연구자들, 인간의 표정 모사하는 자율 로봇 개발

컬럼비아 엔지니어링의 크리에이티브 머신즈 랩(Creative Machines Lab) 연구자들은 근처에 있는 인간의 표정을 따라하는 소프트하고 표현력이 풍부한 얼굴을 가진 새로운 자율 로봇 EVA를 개발했습니다.

새로운 연구는 5월 30일 ICRA 컨퍼런스에서 발표될 예정입니다. 로봇의 청사진은 Hardware-X에서 오픈소스로 제공됩니다.

호드 리프슨(Hod Lipson)은 제임스와 샐리 스카파 교수(기계공학)이며 크리에이티브 머신즈 랩의 감독입니다.

“EVA의 아이디어는 몇 년 전 나의 학생들과 내가 우리 연구실의 로봇들이 플라스틱 눈으로 우리를 응시하고 있다는 것을 알아차렸을 때 형성되었습니다”라고 리프슨은 말했다.

로봇을 인간화하는 것

리프슨에 따르면, 그는 슈퍼마켓에서도 유사한 경향을 관찰했는데, 이름표와 같은 것들로 로봇을 인간화하는 재고 보충 로봇을 보았습니다.

“사람들은 로봇에게 눈을 주거나, 정체성을 주거나, 이름을 주는 것과 같은 방식으로 로봇 동료를 인간화하고 있는 것처럼 보였다”라고 그는 말했다. “이것은 우리에게,眼睛과 의복이 효과가 있다면, 왜 인간의 얼굴을 가진 로봇을 만들지 못하는지疑問을 제기했습니다.”

로봇공학자들은 이미 오래전부터 로봇의 얼굴을 인간의 것과 비슷하게 만들려고 노력해왔지만, 이것은 쉽지 않은 작업입니다. 전통적으로 로봇의 신체 부품은 금속이나 경질 플라스틱으로 구성되어 있으며, 인간의 조직과 같은 방식으로 움직일 수 없습니다. 또한 로봇 하드웨어는 많은 회로, 센서 및 전력 집중형 모터로 인해 작업하기가 어려웠습니다.

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

EVA 구축

이 프로젝트는 리프슨의 연구실에서 몇 년 전에 시작되었습니다. 학부생 잔와르 파라지(Zanwar Faraj)가 학생 팀을 이끌어 로봇의 물리적 “기계”를 구축했습니다. EVA는 처음에 분리된 상반신으로 구축되었으며, 현재 로봇은 분노, 불쾌, 두려움, 기쁨, 슬픔, 놀람의 6가지 기본적인 감정을 표현할 수 있습니다. EVA는 또한 인공 “근육”을 사용하여 더 많은 감정을 표현할 수 있습니다. 이러한 인공 근육은 케이블과 모터의 형태로, 로봇의 얼굴에 특정한 점을 당겨서 인간의 얼굴에 부착된 42개의 작은 근육의 움직임을 모방할 수 있습니다.

“EVA를 만들기 위한 가장 큰 도전은 인간의 두개골 안에 들어갈 수 있을 정도로 комп팩트하면서도 다양한 표정들을 생성할 수 있는 시스템을 설계하는 것이었다”라고 파라지는 말했다.

이를 해결하기 위해 연구자들은 3D 프린팅을 사용하여 복잡한 모양의 부품을 만들었으며, 이러한 부품은 EVA의 두개골에 통합될 수 있었습니다.

“어느 날, 나는 내 일을 하고 있었는데 EVA가突然 큰 미소를 지었는데, 나는 순전히 기계적인 것이었지만, 나는 자동적으로 미소를 지으며 되돌려주었다”라고 리프슨은 말했다.

AI 프로그래밍

그런 다음 팀은 EVA의 얼굴 움직임을 가능하게 하는 AI를 프로그래밍하기 위해 앞으로 나아갔습니다. 로봇은 근처에 있는 인간의 표정을 “읽고” 모방하기 위해 딥 러닝 AI를 사용하며, EVA는 자기가 보는 비디오를 통해 학습합니다.

리프슨의 박사 과정 학생인 보위안 천(Boyuan Chen)은 소프트웨어 단계를 이끌었으며, EVA의 얼굴 움직임은 사전 정의된 규칙으로 제어하기에는 너무 복잡하여 여러 개의 딥 러닝 신경망을 사용하여 EVA의 뇌를 만들었다고 말했다.

로봇의 뇌는 먼저 자신의 복잡한 기계적 근육 시스템을 사용하여 표정을 생성하는 방법을 배우고, 그 다음에 인간의 얼굴을 “읽는” 방법을 배워야 했습니다.

팀은 EVA가 무작위로 표정을 짓는 것을 몇 시간 동안 녹화했으며, 그 다음 EVA의 내부 신경망은 근육의 움직임과 비디오 영상을 연결하는 방법을 배웠습니다. 즉, 로봇은 자신의 얼굴이 어떻게 작동하는지 감각을 가지고 있었습니다. 두 번째 네트워크는 로봇의 자아 이미지와 인간의 얼굴을 일치시키는 데 사용되었으며, 몇 가지 조정이 있은 후, EVA는 카메라에서 인간의 얼굴 제스처를 읽고 같은 표정을 나타내는 것으로 응답할 수 있었습니다.

이러한 종류의 로봇은 병원, 학교, 집과 같은 곳에서 사용될 수 있습니다.

“클라우드 기반의 챗봇이나 무인 스마트 홈 스피커와 같은 것들에 대해 인간이 감정적으로 얼마나 참여할 수 있는지에는 한계가 있습니다”라고 리프슨은 말했다. “우리的大脑는 어떤 식으로든 물리적인 존재를 가진 로봇에 잘 반응하는 것 같습니다.”

“로봇은 우리의 삶에 점점 더 많은 방식으로 얽혀 있습니다. 따라서 인간과 기계 사이에 신뢰를 구축하는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다” 천은補充했다.