Vědci vytvořili autonomního robota, který napodobuje lidské výrazy

Vědci z laboratoře Creative Machines na Columbia Engineering vyvinuli nového autonomního robota jménem EVA, který má měkkou a expresivní tvář, která odpovídá výrazům lidí v okolí.

Nový výzkum bude prezentován 30. května na konferenci ICRA. Plány robota jsou otevřeny na Hardware-X.

Hod Lipson je profesor inovace (strojní inženýrství) a ředitel laboratoře Creative Machines.

“Nápad na EVA se zrodil před několika lety, když moji studenti a já začali pozorovat, že roboti v naší laboratoři nás zírali skrz plastové, kulaté oči,” řekl Lipson.

Lidské roboty

Podle Lipsona si všiml podobného trendu v obchodech, kde pozoroval roboty, které byly humanizovány věcmi, jako jsou jména.

“Lidé zdánlivě humanizovali své robotické kolegy, dávali jim oči, identitu nebo jméno,” řekl. “To nás vedlo k myšlence, jestli oči a oblečení fungují, proč nevytvořit robota, který má super-expreseivní a reagující lidskou tvář?”

Roboticisté již dlouho pracují na vytvoření přesvědčivých robotických tváří, ale úkol není snadný. Robotické tělo se tradičně skládá z kovu nebo tvrdého plastu, které jsou příliš tuhé, aby se pohybovaly stejně jako lidská tkáň. Robotické hardwarové vybavení bylo také často obtížné pracovat s ním kvůli množství obvodů, senzorů a energeticky náročných a těžkých motorů.

https://www.youtube.com/watch?v=STx2HMHJFY8&t=3s

Vytvoření EVA

Projekt začal před několika lety v Lipsonově laboratoři, kdy student Zanwar Faraj vedl tým studentů, kteří postavili robotovo fyzické “strojírenství”. EVA byl původně postaven jako bezhlavý trup a nyní může vyjadřovat šest základních emocí: hněv, odpor, strach, radost, smutek a překvapení. EVA může také vyjadřovat další nuancované emoce, spoléhající se na umělá “svaly”, které jsou ve formě kabelů a motorů. Tyto umělé svaly táhnou na specifické body na EVAině tváři, což umožňuje robotovi napodobit pohyby více než 42 malých svalů, které jsou připojeny k lidské kůži a kostem.

“Největším úkolem při vytváření EVA bylo navrhnout systém, který by byl dostatečně kompaktní, aby se vešel do lidské lebky, a zároveň dostatečně funkční, aby produkoval širokou škálu tváří,” řekl Faraj.

Aby tento problém vyřešili, výzkumníci použili 3D tisk k vytvoření součástí se složitými tvary, které mohly být integrovány do EVAiny lebky.

“Jednoho dne jsem se věnoval své práci, když EVA náhle dal mi velký, přátelský úsměv,” řekl Lipson. “Věděl jsem, že to bylo čistě mechanické, ale přesto jsem se reflexivně usmál zpět.”

Programování AI

Tým poté pokračoval v programování AI, které ermögňovalo EVAiným pohybům obličeje. Robot se spoléhá na hluboké učení AI, aby “četl” a poté napodoboval výrazy lidí v okolí, a EVA se učí metodou pokusů a omylů, když sleduje videa sebe sama.

Podle Boyuana Chena, Lipsonova doktoranda, který vedl softwarovou fázi, byly EVAiny pohyby obličeje příliš komplexní, aby byly ovládány předem definovanými pravidly, a proto byly použity několik hlubokých učení neuronových sítí k vytvoření EVAiny “mozku”.

Robotův mozek musel nejdříve naučit se používat svůj komplexní systém mechanických svalů k vytváření tváří, a poté se musel naučit “číst” tváře lidí, aby je poté napodoboval.

Tým natočil EVA, jak dělá náhodné tváře po hodiny, a poté EVAin vnitřní neuronová síť se naučila spojit pohyb svalů s videem, což znamenalo, že měla smysl pro to, jak její vlastní tvář funguje. Druhá síť byla poté použita k tomu, aby EVAin vlastní obraz se shodoval s obrazem lidské tváře, a po několika úpravách EVA mohla “číst” lidské gesta z kamery a poté reagovat tím, že napodobovala stejné tvář.

Tito roboti by mohli být použiti v místech, jako jsou nemocnice, školy a domovy.

“Existuje limit, do kterého můžeme lidé emocionálně komunikovat s cloudovými chatboty nebo beztělesnými inteligentními reproduktory,” řekl Lipson. “Naše mozky zdánlivě reagují dobře na roboty, které mají nějakou rozpoznatelnou fyzickou přítomnost.”

“Roboti jsou čím dál více zapojeni do našich životů, takže budování důvěry mezi lidmi a stroji je stále důležitější,” dodal Chen.