日本圖書館人工智能應用前沿研究

摘 要：數(shù)字化日本是日本國立國會圖書館推出的數(shù)字化資料項目。該項目推動了日本圖書館信息資源、文化資料和歷史遺產(chǎn)等收藏的數(shù)字化、網(wǎng)絡化處理，為人工智能應用打下基礎。作為較早實踐人工智能應用的典型，日本在文獻開發(fā)、讀者引導、閱覽服務、古籍保護與文化推廣上都取得了一定突破。本文圍繞日本圖書館人工智能戰(zhàn)略規(guī)劃、人工智能應用展開調(diào)研，針對智能機器人開展總結(jié)與分析，從而探索日本人工智能在大數(shù)據(jù)環(huán)境下的沿革與前景?；趯θ毡緢D書館人工智能應用經(jīng)驗總結(jié)，驅(qū)動我國智慧圖書館蓬勃發(fā)展與圖書館事業(yè)的智慧轉(zhuǎn)型。

關鍵詞：日本圖書館；人工智能；應用智能；機器人；智慧服務

一、日本人工智能發(fā)展

1.日本人工智能戰(zhàn)略發(fā)展

據(jù)日本產(chǎn)經(jīng)新聞顯示，日本于2016年4月創(chuàng)建 “人工智能、技術戰(zhàn)略會議”，主要承擔經(jīng)管教育部（文部科學?。?、總務省、經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省下屬的各大研究中心的職責。次年，日本制定了《人工智能技術戰(zhàn)略》及其產(chǎn)業(yè)化路線圖《以人為本的人工智能社會原則》。前者起到人工智能戰(zhàn)略 “指揮塔”的作用，后者指出日本構建人工智能社會的多方利益相關機構應遵循的基本原則。隨后，《人工智能戰(zhàn)略2021》更是提出應繼續(xù)加強與國際社會合作推進人工智能倫理規(guī)范建設，并在人工智能核心研究機構群組中增加社會人文類研究人員，以加強包括倫理在內(nèi)的綜合性研究。

2.日本人工智能應用發(fā)展

日本人工智能領域研究相比我國起步早、研究面廣，最早可追溯到20世紀60年代，由日本川崎重工公司先后引進開發(fā)的第一臺工業(yè)機器人“Unimate”與日本早稻田大學發(fā)明的第一個人形機器人“Wabot-1”。隨著近年來人工智能技術的蓬勃發(fā)展，知識挖掘與共享、智能語言處理、智能網(wǎng)絡、人機交互（HCI）以及人工智能應用等專業(yè)成為日本研究重點。應用領域，智能機器人AI的高速發(fā)展備受關注，智慧應用已滲透各行各業(yè)，如智能汽車、農(nóng)業(yè)嫁接和智慧陪伴等功能型機器人的應用。在工業(yè)機器人方面，如用于農(nóng)業(yè)嫁接的機器人Agri-robot I與1992年進階版Agri-robot II被引入工業(yè)機器人開展采收作業(yè)。陪伴型機器人，如本田的ASIMO，身高130cm，重48kg，它可以在幫助人類的同時，分辨出多位用戶同時說話的語境，并理解每位用戶的言語分別。

二、日本智慧圖書館發(fā)展與應用

1.日本圖書館人工智能機器人的發(fā)展與應用

日本圖書館界人工智能在技術研究與人工智能應用上也有新的突破，如東京都市大學圖書館正在研發(fā)基于人工智能技術的“智能問答系統(tǒng)”，幫助用戶快速獲得所需的圖書館資源；北海道大學圖書館開發(fā)了一個名為“自分類式アイテムレコメンドシステム”（自動分類式項目推薦系統(tǒng)）的人工智能系統(tǒng)，可以根據(jù)用戶的借閱歷史和喜好為用戶推薦所需的圖書資源。日本圖書館人工智能的研究與應用從智慧服務系統(tǒng)到讀者服務應用，從文獻管理到古籍文獻價值開發(fā)已滲透多個方面。近年來，日本各大圖書館根據(jù)不同需求分別引入、開發(fā)各類型AI智能機器人。例如，人形服務機器人Pepper和An-San、動物形引導機器人Koro機器狗和Uta-San機器兔、工業(yè)型搬運機器人HAL裝置和搬書機器人THOUZER等。

