Cercetătorii creează un robot autonom care imită expresiile umane

Cercetătorii de la Creative Machines Lab de la Columbia Engineering au dezvoltat un nou robot autonom numit EVA, care are o față moale și expresivă care se potrivește cu expresiile oamenilor din jur.

Noua cercetare urmează să fie prezentată pe 30 mai la conferința ICRA. Planurile robotului sunt deschise pe Hardware-X.

Hod Lipson este profesor James și Sally Scapa de inovare (inginerie mecanică) și director al Creative Machines Lab.

“Ideea pentru EVA a luat naștere cu câțiva ani în urmă, când studenții mei și eu am început să observăm că roboții din laboratorul nostru ne priveau prin ochi de plastic, googly”, a spus Lipson.

Umânizarea roboților

Conform lui Lipson, el a observat o tendință similară în magazinele de alimente, unde a văzut roboți de restocare care erau umanizați cu lucruri precum ecusoane cu nume.

“Oamenii păreau să-și umanizeze colegii roboți prin atribuirea de ochi, o identitate sau un nume”, a spus el. “Acest lucru ne-a făcut să ne întrebăm, dacă ochii și îmbrăcămintea funcționează, de ce să nu creăm un robot care are o față super-expresivă și răspunsivă?”

Roboții au lucrat timp de mulți ani pentru a crea fețe robotice convingătoare, dar sarcina nu este ușoară. Părțile corpului robotic au constat tradițional din metal sau plastic dur, care sunt prea rigide pentru a se mișca în același mod ca țesutul uman. Hardware-ul robotic a fost, de asemenea, adesea dificil de lucrat, având în vedere cantitatea de circuite, senzori și motoare grele și consumatoare de energie.

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

Construirea EVA

Proiectul a început cu câțiva ani în urmă în laboratorul lui Lipson, când studentul undergraduate Zanwar Faraj a condus o echipă de studenți pentru a construi “mașinăria” fizică a robotului. EVA a fost construită inițial ca o bustă dezmembrată și acum robotul poate exprima șase emoții de bază: furie, dezgust, frică, bucurie, tristețe și surpriză. EVA poate exprima, de asemenea, alte emoții nuanțate, bazându-se pe “mușchi” artificiale, sub forma de cabluri și motoare. Aceste mușchi artificiale trag de puncte specifice pe fața EVA, permițând robotului să imite mișcările a peste 42 de mușchi mici care sunt atașați de pielea și oasele feței umane.

“Cea mai mare provocare în crearea EVA a fost proiectarea unui sistem care să fie suficient de compact pentru a se potrivi în interiorul unui craniu uman, dar suficient de funcțional pentru a produce o gamă largă de expresii faciale”, a spus Faraj.

Pentru a aborda această problemă, cercetătorii au utilizat imprimarea 3D pentru a crea piese cu forme complexe, care au putut fi integrate cu craniul EVA.

“Eram ocupat cu treburile mele într-o zi, când EVA mi-a dat brusc un zâmbet mare și prietenos”, a spus Lipson. “Știam că era pur mecanic, dar m-am prins reflexiv zâmbind înapoi.”

Programarea AI

Echipa a procedat apoi la programarea AI care a permis mișcările faciale ale EVA. Robotul se bazează pe inteligență artificială profundă pentru a “citit” și apoi a imitat expresiile oamenilor din jur, iar EVA învață prin încercări și erori, urmărind videoclipuri cu el însuși.

Conform lui Boyuan Chen, studentul doctoral al lui Lipson, care a condus faza de software, mișcările faciale ale EVA au fost prea complexe pentru a fi guvernate de reguli predefinite, astfel încât au fost utilizate mai multe rețele neuronale de învățare profundă pentru a crea “creierul” EVA.

Creierul robotului a trebuit să învețe mai întâi să utilizeze sistemul său complex de mușchi mecanici pentru a genera expresii faciale, iar apoi a trebuit să învețe cum să “citească” fețele oamenilor pentru a le imita.

Echipa a filmat EVA făcând fețe aleatorii timp de ore, iar apoi rețeaua neuronală internă a EVA a învățat să asocieze mișcarea mușchilor cu filmarea video, ceea ce a însemnat că a avut o idee despre cum funcționează propria față. O a doua rețea a fost utilizată pentru a asocia imaginea de sine a EVA cu cea a unui om, iar după câteva ajustări, EVA a putut citi gesturile feței umane de la o cameră și a răspuns prin imitarea aceleiași expresii faciale.

Asemenea roboți pot fi utilizați în locuri precum spitale, școli și case.

“Există o limită a cât de mult oamenii pot angaja emoțional cu roboții de chat bazati pe cloud sau boxe inteligente fără corp”, a spus Lipson. “Creierul nostru pare să răspundă bine la roboții care au o prezență fizică recunoscută.”

“Roboții sunt tot mai mult implicați în viețile noastre, astfel încât construirea încrederii între oameni și mașini devine tot mai importantă”, a adăugat Chen.