智能向善：人因工程讓高科技服從人類指揮棒

　　——2024人因工程與智能系統(tǒng)交互國際會議觀察

　　編者按

　　人因工程是什么？它與我們的日常生活有何關系？在太空中，航天員的衣食住行、在軌科學實驗，包括空間站艙外機械臂與航天員聯(lián)合執(zhí)行任務，都離不開人因工程的支持。在我們身邊，醫(yī)療康復機器人、無人駕駛汽車和手機屏幕界面等都有人因工程的影子。仔細觀察就會發(fā)現(xiàn)，人因工程遠在天邊近在眼前，浸潤著人類生活的方方面面。

　　如今，我國載人登月計劃已開始實施，更多復雜的航天作業(yè)即將展開。腦機接口作為一種人機聯(lián)合探測新模式，能夠提升航天任務的探測能力，成為載人航天未來發(fā)展新方向。未來，人因工程在科技發(fā)展和工業(yè)化道路上將發(fā)揮越來越重要的作用。

　　人因工程小貼士

　　人因工程是因工業(yè)化而誕生并隨著科技進步與工業(yè)化水平的提升而不斷發(fā)展的一門綜合性交叉學科。它綜合運用生理學、心理學、人體測量學、生物力學、計算機科學、系統(tǒng)科學等多學科的研究方法和手段，致力于研究人與系統(tǒng)其他要素之間的相互關系和影響，最終使系統(tǒng)實現(xiàn)安全、高效、宜人的目標。近20年來，在中國載人航天工程以及大型飛機、高鐵、核電站等國家重大計劃和專項的支持下，我國在人因工程學研究與應用方面取得了一批原創(chuàng)性理論和技術成果。

　　一個多月前，神舟十九號載人飛船發(fā)射取得圓滿成功并與空間站組合體完成自主快速交會對接，兩個乘組航天員會師太空。我國載人航天事業(yè)輝煌成就的背后，人因工程全國重點實驗室發(fā)揮了重要作用。

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　　中國空間站如何滿足航天員長期駐留需求，讓他們更高效地工作、更舒適地生活？高鐵的駕駛艙該如何布局、降低操作失誤的風險？智慧住宅改造怎樣實現(xiàn)高效自然互動，提供便利個性化服務、打造舒適安全的宜居環(huán)境？手機屏幕的界面設計怎樣提升用戶體驗……

　　要回答這些或大或小的問題，繞不開一個詞——人因工程。

　　人因工程是什么？2024人因工程與智能系統(tǒng)交互國際會議近日在深圳召開。多位中國科學院和中國工程院院士、來自國際工效學協(xié)會和多個境外工效學學會組織的頂尖研究者與國內(nèi)人因工程領域專家走上講臺，圍繞推動人因工程與智能系統(tǒng)交互發(fā)展、提升智造與工業(yè)化水平等展開討論，助力培育新質生產(chǎn)力和經(jīng)濟高質量發(fā)展，也為大家進行了深入淺出的科普。

　　“人因工程倡導以人為中心，其實質是讓科技成果惠及全體人民，增強人民群眾的安全感、幸福感。”國際宇航科學院院士、人因工程全國重點實驗室主任、中國載人航天工程原副總設計師陳善廣解釋，人因工程是研究系統(tǒng)中人與其他要素之間交互作用的學科，并運用相關原理、理論、數(shù)據(jù)與方法開展系統(tǒng)設計，以確保系統(tǒng)實現(xiàn)安全、高效且宜人的目標。

　　大到中國空間站、核電站等“國之重器”，再到醫(yī)療康復機器人、建筑改造，小到手機屏幕界面、閱讀燈設計等，深入觀察會發(fā)現(xiàn)，人因工程看似遠在天邊，實則近在眼前。在人工智能高歌猛進的過程中，它冷靜地思考人與機器的關系，讓高科技服從人類的指揮棒，于無形處守護人類安全、創(chuàng)造舒適生活。

　　人因工程目標：安全、高效且宜人

　　簡單來說，一切由人制造的、有人參與控制或使用的產(chǎn)品/系統(tǒng)，都是人因工程的研究對象。這一學科的理念是“以人為中心，讓機器適應人”，最終目標是確保系統(tǒng)安全、高效且宜人。

