Nieuwe golftechnologie maakt Android-emoties natuurlijker

Voor degenen die interactie hebben gehad met een androïde die er ongelooflijk menselijk uitziet, melden velen dat er iets 'niet klopt'. Dit fenomeen gaat verder dan alleen het uiterlijk – het is diepgeworteld in hoe robots emoties uiten en consistente emotionele toestanden behouden. Of met andere woorden, hun gebrek aan menselijke vermogens.

Hoewel moderne androïden individuele gezichtsuitdrukkingen meesterlijk kunnen nabootsen, ligt de uitdaging in het creëren van natuurlijke overgangen en het behouden van emotionele consistentie. Traditionele systemen vertrouwen zwaar op voorgeprogrammeerde uitdrukkingen, vergelijkbaar met het doorbladeren van pagina's in een boek in plaats van het natuurlijk overgaan van de ene emotie naar de andere. Deze rigide aanpak creëert vaak een kloof tussen wat we zien en wat we waarnemen als echte emotionele expressie.

De beperkingen worden vooral duidelijk tijdens langdurige interacties. Een androïde kan perfect glimlachen op het ene moment, maar moeite hebben om op natuurlijke wijze over te gaan naar de volgende uitdrukking, wat een schokkende ervaring creëert die ons eraan herinnert dat we interacteren met een machine in plaats van een wezen met echte emoties.

Een op golven gebaseerde oplossing

Dit is waar sommige nieuw en belangrijk onderzoek van de Universiteit van Osaka. Wetenschappers hebben een innovatieve aanpak ontwikkeld die de manier waarop androïden emoties uiten fundamenteel verandert. In plaats van gezichtsuitdrukkingen als geïsoleerde acties te beschouwen, beschouwt deze nieuwe technologie ze als onderling verbonden bewegingsgolven die op natuurlijke wijze over het gezicht van een androïde stromen.

Net zoals meerdere instrumenten samensmelten tot een symfonie, combineert dit systeem verschillende gezichtsbewegingen – van subtiele ademhalingspatronen tot oogknipperingen – tot een harmonieus geheel. Elke beweging wordt weergegeven als een golf die in realtime kan worden gemoduleerd en gecombineerd met andere.

Wat deze aanpak innovatief maakt, is de dynamische aard ervan. In plaats van te vertrouwen op vooraf opgenomen sequenties, genereert het systeem expressies organisch door deze verschillende bewegingsgolven te overlappen. Dit creëert een vloeiender en natuurlijker uiterlijk, waardoor de robotachtige overgangen die vaak de illusie van natuurlijke emotionele expressie verbreken, worden geëlimineerd.

De technische innovatie schuilt in wat de onderzoekers 'golfvormmodulatie' noemen. Hierdoor kan de interne toestand van de androïde direct invloed uitoefenen op hoe deze expressiegolven zich manifesteren, waardoor een authentiekere verbinding ontstaat tussen de geprogrammeerde emotionele toestand van de robot en zijn fysieke expressie.

Beeldcredits: Hisashi Ishihara

Emotionele intelligentie in realtime

Stel je voor dat je een robot probeert te laten uitdrukken dat hij slaperig wordt. Het gaat niet alleen om hangende oogleden, maar ook om het coördineren van meerdere subtiele bewegingen die mensen onbewust herkennen als tekenen van slaperigheid. Dit nieuwe systeem pakt deze complexe uitdaging aan door een ingenieuze benadering van bewegingscoördinatie.

Dynamische expressiemogelijkheden

De technologie orkestreert negen fundamentele typen gecoördineerde bewegingen die we doorgaans associëren met verschillende opwindingstoestanden: ademhalen, spontaan knipperen, snelle oogbewegingen, in slaap vallen, hoofdschudden, zuigreflex, pendelnystagmus (ritmische oogbewegingen), zijwaarts zwaaien van het hoofd en geeuwen.

Elk van deze bewegingen wordt aangestuurd door wat onderzoekers een "vervallende golf" noemen – een wiskundig patroon dat bepaalt hoe de beweging zich in de loop van de tijd ontwikkelt. Deze golven zijn niet willekeurig; ze worden zorgvuldig afgestemd met behulp van vijf belangrijke parameters:

• amplitude: bepaalt hoe uitgesproken de beweging is
• Dempingsverhouding: beïnvloedt hoe snel de beweging tot rust komt
• Golflengte: bepaalt de timing van de beweging
• Oscillatiecentrum: bepaalt de neutrale positie van de beweging
• Reactivatieperiode: bepaalt hoe vaak de beweging zich herhaalt

Interne staat reflectie

Wat dit systeem bijzonder maakt, is hoe het deze bewegingen koppelt aan de interne opwindingstoestand van de robot. Wanneer het systeem een ​​hoge opwindingstoestand (opwinding) aangeeft, worden bepaalde golfparameters automatisch aangepast – bijvoorbeeld worden ademhalingsbewegingen frequenter en uitgesprokener. In een lage opwindingstoestand (slaperigheid) zie je mogelijk langzamere, meer uitgesproken gaapbewegingen en af ​​en toe knikken met het hoofd.

