Исследователи создают автономного робота, имитирующего человеческие выражения

Исследователи в лаборатории Creative Machines в Колумбийском университете разработали нового автономного робота под названием EVA, который имеет мягкое и выразительное лицо, соответствующее выражениям лиц ближайших людей.

Новое исследование будет представлено 30 мая на конференции ICRA. Чертежи робота открыты на Hardware-X.

Ход Липсон является профессором Джеймса и Салли Скапа по инновациям (механическая инженерия) и директором лаборатории Creative Machines.

“Идея EVA возникла несколько лет назад, когда мои студенты и я начали замечать, что роботы в нашей лаборатории смотрели на нас через пластиковые, выпуклые глаза”, – сказал Липсон.

Очеловечивание роботов

По словам Липсона, он заметил аналогичную тенденцию в магазинах, где он наблюдал роботов для пополнения запасов, которые были очеловечены вещами, такими как бейджи с именами.

“Люди, казалось, очеловечивали своих роботов-коллег, давая им глаза, идентичность или имя”, – сказал он. “Это заставило нас задуматься, если глаза и одежда работают, почему бы не создать робота, который имеет супер-выразительное и отзывчивое человеческое лицо?”

Робототехники давно работают над созданием убедительных роботизированных лиц, но эта задача не проста. Роботизированные части тела традиционно состояли из металла или твердого пластика, которые слишком жесткие, чтобы двигаться так же, как человеческие ткани. Роботизированное оборудование также часто было трудно работать из-за количества схем, датчиков и мощных и тяжелых двигателей.

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

Создание EVA

Проект начался несколько лет назад в лаборатории Липсона, когда студент Занвар Фарадж возглавил команду студентов для строительства физической “машинерии” робота. EVA была сначала построена как обезглавленный бюст, и теперь робот может выражать шесть основных эмоций: гнев, отвращение, страх, радость, печаль и удивление. EVA также может выражать другие нюансированные эмоции, полагаясь на искусственные “мышцы”, которые представляют собой кабели и двигатели. Эти искусственные мышцы тянут на определенные точки на лице EVA, что позволяет роботу имитировать движения более 42 крошечных мышц, прикрепленных к коже и костям человеческого лица.

“Самым большим вызовом в создании EVA было проектирование системы, которая была достаточно компактной, чтобы поместиться внутри человеческого черепа, и при этом быть функциональной enough, чтобы производить широкий спектр выражений лица”, – сказал Фарадж.

Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали 3D-печать для создания деталей с сложными формами, и эти детали могли быть интегрированы с черепом EVA.

“Я занимался своими делами в один день, когда EVA вдруг дала мне большую, дружелюбную улыбку”, – сказал Липсон. “Я знал, что это было чисто механически, но я обнаружил, что я рефлекторно улыбался в ответ”.

Программирование ИИ

Команда затем перешла к программированию ИИ, который позволил EVA выражать движения лица. Робот полагается на ИИ глубокого обучения, чтобы “читать” и затем имитировать выражения лиц ближайших людей, и EVA учится методом проб и ошибок, наблюдая за видеороликами себя.

По словам Боюана Чена, аспиранта Липсона, который возглавил программную фазу, движения лица EVA были слишком сложными, чтобы быть управляемыми предопределенными правилами, поэтому были использованы несколько нейронных сетей глубокого обучения для создания “мозга” EVA.

“Мозг” робота сначала должен был научиться использовать свою сложную систему механических мышц для генерации выражений лица, а затем он должен был научиться “читать” лица людей, чтобы затем имитировать.

Команда сняла EVA, делающего случайные лица в течение часов, и затем внутренняя нейронная сеть EVA научилась сопоставлять движение мышц с видеозаписью, то есть она имела представление о том, как работает ее собственное лицо. Вторая сеть затем была использована для сопоставления своего собственного образа с образом человеческого лица, и после нескольких корректировок EVA смогла читать жесты человеческого лица с камеры и затем реагировать, имитируя то же выражение лица.

Такие роботы могли бы быть использованы в местах, таких как больницы, школы и дома.

“Есть предел тому, насколько мы, люди, можем эмоционально взаимодействовать с облачными чат-ботами или безобидными умными динамиками”, – сказал Липсон. “Наш мозг, кажется, хорошо реагирует на роботов, которые имеют некоторое узнаваемое физическое присутствие”.

“Роботы все больше переплетены в нашей жизни, поэтому построение доверия между людьми и машинами становится все более важным”, – добавил Чен.