　　當我們?yōu)槊刻?6次經(jīng)過祖國上空的中國空間站自豪時，腦海中首先浮現(xiàn)的是英雄航天員，是巧奪天工的太空艙，是不斷突破新技術的長征火箭……而隱身在這一切后面的人因工程，貫穿在航天員系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)，大眾難以察覺。也因此，航天五院中國載人空間站系統(tǒng)的總設計師楊宏院士，多次到人因工程大會作講座，本次則是主持人。

　　全世界進入太空的到目前不過數(shù)百人，國際空間站和中國空間站同時在軌運行，持續(xù)有航天員駐留。而空間特有環(huán)境因素，會給航天員的認知和操作能力帶來很大影響。比如，失重會導致骨丟失、肌萎縮，降低人的運動操作能力，狹小空間、持續(xù)噪聲以及晝夜時長變化，可能引起生物節(jié)律紊亂、睡眠問題和心理異常反應，影響人的認知。

　　中國載人航天一直把“萬無一失”當作目標，而這沉甸甸的期望背后是什么科學理論和方法在支撐？

　　“太空環(huán)境異常嚴酷，必須處理好航天員、航天器、航天環(huán)境之間的關系，確保航天員在軌安全、舒適、高效地工作。這就需要上天所用產(chǎn)品及系統(tǒng)的設計既要考慮到人的局限性，也要考慮到人的優(yōu)勢，這是人因工程的核心內(nèi)涵?！标惿茝V說，人因工程全國重點實驗室這些年發(fā)現(xiàn)并協(xié)同解決了大量關鍵人因設計缺陷，提升了載人航天器防止重大人因失誤設計水平，確保了中國空間站建造期4次飛行任務累計600余天航天員安全高效工作。

　　當航天員漫步于太空，在惡劣的太空環(huán)境中保護他們軀體的是身上的一個小型航天器——艙外服，此時能勝任他們“工作伙伴”的則是一個智能機器人——空間機械臂。人類走向深空，離不開機器；而若機器為王、替代了人，人又有什么意義和價值？

　　可以說，載人航天任務本身就是一次巨大的人因工程試驗，人與機器完美協(xié)作才能在太空奏響人類勇氣的贊歌。處理好人、機器和環(huán)境的關系，中國載人航天這些年一直將人因工程以人為本、智能向善的理念貫穿其中。

　　“人因工程是一種理念，也是一種方式方法，在載人航天領域運用得非常成熟，應融入工程設計全過程。”陳善廣說。

　　水善利萬物而不爭。在陳善廣看來，人因似水，你若需要，我便涌來，彌補你的不足、托舉你向上；你若成功，我便隱于無形，不會爭奪你的光輝。

　　陳善廣及其團隊2016年倡議發(fā)起首屆中國人因工程高峰論壇，每年一屆，連續(xù)8年的堅守，初心與情懷不變，持續(xù)推動人因學科在中國的發(fā)展。不僅航天領域，人因工程的涓涓細流已浸潤至各行各業(yè)，以及人類生活的各個領域。

　　當高鐵飛馳在遼闊山川，一枚小小硬幣卻能在車廂內(nèi)的桌板上屹立不倒——這是不少外國博主在乘坐中國高鐵時反復實驗、展示的經(jīng)典鏡頭。而這一場景在中國中車集團首席科學家王軍眼里，就是運用了人因工程的理念，如此才能保證高鐵的平穩(wěn)快速運行。

　　作為實現(xiàn)我國高鐵裝備全產(chǎn)業(yè)鏈高水平自主可控的領軍人，王軍非常重視在列車設計過程中運用人因工程理念：“最大故障挑戰(zhàn)和人為因素有關，駕駛艙要更智能，輔助好駕駛員?！币虼?，他們根據(jù)人因工程的原則優(yōu)化駕駛艙布局，將各類操作設備、儀表的位置按照駕駛員的操作習慣和視覺范圍進行合理放置，方便駕駛員在行車過程中快速、精準地讀取信息并進行操作，降低操作失誤的風險。

