3.4 嵌套层级的优点

每一个单独的生物个体内都有一大群非生物的东西。将来有一天,每一台单独的机器内也会有一大群非机械的东西。不管是哪种类型的群体,他们都一方面各忙各的,另一方面又组成了一个新的整体。

布鲁克斯写道:「包容结构实质上是一种将机器人的传感器和执行器连接起来的并行分布式计算。」这种架构的要点在于将复杂功能分解成小单元模块并以层级的形式组织起来。很多观察家津津乐道于分布式控制的社会理想,听说层级是包容结构中最重要和最核心的部分时,却很反感。他们会问,难道分布式控制不就意味着层级机制的终结吗?

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当但丁一层层爬上天堂的九重天时,他所攀爬的是一座地位的层级。在地位层级里,信息和权力自上而下地单向传递。而在包容或网络层级架构里,信息和权力自下而上传递,或由一边到另一边。布鲁克斯指出,「不管一个代理或模块在哪一个层级工作,他们均生来平等……每个模块只需埋头做好自己的事。」

在人类的分布式控制管理体系中,某些特定类型的层级会得到加强而非减小消失。在那些包含人类节点的分布式控制体系内更是如此——比如巨大的全球计算机网络。许多计算机领域的活动家大力鼓吹网络经济的新纪元——一种围绕计算机点对点网络建立起来的新纪元,认为是时候抛弃那些等级森严的网络了。他们的说法既对又错。虽然那种专制的「自上而下」的层级结构会趋于消亡,但是,若离开了「自下而上」控制的嵌套式层级,分布式系统也不会长久。当同层的个体之间相互影响时,它们自然而然聚合在一起,形成完整的细胞器官,并成为规模更大但行动更迟缓的网络的基础单元。随着时间的推移,就形成了一种基于由下而上渗透控制的多层级组织:底层的活动较快,上层的活动较慢。

通用的分布式控制的第二个重要方面在于控制的分类聚合必须从底部开始渐进累加。把复杂问题通过推理拆解成符合逻辑的、互相作用的因子是不可能的。动机虽好,但必然失败。例如,合资企业中一些大而不当的公司,其垮掉的可能性是非常高的;为解决另一部门的问题而创生的大型机构,其本身也成了问题部门。

数学运算时除法比乘法难,同样道理自上而下的分类聚合也不可行。几个素数相乘得出答案很容易,小学生就会做。但要对一个大数做分解质因数,最超级的计算机也会卡壳。自上而下的控制就如同将乘积分解成因子一样困难,而用因子来得到乘积则非常容易。

相关的定律可以简明地表述为:必须从简单的局部控制中衍生出分布式控制;必须从已有且运作良好的简单系统上衍生出复杂系统。

为了验证自下而上的分布式控制理论,罗切斯特大学研究生布赖恩·山内[1]制作了一个号称「杂耍抛球」的机器胳膊。胳膊的任务是用拍子反复弹拍一只气球。这只机器胳膊并没有一个大脑来对气球定位并指挥拍子移动到气球下方,再用适合的力量弹拍;相反,山内将这些定位和控制力量的工作分散化了。最终的动作平衡是由一群愚笨的「代理」组成的委员会来完成。

举例来说,把「气球在哪里?」这个最复杂的难题细分为几个独立的问题,将其分散到许多微型逻辑电路中。某一个代理只考虑一个简单问题:气球在触手可及的范围内吗?——一个相对容易操作的问题。主管此问题的代理对何时拍击气球一无所知,甚至也不知晓气球在哪里。它的单一职责就是当气球不在胳膊上的摄像仪的视线内时指令胳膊倒退,并持续移动直到气球进入视野。由这些头脑简单的决策中心所组成的网络或社会就构成了一个机体,能够展现出非凡的敏捷性和适应性。

山内说:「行为代理之间并没有明确的信息交流。所有的交流都是通过观察其它代理的动作在外界环境里留下的痕迹和影响而得以进行的。」像这样保持事物的局部性和直接性,就可让社会进化出新的行为方式,同时也避免了伴随「硬件」通讯过程而产生的复杂度爆炸问题。和流行的商业说教相反,把每件事告知每个人并非智慧的产生方式。

「我们更进一步地拓展了这个想法,」布鲁克斯说道,「并常常利用外部世界作为分布式部件间的交流媒介。」一个反射模块并非由另一个模块来通知它做什么,而是直接感知外部世界反射回来的信息,然后再通过其对外部世界的作用把信息传递给他人。「信息有可能会丢失——实际上丢失的频率还很高。但没关系,因为代理会一遍又一遍地不断发送信息。它会不断重复『我看见了。我看见了。我看见了』的消息,直到胳膊接收到信息并采取相应动作改变外部世界,该代理才会安静下来。」

布赖恩·山内(Brian Yamauchi):美军坦克自动化研究、开发及工程中心资助的第二阶段小企业开发新技术推动计划的首席机器人专家。该研究项目旨在发展高速遥控小型无人地面车辆。