（1）情感機器人Pepper

Pepper是一個身高120cm，重量約29千克，啟動時長為12小時左右的人形機器人。它的頭部、胸部、手以及腿部內(nèi)都分別設置了傳感器。設計者在他的胸部安置了一個觸屏顯示器。情感機器人被賦予人類式的情感理解與表達，使用者可通過Wi-Fi無線局域網(wǎng)與云端人工智能通信打開Pepper情感引擎功能，使他與人展開交流與自身學習。用戶還可以使用名為Choregraphe的簡易開發(fā)語言功能為Pepper開發(fā)各類應用。

日本山中湖情報創(chuàng)造館率先引入銷售模式Pepper。作為一款定位于消費市場的社交人形機器人產(chǎn)品，Pepper實現(xiàn)了與用戶實時對話，提供圖書館參觀等簡單向?qū)Х铡?016年，東京江戶川區(qū)筱崎圖書館啟用了具有圖書館智慧服務系統(tǒng)的Pepperforbiz模式機器人。定制后的Pepper添加了座位信息接收功能。用戶可以直接在機器人上操作預約、結(jié)束閱覽座位的使用。Pepper將座位情況發(fā)送電子郵件給圖書管理員來動態(tài)掌握閱覽座位使用情況。用戶還可與它直接對話來利用文獻檢索與定位功能。機器人Pepper將自主收集、分析用戶操作日志和數(shù)據(jù)測算，來向館員反饋用戶的喜好與個性化需求。這在減輕館員工作負擔的同時，提高了讀者服務質(zhì)量和效率。山中湖信息制造館還將定期對Pepper開展培育和應用開發(fā)，如圖1 所示“山中湖寵物培養(yǎng)計劃”的研究開發(fā)活動。

（2）地板機器人PEANUT

地板機器人PEANUT為預防新冠肺炎疫情，于2020年6月被日本熊本森城市中心廣場圖書館啟用。PEANUT是一款由日本ZMP Inc.公司研發(fā)的地板清潔機器人。它采用先進的SLAM技術，可以自主規(guī)劃最優(yōu)清潔路線，自動避開障礙物，比傳統(tǒng)的地板清潔工具更為高效。此外，PEANUT還配備一些智能傳感器和高效過濾系統(tǒng)，可在清潔過程中自動識別并吸收灰塵和雜物，將它們存放在內(nèi)置收納盒中。盡管PEANUT是一款地板清潔機器人，但是它的自主導航能力和躲避障礙物功能可以為圖書館等公共服務機構提供有力的支持。PEANUT機器人通過感應器感知用戶后，利用語音識別技術為用戶提供對話式信息搜索、向?qū)Х?。此外，圖書館PEANUT機器人還可用于書籍運送工作。館員也可通過機器人PEANUT將文獻送到用戶手中。讀者可借助移動PEANUT機器人將待還的書籍運還至圖書館館員處。新型的無接觸服務不僅減少人與人之間接觸，減輕館員負擔，還可防止傳播病毒，為讀者打造既安心又創(chuàng)新的服務體驗。

