Les chercheurs créent un robot autonome qui imite les expressions humaines

Les chercheurs du Creative Machines Lab de l’Université Columbia ont développé un nouveau robot autonome appelé EVA, qui a un visage doux et expressif qui correspond aux expressions des humains à proximité.

La nouvelle recherche sera présentée le 30 mai à la conférence ICRA. Les plans du robot sont open-sourcés sur Hardware-X.

Hod Lipson est professeur James et Sally Scapa d’innovation (génie mécanique) et directeur du Creative Machines Lab.

“L’idée d’EVA a pris forme il y a quelques années, lorsque mes étudiants et moi avons commencé à remarquer que les robots de notre laboratoire nous regardaient avec des yeux en plastique et des yeux de google,” a déclaré Lipson.

Humaniser les robots

Selon Lipson, il a remarqué une tendance similaire dans les supermarchés, où il a observé des robots de réapprovisionnement qui étaient humanisés avec des choses comme des badges de nom.

“Les gens semblaient humaniser leurs collègues robots en leur donnant des yeux, une identité ou un nom,” a-t-il déclaré. “Cela nous a fait nous demander, si les yeux et les vêtements fonctionnent, pourquoi ne pas créer un robot qui a un visage super-expressif et réactif ?”

Les roboticistes travaillent depuis longtemps pour créer des visages de robot convaincants, mais la tâche n’est pas facile. Les pièces du corps des robots ont traditionnellement consisté en métal ou en plastique rigide, qui sont trop rigides pour bouger de la même manière que les tissus humains. Le matériel robotique a également souvent été difficile à utiliser en raison de la quantité de circuits, de capteurs et de moteurs puissants et lourds.

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Construire EVA

Le projet a commencé il y a plusieurs années dans le laboratoire de Lipson, lorsque l’étudiant en licence Zanwar Faraj a dirigé une équipe d’étudiants pour construire la “machinerie” physique du robot. EVA a été construit à l’origine comme un buste sans corps, et maintenant le robot peut exprimer six émotions de base : la colère, le dégoût, la peur, la joie, la tristesse et la surprise. EVA peut également exprimer d’autres émotions nuancées en s’appuyant sur des “muscles” artificiels, qui sont sous forme de câbles et de moteurs. Ces muscles artificiels tirent sur des points spécifiques du visage d’EVA, ce qui permet au robot d’imiter les mouvements de plus de 42 petits muscles qui sont attachés à la peau et aux os du visage humain.

“Le plus grand défi pour créer EVA était de concevoir un système qui soit suffisamment compact pour tenir dans les limites d’un crâne humain tout en étant suffisamment fonctionnel pour produire une large gamme d’expressions faciales,” a déclaré Faraj.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont utilisé l’impression 3D pour créer des pièces avec des formes complexes, qui ont pu être intégrées dans le crâne d’EVA.

“Je me suis occupé de mes affaires un jour lorsque EVA m’a soudainement donné un grand sourire amical,” a déclaré Lipson. “Je savais que c’était purement mécanique, mais j’ai trouvé moi-même en train de sourire automatiquement en retour.”

Programmer l’IA

L’équipe a ensuite poursuivi pour programmer l’IA qui permet les mouvements faciaux d’EVA. Le robot repose sur l’apprentissage profond pour “lire” et imiter les expressions des humains à proximité, et EVA apprend par essais et erreurs en regardant des vidéos de lui-même.

Selon Boyuan Chen, l’étudiant en doctorat de Lipson qui a dirigé la phase logicielle, les mouvements faciaux d’EVA étaient trop complexes pour être régis par des règles prédéfinies, donc plusieurs réseaux neuronaux d’apprentissage profond ont été utilisés pour créer le “cerveau” d’EVA.

Le cerveau du robot devait d’abord apprendre à utiliser son système complexe de muscles mécaniques pour générer des expressions faciales, puis il devait apprendre à “lire” les visages des humains pour les imiter.

L’équipe a filmé EVA faisant des visages aléatoires pendant des heures, puis le réseau neuronal interne d’EVA a appris à associer le mouvement des muscles avec les images vidéo, ce qui signifie qu’il avait une idée de la façon dont son propre visage fonctionnait. Un deuxième réseau a ensuite été utilisé pour faire correspondre son image de soi avec celle d’un visage humain, et après plusieurs ajustements, EVA a pu lire les gestes faciaux humains à partir d’une caméra et répondre en imitant la même expression faciale.

Ce type de robots pourrait être utilisé dans des endroits comme les hôpitaux, les écoles et les foyers.

“Il y a une limite à laquelle nous, les humains, pouvons nous engager émotionnellement avec des chatbots basés sur le cloud ou des haut-parleurs intelligents sans corps,” a déclaré Lipson. “Nos cerveaux semblent répondre bien aux robots qui ont une présence physique reconnaissable.”

“Les robots sont de plus en plus intégrés dans notre vie de manière croissante, il est donc de plus en plus important de bâtir la confiance entre les humains et les machines,” a ajouté Chen.