　　近20年來，在國家載人航天工程以及大型飛機、高鐵、核電站等國家重大計劃和專項的支持下，我國在人因工程學研究與應用方面取得了一批原創(chuàng)性理論和技術成果。這些成果于無聲處護佑中國從大國重器到居家日常的安全，并不斷拓展著人類能力的邊界。

　　智能向善，人字當先

　　人因工程，“人”字當先，“以人為本”是其不變的理念。

　　關于人與機器的關系，人類早在18世紀末就開始思考這一問題。從蒸汽時代機器“解放人的體力”、電氣時代機器“增強人的效率”，到信息時代“拓展人的能力”、智能時代“提升人的智力”，人機關系不斷發(fā)生轉變。

　　當世界高新科技向著智能時代高歌猛進時，人因工程大會則一次次警醒人們：人工智能是天使還是魔鬼？是科技帶著人，還是人指揮機器？我們是像《摩登時代》中的卓別林一樣在流水線上當一個螺絲釘或者“人肉電池”，還是要把領導權指揮權牢牢地掌握在人類自己手中？

　　站在此次大會的講臺上，中國科學院心理研究所研究員張警吁發(fā)問：“是不是智能產(chǎn)品一定能給人帶來安全和更好的體驗？”

　　他認為，在智能系統(tǒng)的設計中，如果不尊重人的特性，會導致嚴重的后果。比如，國外某知名品牌越野車的所謂智能擋位由于按鍵設計容易混淆，造成車禍不斷，不得不大量召回。

　　這名心理學研究者在現(xiàn)場帶大家重新審視了電影《薩利機長》：在完成了高難度的河面迫降之后，薩利機長竟然被抓了。直到把飛機殘骸打撈出來才發(fā)現(xiàn)，薩利機長是對的。面對飛機雙發(fā)失靈但系統(tǒng)只報告單發(fā)故障的極端危機，薩利機長憑借豐富的經(jīng)驗和冷靜頭腦，正確判斷出飛機無法飛抵備降機場，必須在哈德遜河上緊急迫降。而如果跟隨系統(tǒng)指令，只會讓這架飛機上的人陷于危境。這再次凸顯了“人”相對當前人工智能所體現(xiàn)的優(yōu)勢。

　　張警吁告訴記者，他現(xiàn)在的主要工作就是找到這些人擅長的特殊能力，通過人因設計把人的這些能力更好發(fā)揮出來，比如利用人對生物運動的自然感知能力來設計新的車外交互系統(tǒng)，利用外周視野信息低認知資源消耗的特點來保持自動系統(tǒng)乘員對環(huán)境的持續(xù)感知，等等。

　　擁抱新科技，但要“以人為本、智能向善”。第十三屆全國政協(xié)副主席辜勝阻指出，習近平主席提出的《全球人工智能治理倡議》，為人工智能治理貢獻了中國智慧和方案。

　　會議過程中，大會主席陳善廣反復強調“以人為本”，在任何時候，人都是第一位的。機器要為人服務，而非喧賓奪主。

　　“人機關系在現(xiàn)代社會中的重要性不言而喻，它既是人類生活和工作的重要組成部分，也反映了人與人之間的深層次聯(lián)系?！标惿茝V說，通過人因工程，設計者與使用者之間的聯(lián)系更加緊密，產(chǎn)品的設計和優(yōu)化更加符合人的需求和期望。

　　在他看來，未來，隨著智能化水平的提升和人文需求的融合，人因工程將面臨更多挑戰(zhàn)和機遇。人與智能體間的合作范疇將從人智協(xié)同認知系統(tǒng)、人智協(xié)同生態(tài)系統(tǒng)走向人智共生社會系統(tǒng)。

　　人適應機，轉向機適應人

　　第一屆人因工程高峰論壇舉辦時陳善廣曾預言，當前中國處于工業(yè)2.0與3.0的混搭狀態(tài)下，系統(tǒng)化地加入對人的極限和適應能力的研究，加入“人-機-環(huán)境”的深度互動研究，加入對人的心理和情緒的全面關懷研究，必將助推中國科技躍遷。

