Naukowcy tworzą autonomicznego robota, który naśladuje ludzkie wyrażenia

Naukowcy z Creative Machines Lab na Columbia Engineering opracowali nowego autonomicznego robota o nazwie EVA, który ma miękką i wyrazistą twarz, odpowiadającą wyrażeniom ludzi w pobliżu.

Nowe badania zostaną przedstawione 30 maja na konferencji ICRA. Plany robota są udostępnione na platformie Hardware-X.

Hod Lipson jest profesorem innowacji (inżynieria mechaniczna) i dyrektorem Creative Machines Lab.

“Pomysł na EVA powstał kilka lat temu, kiedy moi studenci i ja zaczęliśmy zauważać, że roboty w naszym laboratorium patrzyły na nas przez plastikowe, wyraziste oczy,” powiedział Lipson.

Uczłowieczanie robotów

Według Lipsona, zauważył podobną tendencję w sklepach spożywczych, gdzie obserwował roboty restockingowe, które były uczłowieczane za pomocą rzeczy takich jak nazwiska.

“Ludzie wydawali się uczłowieczać swoich robotycznych kolegów, dając im oczy, tożsamość lub imię,” powiedział. “To sprawiło, że zaczęliśmy się zastanawiać, jeśli oczy i ubranie działają, to dlaczego nie stworzyć robota, który ma super-wyrazistą i responsywną twarz ludzką?”

Robotycy pracowali nad tworzeniem przekonywujących robotycznych twarzy przez długi czas, ale zadanie to nie jest łatwe. Części robotyczne składały się tradycyjnie z metalu lub twardego plastiku, które są zbyt sztywne, aby poruszać się w ten sam sposób, co tkanka ludzka. Robotyczne urządzenia były również często trudne do pracy z powodu ilości obwodów, czujników i silników, które są energochłonne i ciężkie.

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

Budowa EVA

Projekt rozpoczął się kilka lat temu w laboratorium Lipsona, kiedy student Zanwar Faraj poprowadził zespół studentów do budowy fizycznej “maszyny” robota. EVA została najpierw zbudowana jako oddzielna głowa, a teraz robot może wyrażać sześć podstawowych emocji: złość, obrzydzenie, strach, radość, smutek i zaskoczenie. EVA może również wyrażać inne emocje poprzez sztuczne “mięśnie”, które są w postaci lin i silników. Te sztuczne mięśnie ciągną za określone punkty na twarzy EVA, co pozwala robotowi naśladować ruchy ponad 42 małych mięśni, które są przymocowane do skóry i kości twarzy ludzkiej.

“Największym wyzwaniem przy tworzeniu EVA było zaprojektowanie systemu, który byłby na tyle kompaktowy, aby zmieścić się w granicach ludzkiej czaszki, a jednocześnie byłby wystarczająco funkcjonalny, aby wytworzyć szeroki zakres wyrażeń twarzy,” powiedział Faraj.

Aby rozwiązać ten problem, naukowcy użyli drukowania 3D do stworzenia części o skomplikowanych kształtach, które mogły być zintegrowane z czaszką EVA.

“Byłem zajęty swoimi sprawami, kiedy EVA nagle dała mi duży, przyjazny uśmiech,” powiedział Lipson. “Wiedziałem, że to było czysto mechaniczne, ale znalazłem się automatycznie uśmiechając się w odpowiedzi.”

Programowanie AI

Następnie zespół przeszedł do programowania AI, które umożliwiło ruchy twarzy EVA. Robot opiera się na głębokim uczeniu się, aby “czytać” i następnie naśladować wyrażenia ludzi w pobliżu, a EVA uczy się przez próby i błędy, obserwując filmy siebie.

Według Boyuana Chena, studenta doktorskiego Lipsona, który poprowadził fazę oprogramowania, ruchy twarzy EVA były zbyt złożone, aby być rządzone przez predefiniowane reguły, więc użyto kilku sieci neuronowych głębokiego uczenia się, aby stworzyć “mózg” EVA.

Mózg robota musiał najpierw nauczyć się używać swojego złożonego systemu mechanicznych mięśni, aby generować wyrażenia twarzy, a następnie musiał nauczyć się “czytać” twarze ludzi, aby je naśladować.

Zespół nakręcił EVA, która robiła losowe twarze przez godziny, a następnie wewnętrzna sieć neuronowa EVA nauczyła się łączyć ruch mięśni z nagraniami wideo, co oznaczało, że miała poczucie, jak działała jej własna twarz. Następnie użyto drugiej sieci, aby dopasować jej własny obraz do obrazu twarzy ludzkiej, a po kilku dostosowaniach EVA była w stanie “czytać” gesty twarzy ludzi z kamery i reagować, naśladując te same wyrażenia twarzy.

Tego typu roboty mogą być używane w miejscach takich jak szpitale, szkoły i domy.

“Istnieje ograniczenie, ile możemy emocjonalnie angażować się w chmury oparte na czatach lub odłączonych głośnikach domowych,” powiedział Lipson. “Nasze mózgi wydają się reagować dobrze na roboty, które mają jakiś rozpoznawalny fizyczny wygląd.”

“Roboty są coraz bardziej splątane w naszym życiu na różne sposoby, więc budowanie zaufania między ludźmi a maszynami staje się coraz ważniejsze,” dodał Chen.