Investigadores crean un robot autónomo que imita expresiones humanas

Los investigadores del Laboratorio de Máquinas Creativas de la Universidad de Columbia han desarrollado un nuevo robot autónomo llamado EVA, que tiene una cara suave y expresiva que coincide con las expresiones de los humanos cercanos.

La nueva investigación se presentará el 30 de mayo en la conferencia ICRA. Los planos del robot están disponibles de forma open-source en Hardware-X.

Hod Lipson es profesor de Innovación (Ingeniería Mecánica) y director del Laboratorio de Máquinas Creativas.

“La idea de EVA se gestó hace unos años, cuando mis estudiantes y yo comenzamos a notar que los robots de nuestro laboratorio nos miraban con ojos de plástico y googly”, dijo Lipson.

Humanizando a los robots

Según Lipson, notó una tendencia similar en las tiendas de comestibles, donde observó robots de reabastecimiento que se humanizaban con cosas como tarjetas de identificación.

“La gente parecía humanizar a sus colegas robots dándoles ojos, una identidad o un nombre”, dijo. “Esto nos hizo preguntarnos, si los ojos y la ropa funcionan, ¿por qué no hacer un robot que tenga una cara superexpresiva y receptiva?”

Los robóticos han estado trabajando para crear caras robóticas convincentes durante mucho tiempo, pero la tarea no es fácil. Las partes del cuerpo robótico tradicionalmente han consistido en metal o plástico duro, que son demasiado rígidos para moverse de la misma manera que el tejido humano. El hardware robótico también ha sido difícil de trabajar debido a la cantidad de circuitos, sensores y motores pesados y de alta potencia.

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Construyendo a EVA

El proyecto comenzó hace varios años en el laboratorio de Lipson cuando el estudiante de pregrado Zanwar Faraj lideró un equipo de estudiantes para construir la “maquinaria” física del robot. EVA se construyó inicialmente como un busto desencarnado y ahora el robot puede expresar seis emociones básicas de ira, asco, miedo, alegría, tristeza y sorpresa. EVA también puede expresar otras emociones matizadas confiando en “músculos” artificiales, que son cables y motores. Estos músculos artificiales tiran de puntos específicos en la cara de EVA, lo que permite al robot imitar los movimientos de más de 42 músculos pequeños que están unidos a la piel y los huesos de las caras humanas.

“El mayor desafío al crear a EVA fue diseñar un sistema que fuera lo suficientemente compacto como para caber dentro de los confines de un cráneo humano y, al mismo tiempo, fuera lo suficientemente funcional como para producir una amplia gama de expresiones faciales”, dijo Faraj.

Para abordar esto, los investigadores utilizaron la impresión 3D para crear piezas con formas complejas, que se pudieron integrar con el cráneo de EVA.

“Estaba ocupado con mis cosas cuando EVA me dio una gran sonrisa amistosa”, dijo Lipson. “Sabía que era puramente mecánico, pero me encontré sonriendo de vuelta de manera refleja.”

Programando la IA

El equipo avanzó para programar la IA que permitió los movimientos faciales de EVA. El robot confía en la IA de aprendizaje profundo para “leer” y luego imitar las expresiones de los humanos cercanos, y EVA aprende por prueba y error al ver videos de sí mismo.

Según Boyuan Chen, estudiante de doctorado de Lipson que lideró la fase de software, los movimientos faciales de EVA eran demasiado complejos para ser gobernados por reglas predefinidas, por lo que se utilizaron varias redes neuronales de aprendizaje profundo para crear el “cerebro” de EVA.

El cerebro del robot necesitaba aprender a usar su sistema complejo de músculos mecánicos para generar expresiones faciales, y luego debía aprender a “leer” las caras de los humanos para imitarlas.

El equipo filmó a EVA haciendo caras aleatorias durante horas, y luego la red neuronal interna de EVA aprendió a emparejar el movimiento muscular con la filmación de video, lo que significaba que tenía una idea de cómo funcionaba su propia cara. Una segunda red se utilizó para emparejar su propia imagen con la de una cara humana, y después de varios ajustes, EVA pudo leer gestos faciales humanos de una cámara y responder imitando la misma expresión facial.

Este tipo de robots podría usarse en lugares como hospitales, escuelas y hogares.

“Hay un límite en cuanto a cuánto podemos comprometernos emocionalmente con chatbots basados en la nube o altavoces inteligentes para el hogar desencarnados”, dijo Lipson. “Nuestros cerebros parecen responder bien a los robots que tienen algún tipo de presencia física reconocible.”

“Los robots están cada vez más interconectados en nuestras vidas de muchas maneras, por lo que construir la confianza entre humanos y máquinas es cada vez más importante”, agregó Chen.