（3）人形機器人An-San

甲南大學智能與信息學學院副教授Tomohiro Umetani博士，通過研究人類手指的觸覺而研發(fā)了一款名為An-San的人形機器人。它能夠幫助身處偏遠地區(qū)的圖書館工作人員通過An-san的相機與麥克風同讀者交流。當工作人員抽不開身時，An-san可以幫助圖書館工作人員承擔前臺接待讀者的工作。它的眼睛裝有攝像頭，耳朵裝有聲音收集麥克風，該系統(tǒng)允許讀者通過平板設備與辦公室工作人員交流。開發(fā)者Tomohiro Umetani教授認為，雖然目前An-san還沒有自動生成問題與答案的功能，但An-san系統(tǒng)的穩(wěn)定實用性在用戶中的口碑很高，它的遠程控制操作性也極高。此外，通過使用An-San自動參考系統(tǒng)收集基本數(shù)據(jù)，從而進一步進化人工智能操作，未來An-San有望自動回復用戶的咨詢和問題。

（4）動物型機器人Koro 和Uta-San

Koro是一款由Masahiro Tanaka教授和他的實驗室成員于2015年12月9日開發(fā)的電子機器狗，以兩輪小車機器人為基礎，沒有先進的學習功能或熟悉靈敏度調(diào)節(jié)。在設計初期，Koro是一個身高130厘米，穿著紅色衣服，戴著棒球帽的人形機器人。經(jīng)過計算與設計改良，Koro被編程為不能移動，但可以通過移動眼睛、耳朵、舌頭和尾巴來表達情緒、外形可愛的機器狗。它通過識別人類的手勢和寫在黑板上的公式展開交流。Koro不僅可以使用Leap Motion等傳感器，根據(jù)用戶手指的移動與人交談，還可以顯示樓層地圖和圖書館使用指南等各種視頻。此外，Koro還實現(xiàn)了響應用戶呼叫與另一個房間工作人員通話的功能。Koro有時還被當作一個引導機器人來操作。這只如狗一樣可愛的機器人目前被用于甲南大學圖書館的入口處，幫助指路、問候游客與讀者。

Usa-tan是一款方形的移動機器人，外形酷似兔子毛絨玩具。大山學院國立理工學院機械工程系的Takashi Kawamura博士等人通過研究調(diào)查日本青少年讀者從初中到高中，平均讀書數(shù)量隨著年齡的增加而減少。所以，如果能盡早培養(yǎng)孩子的閱讀習慣，將有助于提高孩子的閱讀理解能力和養(yǎng)成良好的閱讀習慣。調(diào)查顯示，日本兒童在早期閱讀培養(yǎng)時，大部分孩子們會在小學三年級時開始和朋友一起去圖書館。Takashi Kawamura教授等人設計了針對協(xié)助兒童讀者尋找文獻和借閱的動物型機器人Usa-tan。Usa-tan兔型機器人的主要功能是引導孩子們穿過圖書館，到達預定的書架。孩子們可以在書架上將書挑選出來，放在Usa-tan機器人背上的袋子里，然后跟著Usa-tan回到借書柜臺。因為它是一款服務于小學生的機器人，故出于安全考慮，該機器人由12伏電池和電機供電，這使得它不會行動過快。Usa-tan機器人通過底部6個、前面3個傳感器來識別并跟隨地板上膠帶反射的光線來移動。在此基礎上，Usa-tan預先錄制了回答和語音，以便與用戶展開簡單的互動交流。機器人的錄音聲源來自小學生，這樣可以使小朋友有一種熟悉的感覺。

（5）搬運型機器人裝備HAL

圖書館搬運書籍資料是一項很消耗體力的工作。除了庫房日常的上下架和緊架等工作，館際互借（ILL）出納臺在指定時間內(nèi)每次的工作量也非常大。筑波大學（University of Tsukuba）的風險投資公司CYBERDYNE開發(fā)的HAL車型機器人套裝，內(nèi)置一個傳感器讀取器，機身重約3公斤，電池待機時長為4.5小時。HAL機器人為電池所驅(qū)動，可以不受空間使用限制，自由移動。HAL車型機器人是一套從操作員大腦發(fā)送到肌肉的信號機制。機體的馬達可以很容易被安裝在操作員腰部，有助于支撐人體運動。該機器人裝置只有三個簡易操作按鈕與5個級別的援助，可用于各種任務。據(jù)CYBERDYNE公司稱，穿上HAL套裝，可以減輕工作人員腰部40%負擔。研究人員還為HAL機器人增加了防水和防塵功能，用于戶外重體力勞動。筑波市中央圖書館引進了兩種HAL機器人裝置，以減輕工作人員的負擔，通過一段時間的測試，調(diào)查顯示該機器人裝置能夠有效減少員工背部疼痛。

