面向认知赋能的人机协作:进展、挑战和展望

寇逸群1,杨晔1,刘颉2,胡友民1,李林3,俞百川1,徐家和1,胡中旭1,史铁林1(1. 华中科技大学机械科学与工程学院;2. 华中科技大学土木与水利工程学院;3. 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司)
摘要:在工业4.0向工业5.0的发展过程中,以人为本逐渐成为智能制造领域关注的焦点之一。当前的人机协作不仅强调要聚焦于技术的进步与效率的提升,更强调将人类的高阶认知思维与机器的计算能力相结合,实现认知赋能。基于此,梳理人机协作中认知赋能在交互感知、任务规划与执行、技能学习等关键领域的现有研究,揭示了多模态信息整合、任务推理、动态决策与技能知识表征的挑战。进一步,提出通过应用知识图谱构建的相关技术来支持人与其机器认知对齐的方法,以及通过应用知识图谱推理的相关技术来支持复杂环境下人机协作的任务优化和动态决策。在分析现有人机协作认知赋能研究局限性的基础上,展望未来智能制造环境下的深度认知协同的发展方向。
关键词:人机协作;认知赋能;知识图谱;知识表示;多模态感知

目录介绍

0 前言

1 人机协作认知赋能的方法

1.1 交互感知

1.1.1 机器对人的感知

1.1.2 人对机器的感知

1.2 任务规划与执行

1.2.1 任务推理与动态决策

1.2.2 洞察增强与决策辅助

1.3 技能学习

1.3.1 机器人技能获取

1.3.2 人类实操技能提升

2 面向认知赋能的知识图谱构建与推理关键技术

2.1 支持双向认知对齐的知识图谱构建关键技术

2.1.1 本体建模与语义规范化技术

2.1.2 实体抽取与关系抽取技术

2.1.3 知识图谱嵌入技术

2.1.4 多模态知识表示与融合

2.2 支持任务优化决策的知识图谱推理技术

2.2.1 支持任务优化的基于规则推理技术

2.2.2 支持动态决策的基于智能算法的推理技术

3 现存问题与展望

3.1 现存问题

(1) 人机认知对齐的困难

(2) 多模态信息整合困难

(3) 任务规划与执行的复杂性

(4) 动态决策的困难

(5) 技能与知识的统一表征与泛化挑战

(6) 生成式人工智能在任务理解中的局限性

3.2 展望

(1) 提升人机双向认知对齐的精准度及时效性

(2) 增强多模态信息的深度融合与语义统一

(3) 构建智能化的任务规划和执行框架

(4) 提升动态决策的实时性与敏捷性

(5) 构建精准的技能图以支持任务分配与决策

(6) 融合知识图谱与大语言模型增强认知协同

4 结论

 

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