　　當時他對這門學科的期待是，迎接中國制造2025，人因工程不僅將挑戰(zhàn)工業(yè)4.0，更要迎接未來30年中國科技的大爆發(fā)。

　　如今，智能化、元宇宙、數(shù)字孿生進入千家萬戶。在工業(yè)領域，我國已建成全球規(guī)模最大、技術領先的網(wǎng)絡基礎設施，“5G＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”加速融合，AI賦能制造業(yè)數(shù)字化轉型，以機器視覺、數(shù)字孿生工廠、工業(yè)機器人等為代表的智能工廠建設都在加速。

　　中國工程院院士、浙江大學求是特聘教授譚建榮在演講中指出，如今，實體經(jīng)濟數(shù)字化和數(shù)字經(jīng)濟實體化趨勢不可阻擋。“我們要實現(xiàn)數(shù)字轉型，首先要保證數(shù)字經(jīng)濟立足于實體經(jīng)濟?！?/p>

　　中國制造企業(yè)轉型升級包括數(shù)字化制造、網(wǎng)絡化制造和智能化制造?！叭祟愑性S多夢想，不是所有夢想都能實現(xiàn)。然而，一種技術卻能使夢想在感知中實現(xiàn)，這就是虛擬現(xiàn)實技術。虛擬現(xiàn)實與設計技術的結合，是設計史上一場劃時代的革命。”譚建榮說。他是實踐派，一直在身體力行。

　　李德仁院士多次參加人因工程大會，2023年他榮獲國家最高科學技術獎。面對記者“與上次講的有什么不同”的提問，他神秘地伸出手指，“我?guī)砹诵聳|西”。

　　他帶來了新研究成果——《論無所不在的時空智能》。他給大家報喜：人因工程在助力我國測繪遙感從傳統(tǒng)向AI飛躍中發(fā)揮了重要作用。目前，我國擁有5G基站400萬個、遙感衛(wèi)星數(shù)量近300顆，已初步形成全天候、全天時、全球覆蓋的高分辨率對地觀測能力，實現(xiàn)了商用5G單基站室內(nèi)環(huán)境下高精度高可靠定位，定位精度達到1-2米。這些技術已經(jīng)廣泛應用于日常手機定位、智慧物流、抗洪救災、航天探月等社會生活的方方面面。

　　在陳善廣看來，中國的工業(yè)化進入到新階段，各個環(huán)節(jié)都應從“人適應機”轉向“機適應人”。這是陳善廣一直呼吁的話題。

　　“智能化的趨勢已經(jīng)無法逆轉。如今科學研究發(fā)展很快，當機器覺醒，具有學習和自我進化的能力，與人合作完成任務時如何加以控制？”陳善廣建議，把規(guī)則嵌入到機器人的底層構造中。他與相關團隊承擔了國家自然科學基金重大項目“復雜人機緊耦合系統(tǒng)的人因安全理論研究”，對復雜系統(tǒng)智能化帶來的人因安全問題進行深入研究。“中國科學家和重要機構需要形成共識，因為這是大國責任！”他說。

　　構建跨學科交叉育人大平臺

　　“青年人才培養(yǎng)是頭等大事?！壁w沁平院士曾任教育部副部長，一向重視交叉育人、產(chǎn)教協(xié)同育人。他認為，智能交互離不開產(chǎn)業(yè)應用，離不開工業(yè)，離不開國際同行的幫助和支持。而人因工程正是一個培養(yǎng)青年人才的交叉學科。

　　據(jù)介紹，早在2016年，中國航天員科研訓練中心人因工程全國重點實驗室倡議發(fā)起舉辦中國人因工程高峰論壇，先后在深圳、杭州、長沙、上海等地舉辦了7屆，成為業(yè)內(nèi)具有較大影響力、非營利性的綜合性學術交流平臺。前7屆大會，參會的都是我國院士、總師，吸引了很多85后、90后年輕科研人員、裝備研究設計人員參加。