Het systeem bereikt dit door wat de onderzoekers 'temporal management' en 'postural management' modules noemen. De temporale module controleert wanneer bewegingen plaatsvinden, terwijl de posturale module ervoor zorgt dat alle gezichtscomponenten op natuurlijke wijze samenwerken.

Hisashi Ishihara is de hoofdauteur van dit onderzoek en universitair hoofddocent aan de afdeling Werktuigbouwkunde van de Graduate School of Engineering van de Universiteit van Osaka.

"In plaats van oppervlakkige bewegingen te creëren", legt Ishihara uit, "zou verdere ontwikkeling van een systeem waarin interne emoties worden weerspiegeld in elk detail van de acties van een androïde kunnen leiden tot de creatie van androïden die worden gezien als wezens met een hart."

Slaperige stemming op een kind-androidrobot (Image Credit: Hisashi Ishihara)

Verbetering in overgangen

In tegenstelling tot traditionele systemen die schakelen tussen vooraf opgenomen gezichtsuitdrukkingen, creëert deze aanpak vloeiende overgangen door deze golfparameters continu aan te passen. De bewegingen worden gecoördineerd via een geavanceerd netwerk dat ervoor zorgt dat gezichtsbewegingen op een natuurlijke manier samenwerken – net zoals de gezichtsbewegingen van een mens onbewust worden gecoördineerd.

Het onderzoeksteam heeft dit aangetoond door middel van experimentele omstandigheden, waarbij werd aangetoond hoe het systeem effectief verschillende opwindingsniveaus kan overbrengen en tegelijkertijd natuurlijke gezichtsuitdrukkingen kan behouden.

Toekomstige implicaties

De ontwikkeling van dit op golven gebaseerde emotionele expressiesysteem opent fascinerende mogelijkheden voor mens-robot interactie, en zou kunnen worden gecombineerd met technologie zoals Belichaamde AI in de toekomst. Terwijl huidige androïden vaak een gevoel van ongemak creëren tijdens langdurige interacties, zou deze technologie kunnen helpen de uncanny valley te overbruggen – die ongemakkelijke ruimte waar robots bijna, maar niet helemaal, menselijk lijken.

De belangrijkste doorbraak is het creëren van oprechte emotionele aanwezigheid. Door vloeiende, context-passende expressies te genereren die passen bij interne toestanden, zouden androïden effectiever kunnen worden in rollen die emotionele intelligentie en menselijke connectie vereisen.

Koichi Osuka was de hoofdauteur en is hoogleraar aan de faculteit Werktuigbouwkunde van de Universiteit van Osaka.

Zoals Osuka uitlegt, zou deze technologie “de emotionele communicatie tussen mensen en robots enorm kunnen verrijken.” Denk aan zorgmedewerkers die gepaste bezorgdheid kunnen uiten, educatieve robots die enthousiasme tonen, of servicerobots die oprechte aandacht overbrengen.

Het onderzoek toont bijzonder veelbelovende resultaten bij het uiten van verschillende opwindingsniveaus – van energieke opwinding tot energieloze slaperigheid. Deze mogelijkheid kan cruciaal zijn in scenario's waarin robots het volgende moeten doen:

• Geef alertheidsniveaus weer tijdens langdurige interacties
• Geef in therapeutische settings de juiste energieniveaus weer
• Hun emotionele toestand afstemmen op de sociale context
• Zorg voor emotionele consistentie tijdens langere gesprekken

Doordat het systeem natuurlijke overgangen tussen toestanden kan genereren, is het bijzonder waardevol voor toepassingen waarbij langdurige interactie tussen mens en robot vereist is.

Door emotionele expressie te beschouwen als een vloeiend, golfgebaseerd fenomeen in plaats van een reeks voorgeprogrammeerde toestanden, opent de technologie vele nieuwe mogelijkheden voor het creëren van robots die op emotioneel betekenisvolle manieren met mensen kunnen communiceren. De volgende stappen van het onderzoeksteam zullen zich richten op het uitbreiden van het emotionele bereik van het systeem en het verder verfijnen van de mogelijkheid om subtiele emotionele toestanden over te brengen, wat van invloed zal zijn op hoe we in ons dagelijks leven over androïden denken en ermee omgaan.