（6）跟蹤搬運型機器人THOUZER

除了上文提到的HAL車型機器人裝置，筑波市中央圖書館還引進其他款型機器人以減輕圖書管理員的負擔。筑波風險投資公司于2016年開發(fā)出一款名為THOUZER的運輸型機器人。它可以自動跟蹤圖書管理員，運送最多120公斤的文獻包裹。工作人員將書放在THOUZER上，按下自動跟蹤按鈕，機器人就會檢查周圍環(huán)境，利用激光傳感器自動跟在工作人員身后，遇障礙時它將自動停止。筑波市中央圖書館在引進THOUZER后，將它用于圖書館內(nèi)收集放置在回書架上無人使用的書籍。2020年，筑波風險投資公司與筑波圖書館合作，增加機器人THOUZER的日常消毒工作，作為對抗新型冠狀病毒傳播的對策。THOUZER在完成運送讀者已閱的文獻后，將定期在整個圖書館開展消毒噴霧的噴灑工作，該機器人還可用于工廠和庫房工作。

三、我國圖書館人工智能應用的發(fā)展

通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)我國各公共、高校圖書館在人工智能應用方面也有著相關研究與實踐。高校圖書館方面，清華大學圖書館是國內(nèi)最早深入探索咨詢服務機器人研究的大型綜合性大學圖書館，先后成功引進、推出了基于A和AIML的兩種人工聰慧智能數(shù)字標記咨詢語言的圖書館咨詢服務機器人。隨后，國內(nèi)各大高校圖書館也先后成功引進了眾多智能實時在線服務機器人，為用戶提供參考咨詢。

例如，上海交通大學圖書館的基于MIMSN的自動智能實時在線語音聊天咨詢服務管理機器人、重慶文理學院圖書館的基于MIAIMLBot的自動實時在線虛擬智能參考資料咨詢、查閱服務管理機器人以及南京大學圖書館的圖書定位和盤點的文獻管理機器人。

在公共圖書館方面，國家圖書館自主設計開發(fā)的新型數(shù)字智能化閱讀機器人 “小圖”實現(xiàn)了聊天咨詢功能外，還拓展了OPAC系統(tǒng)書籍自動檢索、參觀講解、讀者卡信息自動查詢等業(yè)務。目前，我國人工智能圖書館研究重點主要在于文獻管理、智能咨詢、機器人視覺處理和機器人路線規(guī)劃設計等方面，且機器人研究大多在探索發(fā)展階段。

四、結(jié)語

通過對日本圖書館人工智能發(fā)展和應用的研究，進一步驅(qū)動對智慧圖書館建設的探索。我國近年來人工智能科技在不斷提升，人工智能系統(tǒng)、設備設施與應用日新月異。相較于日本的數(shù)字化人工智能應用，我國針對圖書館的人工智能機器人技術還有所欠缺，這與各機構間的利益協(xié)同和組織融合關系密不可分。各機構間應開放數(shù)據(jù)資源、深度開發(fā)合作，發(fā)揚優(yōu)秀傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代科技共同體結(jié)合，共同攜手推進我國圖書館事業(yè)的智慧轉(zhuǎn)型與高質(zhì)量發(fā)展，凝聚起文化強國建設民族復興的磅礴力量。

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（作者單位：國家圖書館）

作者簡介：孫東月（1991—），女，漢族，北京人，本科，館員，研究方向：圖書館學研究。