Peneliti Membuat Robot Otonom Yang Meniru Ekspresi Manusia

Para peneliti di Creative Machines Lab di Columbia Engineering telah mengembangkan robot otonom baru bernama EVA, yang memiliki wajah lembut dan ekspresif yang cocok dengan ekspresi manusia di sekitarnya. 

Baru penelitian akan dipresentasikan pada 30 Mei di konferensi ICRA. Cetak biru untuk robot bersumber terbuka di Hardware-X.

Hod Lipson adalah Profesor Inovasi James dan Sally Scapa (Teknik Mesin) dan direktur Creative Machines Lab.

“Ide untuk EVA terbentuk beberapa tahun yang lalu, ketika murid-murid saya dan saya mulai memperhatikan bahwa robot di lab kami balas menatap kami melalui mata plastik dan googly,” kata Lipson.

Memanusiakan Robot

Menurut Lipson, dia melihat tren serupa di toko bahan makanan, di mana dia mengamati robot penyetokan ulang yang dimanusiakan dengan hal-hal seperti lencana nama.

“Orang-orang sepertinya memanusiakan rekan robot mereka dengan memberi mereka mata, identitas, atau nama,” katanya. “Ini membuat kami bertanya-tanya, jika mata dan pakaian berfungsi, mengapa tidak membuat robot yang memiliki wajah manusia yang sangat ekspresif dan responsif?”

Robotika telah bekerja untuk menciptakan wajah robot yang meyakinkan untuk waktu yang cukup lama, tetapi tugasnya tidak mudah. Bagian tubuh robot secara tradisional terdiri dari logam atau plastik keras, yang terlalu kaku untuk bergerak dengan cara yang sama seperti jaringan manusia. Perangkat keras robot juga seringkali sulit untuk dikerjakan mengingat jumlah sirkuit, sensor, dan motor yang intensif daya dan berat. 

Membangun EVA

Proyek ini dimulai beberapa tahun yang lalu di lab Lipson ketika mahasiswa sarjana Zanwar Faraj memimpin tim siswa untuk membangun "mesin" fisik robot. EVA pertama kali dibangun sebagai patung tanpa tubuh, dan sekarang robot dapat mengekspresikan enam emosi dasar kemarahan, jijik, takut, gembira, sedih, dan terkejut. EVA juga bisa mengekspresikan emosi bernuansa lain dengan mengandalkan “otot” buatan, berupa kabel dan motor. Otot buatan ini menarik titik-titik tertentu pada wajah EVA, yang memungkinkan robot meniru gerakan lebih dari 42 otot kecil yang melekat pada kulit dan tulang wajah manusia.

“Tantangan terbesar dalam menciptakan EVA adalah merancang sebuah sistem yang cukup ringkas untuk masuk ke dalam tengkorak manusia sementara masih cukup fungsional untuk menghasilkan berbagai macam ekspresi wajah,” kata Faraj.

Untuk mengatasi hal ini, para peneliti menggunakan pencetakan 3D untuk membuat bagian-bagian dengan bentuk yang rumit, dan ini dapat diintegrasikan dengan tengkorak EVA. 

“Suatu hari saya sedang mengurus bisnis saya sendiri ketika EVA tiba-tiba memberi saya senyum lebar dan ramah,” kata Lipson. "Saya tahu itu murni mekanis, tetapi saya menemukan diri saya secara refleks tersenyum kembali."

Memprogram AI 

Tim kemudian bergerak maju untuk memprogram AI yang mengaktifkan gerakan wajah EVA. Robot mengandalkan AI pembelajaran mendalam untuk "membaca" dan kemudian meniru ekspresi manusia di dekatnya, dan EVA belajar dengan coba-coba saat menonton videonya sendiri. 

Menurut Boyuan Chen, mahasiswa PhD Lipson yang memimpin fase perangkat lunak, gerakan wajah EVA terlalu rumit untuk diatur oleh aturan yang telah ditentukan sebelumnya, sehingga beberapa jaringan saraf pembelajaran mendalam digunakan untuk membuat otak EVA. 

Otak robot pertama-tama harus belajar menggunakan sistem otot mekanisnya yang kompleks untuk menghasilkan ekspresi wajah, dan kemudian harus belajar cara "membaca" wajah manusia untuk kemudian menirunya. 

Tim memfilmkan EVA membuat wajah acak selama berjam-jam, dan kemudian jaringan saraf internal EVA belajar untuk memasangkan gerakan otot dengan rekaman video, yang berarti ia merasakan bagaimana wajahnya sendiri beroperasi. Jaringan kedua kemudian digunakan untuk mencocokkan citra dirinya sendiri dengan wajah manusia, dan setelah beberapa penyesuaian, EVA dapat membaca gerakan wajah manusia dari kamera dan kemudian merespons dengan meniru ekspresi wajah yang sama. 

Jenis robot ini dapat digunakan di tempat-tempat seperti rumah sakit, sekolah, dan rumah. 

“Ada batasan seberapa banyak kita sebagai manusia dapat terlibat secara emosional dengan chatbot berbasis cloud atau speaker rumah pintar tanpa tubuh,” kata Lipson. "Otak kita tampaknya merespons robot dengan baik yang memiliki semacam kehadiran fisik yang dapat dikenali."

“Robot saling terkait dalam hidup kita dalam berbagai cara, sehingga membangun kepercayaan antara manusia dan mesin menjadi semakin penting,” tambah Chen.