研究者が人間の表情を模倣する自律ロボットを開発

コロンビア工学大学のクリエイティブマシンズラボの研究者は、近くの人間の表情と一致する柔らかく表現豊かな顔を持つ新しい自律ロボットEVAを開発しました。

新しい研究は、5月30日にICRAカンファレンスで発表される予定です。ロボットの設計図は、Hardware-Xでオープンソースとして公開されています。

ホド・リプソンは、ジェームズとサリー・スカパ教授（機械工学）であり、クリエイティブマシンズラボのディレクターです。

「EVAのアイデアは、数年前に私の学生たちと私がラボのロボットが私たちにプラスチックの目で見つめ返していることに気づいたときに生まれました」とリプソンは述べました。

ロボットを人間化する

リプソンによると、彼はスーパーマーケットでも同様の傾向に気づき、名前札などの人間化されたロボットを見てきました。

「人々は、ロボットに目、アイデンティティ、または名前を与えることで、ロボットを人間化していました」とリプソンは述べました。「これにより、私たちは、目や服が機能するのであれば、超表現的な人間の顔を持つロボットを作ることができるのではないかと考えるようになりました。」

ロボット工学者は、すでにかなりの時間を、人間の顔に匹敵するロボットの顔の作成に費やしてきました。しかし、このタスクは容易ではありません。伝統的なロボットの身体部位は、金属や硬いプラスチックで構成されており、人間の組織と同じように動くことはできません。ロボットのハードウェアも、回路、センサー、電力-intensiveモーターなどの多数の部品を扱うことが難しいため、扱いにくいことが多かったです。

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

EVAの構築

プロジェクトは、リプソンのラボで数年前に始まり、大学生のザンワー・ファラジがロボットの物理的な「機械」を構築するチームを率いました。EVAは最初、無人飛行機の胴体として構築され、現在では6つの基本的な感情である怒り、嫌悪、恐怖、喜び、悲しみ、驚きを表現できます。EVAは、ケーブルとモーターによる人工的な「筋肉」に頼ることで、他のニュアンス豊かな感情も表現できます。これらの人工的な筋肉は、EVAの顔の特定の点に引っ張り、人間の顔の皮膚と骨に付随する42個以上の小さな筋肉の動きを模倣できます。

「EVAを作成する際の最大の課題は、人間の頭蓋骨の中に収まるのに十分にコンパクトなシステムを設計することでしたが、同時に幅広い顔の表情を生み出すことができる機能性も必要でした」とファラジは述べました。

これに対処するために、研究者は、EVAの頭蓋骨に統合できる複雑な形状の部品を作成するために3Dプリンティングを使用しました。

「ある日、EVAが私に大きな、友好的な笑顔を向けてくれたとき、私は気づいたのです。完全に機械的なものだったにもかかわらず、私は反射的に笑い返してしまったのです」とリプソンは述べました。

AIのプログラミング

チームは次に、EVAの顔の動きを可能にするAIをプログラミングすることに進みました。ロボットは、深層学習AIを使用して近くの人間の表情を「読み取り」、模倣します。EVAは、自分自身のビデオを観察することで学習し、試行錯誤のプロセスを経て学習します。

リプソンの博士課程の学生であるボーユァン・チェンによると、EVAの顔の動きは、事前に定義されたルールによって制御するには複雑すぎたため、複数の深層学習ニューラルネットワークを使用してEVAの「脳」を作成する必要がありました。

ロボットの脳は、まず複雑な機械的な筋肉システムを使用して顔の表情を生成する方法を学ぶ必要がありました。次に、人間の顔の表情を「読み取り」、模倣する方法を学ぶ必要がありました。

チームは、EVAがランダムな顔の表情を作るのを数時間撮影し、EVAの内部ニューラルネットワークは、筋肉の動きとビデオ映像をペアにすることで、自身の顔の動きを理解することができました。2番目のネットワークは、自身の自画像を人間の顔と一致させるために使用され、数回の調整の後、EVAはカメラから人間の顔のジェスチャーを読み取り、同じ顔の表情を模倣することができました。

このようなロボットは、病院、学校、家庭などで使用できます。

「クラウドベースのチャットボットや無人スマートスピーカーには、人間が感情的に関与することが限界があります。私たちの脳は、ある種の物理的な存在を持つロボットに反応しやすいようです」とリプソンは述べました。

「ロボットは、私たちの生活の中で増え続ける数多くの方法で関与しています。したがって、人間と機械の間で信頼を築くことは、ますます重要になっています」とチェンは追加しました。