Pesquisadores Criam Robô Autônomo que Imita Expressões Humanas

Pesquisadores do Laboratório de Máquinas Criativas da Columbia Engineering desenvolveram um novo robô autônomo chamado EVA, que tem um rosto suave e expressivo que combina com as expressões de humanos próximos.

A nova pesquisa será apresentada em 30 de maio na conferência ICRA. Os planos do robô estão disponíveis em Hardware-X.

Hod Lipson é professor de Inovação (Engenharia Mecânica) e diretor do Laboratório de Máquinas Criativas.

“A ideia para EVA surgiu há alguns anos, quando meus alunos e eu começamos a notar que os robôs em nosso laboratório nos olhavam com olhos de plástico e redondos,” disse Lipson.

Humanizando Robôs

De acordo com Lipson, ele notou uma tendência semelhante em lojas de supermercado, onde observou robôs de reposição que foram humanizados com coisas como crachás de identificação.

“As pessoas pareciam estar humanizando seus colegas robôs dando-lhes olhos, uma identidade ou um nome,” ele disse. “Isso nos fez questionar, se olhos e roupas funcionam, por que não criar um robô que tenha um rosto super-expressivo e responsivo?”

Roboticistas vêm trabalhando para criar faces robóticas convincentes por um longo tempo, mas a tarefa não é fácil. Partes do corpo robótico tradicionalmente consistem em metal ou plástico rígido, que são muito rígidos para se mover da mesma forma que o tecido humano. O hardware robótico também costuma ser difícil de trabalhar devido à quantidade de circuitos, sensores e motores pesados e intensivos em energia.

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Construindo EVA

O projeto começou há vários anos no laboratório de Lipson, quando o estudante de graduação Zanwar Faraj liderou uma equipe de estudantes para construir a “maquinaria” física do robô. EVA foi inicialmente construída como um busto sem corpo e agora o robô pode expressar seis emoções básicas de raiva, desgosto, medo, alegria, tristeza e surpresa. EVA também pode expressar outras emoções nuances confiando em “músculos” artificiais, que são na forma de cabos e motores. Esses músculos artificiais puxam em pontos específicos no rosto de EVA, o que permite que o robô imite os movimentos de mais de 42 músculos pequenos que estão ligados à pele e aos ossos do rosto humano.

“O maior desafio em criar EVA foi projetar um sistema que fosse compacto o suficiente para caber dentro dos limites de um crânio humano, enquanto ainda fosse funcional o suficiente para produzir uma ampla gama de expressões faciais,” disse Faraj.

Para resolver isso, os pesquisadores usaram impressão 3D para criar peças com formas complexas, que puderam ser integradas ao crânio de EVA.

“Eu estava ocupado com meus próprios assuntos um dia quando EVA me deu um grande sorriso amigável,” disse Lipson. “Eu sabia que era puramente mecânico, mas encontrei-me sorrindo de volta.”

Programando a IA

A equipe então prosseguiu para programar a IA que permitia os movimentos faciais de EVA. O robô confia em aprendizado profundo de IA para “ler” e então imitar as expressões de humanos próximos, e EVA aprende por tentativa e erro ao assistir vídeos de si mesmo.

De acordo com Boyuan Chen, estudante de doutorado de Lipson que liderou a fase de software, os movimentos faciais de EVA eram muito complexos para serem governados por regras pré-definidas, então várias redes neurais de aprendizado profundo foram usadas para criar o “cérebro” de EVA.

O cérebro do robô precisava primeiro aprender a usar seu sistema complexo de músculos mecânicos para gerar expressões faciais, e então precisava aprender a “ler” os rostos de humanos para então imitar.

A equipe filmou EVA fazendo faces aleatórias por horas, e então a rede neural interna de EVA aprendeu a combinar o movimento muscular com as imagens de vídeo, significando que ele tinha uma noção de como seu próprio rosto operava. Uma segunda rede foi então usada para combinar sua própria imagem com a de um rosto humano, e após várias ajustes, EVA foi capaz de ler gestos faciais humanos de uma câmera e então responder imitando a mesma expressão facial.

Esse tipo de robô pode ser usado em lugares como hospitais, escolas e casas.

“Há um limite para quanto podemos nos envolver emocionalmente com chatbots baseados em nuvem ou alto-falantes inteligentes de casa desencarnados,” disse Lipson. “Nossos cérebros parecem responder bem a robôs que têm algum tipo de presença física reconhecível.”

“Robôs estão cada vez mais interligados em nossas vidas de várias maneiras, então construir confiança entre humanos e máquinas é cada vez mais importante,” acrescentou Chen.