Forskere skaber autonom robot, der efterligner menneskelige udtryk

Forskere i Creative Machines Lab på Columbia Engineering har udviklet en ny autonom robot kaldet EVA, der har et blødt og udtryksfuldt ansigt, der matcher udtrykkene fra nærliggende mennesker.

Den nye forskning skal præsenteres den 30. maj på ICRA-konferencen. Blåprints for robotten er open-source på Hardware-X.

Hod Lipson er professor i innovation (mekanisk ingeniørvidenskab) og direktør for Creative Machines Lab.

“Idéen til EVA tog form for nogle år siden, da mine studerende og jeg begyndte at lægge mærke til, at robotterne i vores laboratorium stirrede tilbage på os gennem plastik- og googly-øjne,” sagde Lipson.

Menneskeliggørelse af robotter

Ifølge Lipson lagde han mærke til en lignende tendens i supermarkeder, hvor han observerede genopfyldningsrobotter, der var menneskeliggjort med ting som navneklip.

“Mennesker syntes at menneskeliggøre deres robotkolleger ved at give dem øjne, en identitet eller et navn,” sagde han. “Dette fik os til at undre os, hvis øjne og tøj virker, hvorfor ikke lave en robot, der har et super-udtryksfuldt og responsivt menneskeansigt?”

Roboticister har arbejdet på at skabe overbevisende robotansigter i lang tid, men opgaven er ikke let. Robotkroppsdele har traditionelt bestået af metal eller hård plast, der er for stive til at bevæge sig på samme måde som menneskeligt væv. Robot-hardware har også ofte været svær at arbejde med på grund af mængden af kredsløb, sensorer og kraftintensive og tunge motorer.

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

Opbygning af EVA

Projektet begyndte for nogle år siden i Lipsons laboratorium, da den studerende Zanwar Faraj ledede en gruppe studerende til at bygge robotens fysiske “maskineri”. EVA blev først konstrueret som en afkroget buste, og nu kan robotten udtrykke seks grundlæggende emotioner: vrede, afsky, frygt, glæde, sorg og overraskelse. EVA kan også udtrykke andre nuancerede emotioner ved at stole på kunstige “muskler”, der er i form af kabler og motorer. Disse kunstige muskler trækker på bestemte punkter på EVA’s ansigt, hvilket giver robotten mulighed for at efterligne bevægelserne af mere end 42 små muskler, der er fastgjort til huden og knoglerne i menneskeansigtet.

“Den største udfordring ved at skabe EVA var at designe et system, der var kompaktnog til at passe inden for en menneskeskalle, samtidig med at det var funktionelt nok til at producere en bred vifte af ansigtsudtryk,” sagde Faraj.

For at løse dette problem brugte forskerne 3D-printning til at skabe dele med komplekse former, og disse kunne integreres med EVA’s skalle.

“Jeg var optaget af mine egne tanker en dag, da EVA pludselig gav mig et stort, venligt smil,” sagde Lipson. “Jeg vidste, det var rent mekanisk, men jeg fandt mig selv refleksivt smilende tilbage.”

Programmering af AI

Holdet gik herefter videre til at programmere AI, der gjorde det muligt for EVA’s ansigtsbevægelser. Robotten afhænger af dyb læring AI til at “læse” og herefter efterligne udtrykkene fra nærliggende mennesker, og EVA lærer ved prøve og fejl, mens den ser videoer af sig selv.

Ifølge Boyuan Chen, Lipsons PhD-studerende, der ledede software-fasen, var EVA’s ansigtsbevægelser for komplekse til at blive styret af foruddefinerede regler, så flere dyb læring neurale netværk blev brugt til at skabe EVA’s hjerne.

Robotens hjerne skulle først lære at bruge sit komplekse system af mekaniske muskler til at generere ansigtsudtryk, og derefter skulle den lære at “læse” menneskeansigter for at efterligne.

Holdet filmede EVA, der lavede tilfældige ansigter i timevis, og derefter lærte EVA’s interne neurale netværk at parre muskelbevægelser med videooptagelserne, hvilket gav det en fornemmelse af, hvordan dens eget ansigt fungerede. Et andet netværk blev herefter brugt til at matche sin egen selvimage med et menneskeansigt, og efter flere justeringer kunne EVA læse menneskeansigtsudtryk fra en kamera og derefter svare ved at efterligne det samme ansigtsudtryk.

Disse typer robotter kan bruges på steder som hospitaler, skoler og hjem.

“Der er en grænse for, hvor meget vi mennesker kan engagere os emotionelt med cloud-baserede chatbotter eller afkrogede smart-home-højttalere,” sagde Lipson. “Vores hjerner synes at reagere godt på robotter, der har en form for genkendeligt fysisk tilstedeværelse.”

“Robotter er indviklet i vores liv på en stigende måde, så det er vigtigt at bygge tillid mellem mennesker og maskiner,” tilføjede Chen.