让虚谷号陪我“吟诗作对”

    舒春平 谢作如

    

    

    

    聊天机器人是人工智能的一个重要应用模式，苹果手机中的Siri、Win 10中的小娜和百度的小度，还有小爱音箱和天猫精灵等，都是被大家熟知的聊天机器人。这些机器人不仅可以聊天，还可以帮用户做很多事情，如查天气预报、设置闹钟，甚至还可以在线购物。

    看多了功能强大的商业聊天机器人，难免有些审美疲劳。如果设计一款仅仅针对某个专业领域的聊天机器人，可能会吸引特定用户的眼球。根据观看央视节目《中国诗词大会》激发的灵感，笔者萌发出一个想法——做一个可以“吟诗作对”的机器人（用户读上一句，机器人对出下一句）。

    原理分析

    从信息系统的角度看，聊天机器人的“听”和“说”仅仅是信息的输入和输出，核心功能在于聊天的内容如何体现“智能”。但是对笔者想做的这款机器人而言，难点反而不是聊天内容的处理，而是语音识别和语音合成。因为“吟诗作对”的定位，可以确定这个机器人要做的仅仅是古诗词方面的一问一答，问题和答案都是固定的，只要提供足够大的诗词库即可。

    聊天机器人的核心硬件，笔者选择了虚谷号。虚谷号是一块运行Linux系统的迷你电脑，预装了Python3.5。虽然根据虚谷号的当前算力，在本地处理语音还有些“吃力”，但是借助于百度AI开放平台，或者腾讯AI开放平台，只要连上网络就能识别语音和合成语音。这个“吟诗作对”机器人的系统流程如图1所示，虚谷号仅仅作为一个采集語音和播放语音的智能终端，语音处理工作全部在云端完成。这种做法和现有的聊天机器人在工作原理上是一致的，如果离开网络，就不能对话了。

    原型设计

    如果不考虑设计人形的结构，这个聊天机器人的组成并不复杂。核心模块清单如下：①虚谷号*1;②USB声卡*1;③麦克风*1;④小音箱*1。

    虚谷号支持绝大多数免驱的USB声卡，即插即用。当然，也可以选择自带声卡的小音箱（如上页图2）。常见的摄像头大都集成麦克风（上页如图3），也能够使用。考虑到常见的聊天机器人运用的是“语音唤醒”技术，而当前虚谷号的固件还没有集成这一功能，所以需要安装几个必要的库。此外，笔者选择了用“按下按钮”的方式与机器人交互，类似唤醒Siri的方式（要按下手机的电源键），因而，还需要一块Arduino扩展板（如图4）和普通按钮传感器（如图5），这在创客空间里面是很常见的。

    编程控制

    给虚谷号编程的最好方式是通过Wi-Fi，即无线模式。虚谷号内置了Jupyter，通过U盘方式正确设置Wi-Fi信息后，就会自动生成快捷方式，打开浏览器即可编程。访问“vvBoardBook”文件夹，将看到很多范例，其中就有GPIO、百度AI和语音处理方面的笔记。核心代码如图6所示。

    有了前面的基本库和函数，下面的Python代码编写（如图7）就比较容易了。首先是添加诗词库。限于篇幅，笔者用一个列表“shici”来存储诗句。

    接下来是主体程序（如下页图8），在这段代码中，按钮传感器接在D4口，按下后虚谷号开始说提示语“请开始背诵古诗”，当用户说“床前明月光”，虚谷号如果正确识别，将对出下一句“疑是地上霜”，即用户读前一句（奇数），机器对出下一句（偶数）。

    功能测试

    完成好“吟诗作对”机器人后（如下页图9），笔者迎来了温州中学的对外公开课，课题为“初识人工智能”。在这节公开课中，笔者演示了这一机器人的基本功能，很好地激发了学生的学习兴趣。学生还尝试修改Python代码，以实现更多的功能。事实证明，只要网络够快，对话过程流畅，几乎不会有“延时”的情况。

    在课堂上，学生提出了一些新的想法，如：设计成“飞花令”机器人，让诗词对话更加好玩;设计成迎宾机器人，向来宾介绍学校的校训和历史;设计成“识字”机器人，学生只需将不认识的字对准摄像头，机器人就会自动读取并说出这个字的读音和意思……

    每一次打开Jupyter再运行代码的确有些烦琐，其实虚谷号提供了多种启动Python代码的方式，最简单的做法是：将.py文件复制到U盘的Python文件夹，命名为“main.py”，然后按下RST键代码即可运行。如果虚谷号采用电源口供电，那么不用按键，也会自动启动。

    结束语

    随着一些知名的AI框架不断开源，人工智能的技术门槛也在不断下降。在虚谷号上不仅可以采用调用网络API的形式，利用云端服务器来处理信息，还可以安装TensorFlow之类的机器学习框架，学习机器学习、神经网络方面的知识。

    本文涉及到的代码已经以.ipynb文件的形式放在虚谷号的最新版固件中，采用CC协议开源，期望有更多的创客爱好者能在这段代码的基础上，设计出更多有趣的AI应用。