Исследователи создали 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 ближайших людей.

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

Ход Липсон – профессор Джеймса и Салли Скапы по инновациям (механическая инженерия) и директор 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, у которого есть супер-выразительное и отзывчивое человеческое лицо?”

Робототехники давно работают над созданием убедительных роботизированных лиц, но эта задача не проста. Традиционно роботизированные части тела состояли из металла или твердого пластика, которые слишком жесткие, чтобы двигаться так же, как человеческая ткань. Робототехническое 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 создания физической “машинерии” робота. EVA был сначала построен 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 тянутся 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 бы достаточно компактной, чтобы поместиться внутри человеческого черепа, и при этом функциональной enough, чтобы производить широкий диапазон лицевых выражений”, – сказал Фарадж.

Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали 3D-печать для создания деталей с сложными формами, которые можно было интегрировать с черепом EVA.

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

Программирование ИИ

Команда затем перешла к программированию ИИ, который позволил бы EVA выражать лицевые движения. Робот полагается на глубокое обучение ИИ, чтобы “читать” и затем имитировать выражения ближайших людей, и EVA учится методом проб и ошибок, наблюдая за видео себя.

По словам Боюана Чена, аспиранта Липсона, который возглавил программную фазу, лицевые движения EVA были слишком сложными, чтобы быть управляемыми заранее определёнными 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, чтобы генерировать лицевые выражения, 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 связывать движение мышц с видеозаписью, что означало, что у нее было представление о том, как работает ее собственное лицо. Вторая сеть была затем использована для сопоставления своего собственного изображения с изображением человеческого лица, и после нескольких корректировок EVA смогла “читать” жесты человеческого лица с камеры и затем реагировать, имитируя то же лицевое выражение.

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

“Есть предел тому, насколько мы, люди, можем эмоционально взаимодействовать с облачными чат-ботами или бескорпусными умными колонками”, – 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.