Tutkijat luovat autonomisen robotin, joka jäljittelee ihmisen ilmeitä

Columbia Engineeringin Creative Machines Lab -tutkimuslaboratorion tutkijat ovat kehittäneet uuden autonomisen robotin nimeltä EVA, jolla on pehmeä ja ilmeikäs kasvo, joka vastaa lähellä olevien ihmisten ilmeitä.

Uusi tutkimus esitellään 30. toukokuuta ICRA-konferenssissa. Robotin piirustukset ovat vapaasti käytettävissä Hardware-X-palvelussa.

Hod Lipson on James ja Sally Scapa -säätiön innovaatioprofessori (mekaniikka) ja Creative Machines Lab -tutkimuslaboratorion johtaja.

“EVA-idean kehittäminen alkoi muutama vuosi sitten, kun opiskelijani ja minä huomasimme, että laboratorion robotit tuijottivat meitä muovisilla, silmämäisillä silmillä”, Lipson sanoi.

Robottien inhimillistäminen

Lipsonin mukaan hän huomasi samanlaisen ilmiön myös marketeissa, joissa hän havaitsi varastoa täydentäviä roboteja, joille oli annettu ihmismäisiä piirteitä, kuten nimikyltit.

“Ihmiset näyttivät antavan roboteilleen silmät, identiteetin tai nimen”, hän sanoi. “Tämä sai meidät pohtimaan, jos silmät ja vaatteet toimivat, miksi emme voisi luoda robottia, jolla on erittäin ilmeikäs ja reagoiva kasvo?”

Robottien kehittäjät ovat työskennelleet vakuuttavien robottinaamojen luomiseksi jo pitkään, mutta tehtävä ei ole helppo. Perinteisesti robottien kehon osat ovat olleet metallia tai kovaa muovia, jotka ovat liian jähmeitä liikkumaan samalla tavalla kuin ihmisen kudokset. Robottien laitteistot ovat myös usein olleet haasteellisia työskenneltäväksi johtuen piireistä, antureista, voimakkaiden moottorien ja raskaiden akkujen määrästä.

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

EVA:n rakentaminen

Projekti alkoi useita vuosia sitten Lipsonin laboratoriossa, kun opiskelija Zanwar Faraj johti ryhmää, joka rakensi robotin fyysisen “koneiston”. EVA rakennettiin aluksi irtopäätä, ja nyt robotti voi ilmentää kuusi perusemotionia: vihaa, inhoa, pelkoa, iloa, surua ja yllätystä. EVA voi myös ilmentää muita hienovaraisia tunteita luottamalla “lihasten” muodossa oleviin kaapeleihin ja moottoreihin. Nämä “lihakset” vetävät tiettyjä pisteitä EVA:n kasvoilla, mikä mahdollistaa robotin jäljitellä yli 42 pientä lihasta, jotka ovat kiinni ihon ja luiden pinnalla.

“Suurin haaste EVA:n luomisessa oli suunnitella järjestelmä, joka oli tarpeeksi kompakti mahtumaan ihmisen kalloon ja samalla toimiva tuottamaan laajan valikoiman kasvoilmeitä”, Faraj sanoi.

Ratkaistaakseen tämän ongelman tutkijat käyttivät 3D-tulostusta luodakseen osia, joilla on monimutkaiset muodot, ja nämä osat voitiin integroida EVA:n kalloon.

“Olin tekemässä omia töitäni, kun EVA yhtäkkiä antoi minulle suuren, ystävällisen hymyn”, Lipson sanoi. “Tiesin, että se oli pelkästään mekaanista, mutta löysin itseni vastavuoroisesti hymyilemästä takaisin.”

Tekoälyohjelmointi

Tutkijaryhmä siirtyi sitten ohjelmoimaan tekoälyä, joka mahdollisti EVA:n kasvojen liikkeet. Robotti käyttää syvää oppimista “lukemaan” ja jäljittelemään lähellä olevien ihmisten ilmeitä, ja EVA oppii kokeilemalla ja virheiden kautta katsomalla videoita itsestään.

Lipsonin väitöskirjatyöntekijä Boyuan Chen, joka johti ohjelmistovaihetta, sanoi, että EVA:n kasvojen liikkeet olivat liian monimutkaisia hallittaviksi ennalta määrättyjen sääntöjen avulla, joten useita syvän oppimisen neuroverkkoja käytettiin EVA:n aivojen luomiseen.

Robotin aivojen oli ensin opittava käyttämään monimutkaista järjestelmäänsä mekaanisia lihaksia kasvojen ilmeiden luomiseksi, ja sitten se oli opittava “lukemaan” ihmisten kasvoja jäljittelemään niitä.

Tutkijat kuvasivat EVA:n tekemässä satunnaisia kasvoja useita tunteja, ja sitten EVA:n sisäinen neuroverkko oppi parittamaan lihasliikkeen videokuvamateriaaliin, mikä tarkoitti, että se tiesi, miten sen oma kasvo toimi. Toisella verkolla sen omakuva paritettiin ihmisen kasvojen kanssa, ja useiden säätöjen jälkeen EVA pystyi lukemaan ihmisten kasvojen eleitä kameran avulla ja vastaamaan jäljittelemällä samaa ilmettä.

Nämä robotit voivat olla käytössä sairaaloissa, koulussa ja kodeissa.

“On rajoitus sille, kuinka paljon ihmiset voivat emotionaalisesti sitoutua pilvipohjaisiin chatbottiin tai irrotettuihin älykkäisiin puhesyntetisaattoreihin”, Lipson sanoi. “Aivomme näyttävät reagoivan hyvin roboteihin, joilla on jokin tunnistettava fyysinen läsnäolo.”

“Robotit ovat yhä enemmän osa elämäämme, joten luottamuksen rakentaminen ihmisten ja koneiden välille on yhä tärkeämpää”, Chen lisäsi.