫和狗的图片,再就辨认结果打分,人工智能就能认出是何种动物;人工智能的数学方程也能组成犹如人脑的多层神经网络,自大数据学习。前者称机器学习,是AI的本体和知识论;后者为深度学习,是机器学习的方法之一。

蒙美玲教授与任扬教授

不少人觉得AI属理科和高科技,事实上,要创造人工智能,数学和工程知识是根本,但要媲美人类智慧,达至无远弗界,还须不同学科加持。若AI是人,关于它最恰切的形容,就是「文艺复兴人」。以人工智能最复杂的范畴──语音为例,一段说话,糅合立意、情感、态度、性格,流露说话者的年龄、教育、身分、语言能力、身体状况和身处环境,信息多样。蒙美玲研发的语音辨识和合成系统,须理解概念情感、懂得推理、掌握文法修辞、咬字发音,顾及语境和场合,这就牵涉语言学、心理学、认知科学等范畴。

睿智是一切的关键

AI能力多大,争议与隐忧就有多深。科技是会歧出的,取代人手,削减工种、侵犯私隐、以假乱真、道德责任不能厘清,是真实要解决的问题。蒙美玲与自动化专家任扬在初中推行人工智能普及教育,强调伦理意识是人在科技世代愉快安然的关键。「互联网刚出现时,我们没有注重伦理,结果好多不好的事发生。我们希望人们从小理解AI科技,思考它在社会的角色,特别是伦理。」任扬说。

中大研发的AI玩具车上演经典电车难题:该撞老人还是小孩?玩家可编写简易的积木方程决定答案,由懂得辨认的玩具车执行

缺了那点省悟的灵光,人工智能同样不能创出科学原理。任扬续指:「人可以简约道出事件原因和精髓,AI却不能。它可以根据牛顿定律预测趋势,准确度百分之九十九点九九,却不能发现牛顿定理。但它的精准可以启发人去发明事物。」

科学与人文

有灵魂的科技,关乎人性,不是冷冰冰的死物。创造者在属于他的那一块石,贯注他的个性、热情和识见,伟大的创造,蕴含对人的深刻了解。工程师要有一颗细心,体察人的需要,才能解决问题,带人走进美好。

「人工智能有『自然用户界面』的概念,现时输入不一定打字,可以用语音,跟与人对话一样自然。随着数据愈发齐全,AI服务不同年纪、种族和语言的人更为熨贴。」蒙美玲说。一些患中风、柏金逊症或脑部受损的人士,说话难以辨识,教授的系统可直接将语音传译,准绳度远高于主流引擎。「AI能帮助学习,增加社会共融,将来,像『两生花』,每个人都会有一个数码分身。」她和颜笑说。

机械与自动化工程学系毕业生、中大赛马会「智」为未来计划统筹章文杰设计的书法机械人,旁白以AI合成,摹拟奥巴马说话。AI摹拟人声几可乱真,令人惊叹之余,亦引起保安疑虑

善良的人,可以瞥见物件里的善良灵魂,用巧思解放祂,然后,将生命的火花递给困难的众生,驱散阴霾与憾恨。在跟威尔斯医院骨科及义肢矫形部合作的项目,刘达铭的学生相询受助者的需要,制造义肢,助他们圆梦和重拾寻常的快乐。数次沟通和改良后,受助人能以新手单手盛汤炒餸;小孩子能重拾琴弓,拉奏小提琴。

「未来的工程师要用能力和热情赋予人希望,令用者感受关怀。工程不是死气沉沉,而是关乎人性、人面对的生活处境,要有初心和人的个性。

「我们理解截肢者,就是失去能力去做某些事,但如果可以补救他的日常生活,这也不算是残障。」刘达铭踏实又超然说着。「机械填补的,不止是工作和生活的能力,还有令人享受生活──跳绳、打乒乓球的机会,他可以跟家人朋友一起玩。起居、工作、玩乐和运动,我们都会照顾到。」

受助者以新手演奏、炒餸和玩乐(来源:香港电台《医生与你》)

石黑一雄的小说《克拉拉与太阳》中,「人工友伴」克拉拉陪伴患病少女,细腻善感的她,由太阳赋予生命,在冰冷扭曲的世界,她却是温煦的存在,为爱的人和不全然理解的人间,奉献一切。机械人愈发体贴,人会否外判情感与人性?对着机械人,人能矜夸什么?我们应怎样爱?

「人的心,就像是一栋有许多房间的屋子。我会走遍每个房间,一间间探究,直到它们变成我自己的房间。」

人心被AI走遍的那天,我们会明白自己和别人的心吗?

《山高月阔:给下一代的家书》由中大入学及学生资助处和资讯处策划,协理副校长暨入学及学生资助处处长王淑英教授邀约访谈中大专家,探讨廿一世纪的关键知识和产业,放眼多元的职业舞台。「山高月阔」语出明代理学家王阳明十岁写就的诗作《蔽月山房》:「山近月远觉月小,便道此山大于月。若人有眼大如天,当见山高月更阔」,谓人心胸阔大,不执于眼前和一己成见,便可洞幽察微,对世情万物有透彻和超拔的了解。站在选科十字路口,若能走出既有思维,登高望远,将见前路宽广,山高月阔。


文字/amyli@cuhkcontents
摄影/Keith Hiro
图像/江乐韵
统筹/陈百亨
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