　　1983年出生的張警吁博士連續(xù)參加了4次人因工程高峰論壇。他告訴記者，從北大心理系畢業(yè)前，他原本打算出國。后來他了解到，中國將會成為世界上起降飛機最多的國家，這除了需要更大更好的機場，也需要更加精準和安全地指揮調度飛機。這時，空管員的調度能力成為整個系統(tǒng)的關鍵。而工程心理學不僅可以幫助更精準地預測空管員的負荷水平，更好地做到“削峰填谷”，還能夠指導各種新型交互技術的開發(fā)，提高空管員的調度能力和整個系統(tǒng)的承載能力。他留在了國內(nèi)，開始參與這項事業(yè)。

　　第一次參加人因工程高峰論壇時，他還是一名助理研究員。

　　他發(fā)現(xiàn)，要研究并提升空管員的調度能力，涉及心理學、空中交通管制、計算機科學、生物醫(yī)學、人體工程學等方面知識，高度跨學科、高度交叉，與陳善廣提出的人因工程是“順應國家工業(yè)革命技術迭代的大趨勢，建立的復雜巨系統(tǒng)：特殊裝備、特殊人員、特殊環(huán)境、特殊任務”的“四特”完全吻合，符合解決這個問題的根本需要和自身的研究旨趣。

　　于是，他浸潤其中，將人因的理念進一步延伸到智能手機、汽車座艙和航空器設計等領域，以心理學的視角切入人因工程，幫助長安、華為等企業(yè)進行有關研究和專項設計。這次參會，已經(jīng)是研究員的他，帶來題為《基于心理學原理的人與智能系統(tǒng)高效協(xié)同方法研究》的報告。

　　近幾屆人因大會都有機器人和機器裝甲的介紹。此次，吉林大學博士生導師任雷帶來了他的研究成果，要讓機器人走路不再像機器那樣關節(jié)扭曲，而是“閑庭信步”。

　　這項研究的一個目的是服務高位截癱患者。任雷向與會者展示了穿上假肢機器人的患者上下樓的情景。假肢的膝蓋就是一個機器人，能猜測主人的動作意圖。而模仿手和手臂的假肢機器人，則可以夾筷子、抹護手霜、捻撲克牌，甚至穿針引線、開瓶蓋。精準的復雜動作已高度類人，讓不少國外研究者大開眼界。

　　本屆大會的另一亮點是香港、澳門、臺灣同胞走上講臺，就所從事的研究領域和與會者進行廣泛交流。

　　臺灣新竹清華大學終身榮譽教授王明揚對老祖宗的智慧充滿敬意。他說，古代戰(zhàn)車，車高四尺，讓士兵更容易登車。車上武器，戈、戟、矛，最長的不超過身高的3倍。因為太長不好使，容易造成車上士兵的傷害?！拔覀円詾楣湃擞玫母?，就是一個圓的棍子加上一把刀。實際上，戈的棍子是橢圓的，有利于士兵出招的時候掌握刀的方向，更加精準。”

　　當王明揚教授說到“我們團結起來，一起為中國人因工程發(fā)展作出讓外國人眼前一亮的貢獻”時，全場熱烈鼓掌。

　　陳善廣指出，人因工程近年來在中國取得了長足發(fā)展，也反映出我國工業(yè)制造的活躍度與發(fā)展水平。本屆是首次由中國學者主導的人因工程方面的國際會議，也是中國人因學科發(fā)展的重要階段性標志。目前，各項數(shù)據(jù)表明，無論是中國人因學者的規(guī)模，還是在國際上的學術影響力，我國人因工程學科建設及發(fā)展水平已走在世界前列。

　　未來人因工程如何發(fā)展？陳善廣表示，人因工程研究的技術方法跨越諸多學科，依賴于相關學科的技術發(fā)展，其自身基礎理論和技術的研究深度不夠，已有技術和方法的效度已不適應時代要求，基礎數(shù)據(jù)、規(guī)律、技術方法的儲備也無法滿足應用需求。他建議從國家層面高度重視人因基礎理論研究的規(guī)劃布局，大力加強基礎教育，深化人因工程共性科學與技術研究。特別是面對智能時代的挑戰(zhàn)，應規(guī)劃人因工程新的發(fā)展路線圖。

　　未來已來，行則將至。

　　中青報·中青網(wǎng)記者 孫慶玲 堵力 來源：中國青年報

　　2024年12月16日 04 版