นักวิจัยสร้างหุ่นยนต์อิสระที่เลียนแบบน้ำเสียงของมนุษย์

นักวิจัยที่ห้องปฏิบัติการเครื่องจักรสร้างสรรค์แห่งมหาวิทยาลัยโคลัมเบียได้พัฒนาหุ่นยนต์อิสระใหม่ชื่อ EVA ซึ่งมีใบหน้าที่นุ่มนวลและแสดงออกได้เหมือนกับมนุษย์ใกล้เคียง

การวิจัยใหม่ ใหม่ จะถูกนำเสนอในวันที่ 30 พฤษภาคมที่การประชุม ICRA แผนผังของหุ่นยนต์เปิดเผยบน Hardware-X

Hod Lipson เป็น James และ Sally Scapa Professor of Innovation (วิศวกรรมเครื่องจักร) และผู้อำนวยห้องปฏิบัติการเครื่องจักรสร้างสรรค์

“ความคิดเกี่ยวกับ EVA เกิดขึ้นเมื่อหลายปีที่แล้ว เมื่อนักเรียนและฉันเริ่มสังเกตเห็นว่าหุ่นยนต์ในห้องปฏิบัติการของเรากำลังมองเราผ่านตาสังเคราะห์” Lipson กล่าว

การทำให้หุ่นยนต์มีลักษณะเหมือนมนุษย์

ตาม Lipson เขาสังเกตเห็นแนวโน้มที่คล้ายกันในร้านขายของชำ โดยที่เขาสังเกตเห็นหุ่นยนต์เติมสินค้าที่มีชื่อและติดป้ายกำกับ

“คนดูเหมือนจะทำให้หุ่นยนต์ของตนเองมีลักษณะเหมือนมนุษย์โดยการให้ตาสังเคราะห์หรือชื่อ” เขากล่าว “สิ่งนี้ทำให้เราคิดว่า ถ้าตาสังเคราะห์และเสื้อผ้าใช้ได้ ทำไมไม่สร้างหุ่นยนต์ที่มีใบหน้าที่แสดงออกได้ดีและตอบสนองได้เหมือนมนุษย์”

นักวิจัยหุ่นยนต์ได้พยายามสร้างใบหน้าที่น่าเชื่อถือของหุ่นยนต์มาเป็นเวลานาน แต่ไม่ใช่เรื่องง่าย ส่วนของร่างกายหุ่นยนต์แบบดั้งเดิมประกอบด้วยโลหะหรือพลาสติกที่แข็ง ซึ่งไม่สามารถเคลื่อนไหวได้เหมือนเนื้อเยื่อของมนุษย์ อุปกรณ์หุ่นยนต์ยังเป็นเรื่องที่ยากต่อการทำงานเนื่องจากมีวงจร สื่อการตรวจจับ และมอเตอร์ที่ใช้พลังงานมากและหนัก

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

การก่อสร้าง EVA

โครงการนี้เริ่มต้นเมื่อหลายปีที่แล้วในห้องปฏิบัติการของ Lipson เมื่อนักศึกษาระดับอุดมศึกษา Zanwar Faraj นำทีมนักศึกษาสร้าง “เครื่องจักร” ของหุ่นยนต์ EVA ถูกสร้างขึ้นเป็นรูปปั้นโดยไม่มีร่างกาย และตอนนี้หุ่นยนต์สามารถแสดงอารมณ์ขั้นพื้นฐานได้ 6 แบบ ได้แก่ ความโกรธ ความขยะแขยง ความกลัว ความสุข ความเศร้า และความประหลาดใจ EVA ยังสามารถแสดงอารมณ์ที่ซับซ้อนได้โดยอาศัย “กล้ามเนื้อ” สังเคราะห์ ซึ่งเป็นรูปแบบของสายเคเบิลและมอเตอร์ กล้ามเนื้อสังเคราะห์เหล่านี้ดึงจุดเฉพาะบนใบหน้าของ EVA ทำให้หุ่นยนต์สามารถเลียนแบบการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อขนาดเล็กกว่า 42 กล้ามเนื้อที่ติดกับหนังและกระดูกของใบหน้ามนุษย์

“ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการสร้าง EVA คือการออกแบบระบบที่กะทัดรัดพอที่จะพอดีกับขอบเขตของกะโหลกศีรษะมนุษย์ ในขณะเดียวกันก็ใช้งานได้เพียงพอที่จะสร้างน้ำเสียงบนใบหน้าที่หลากหลาย” Faraj กล่าว

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิจัยใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อน และชิ้นส่วนเหล่านี้สามารถรวมเข้ากับกะโหลกศีรษะของ EVA ได้

“ฉันกำลังทำธุระของตัวเองเมื่อ EVA ให้การยิ้มที่เป็นมิตรและกว้างขวางกับฉัน” Lipson กล่าว “ฉันรู้ว่ามันเป็นเพียงกลไกเท่านั้น แต่ฉันพบว่าตัวเองยิ้มกลับไปโดยไม่รู้ตัว”

การเขียนโปรแกรม AI

ทีมงานได้ดำเนินการต่อเพื่อเขียนโปรแกรม AI ที่ทำให้การเคลื่อนไหวของใบหน้า EVA เป็นไปได้ หุ่นยนต์ใช้ AI ที่เรียนรู้ลึกเพื่อ “อ่าน” และเลียนแบบน้ำเสียงของมนุษย์ใกล้เคียง EVA เรียนรู้ด้วยการลองผิดลองถูกเมื่อดูวิดีโอของตัวเอง

ตาม Boyuan Chen นักศึกษาระดับ 박사ของ Lipson ซึ่งนำเฟสซอฟต์แวร์ EVA การเคลื่อนไหวของใบหน้าเป็นเรื่องที่ซับซ้อนเกินกว่าที่จะถูกควบคุมโดยกฎที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ดังนั้นจึงใช้เครือข่ายการเรียนรู้ลึกหลายเครือข่ายเพื่อสร้าง “สมอง” ของ EVA

สมองของหุ่นยนต์จำเป็นต้องเรียนรู้การใช้ระบบกล้ามเนื้อทางกลที่ซับซ้อนเพื่อสร้างน้ำเสียงบนใบหน้า และจากนั้นจึงเรียนรู้วิธี “อ่าน” ใบหน้ามนุษย์เพื่อเลียนแบบ

ทีมงานถ่ายวิดีโอ EVA ที่แสดงใบหน้าแบบสุ่มเป็นเวลาหลายชั่วโมง และจากนั้นเครือข่ายประสาทสังเคราะห์ภายในของ EVA จึงเรียนรู้ที่จะจับคู่การเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อกับวิดีโอ ทำให้มีความเข้าใจว่าใบหน้าของตัวเองทำงานอย่างไร เครือข่ายที่สองถูกใช้เพื่อจับคู่ภาพลักษณ์ของตัวเองกับภาพลักษณ์ของใบหน้ามนุษย์ และหลังจากการปรับเปลี่ยนหลายครั้ง EVA สามารถ “อ่าน” 제스เชอร์ของใบหน้ามนุษย์จากกล้องและตอบสนองด้วยการแสดงน้ำเสียงบนใบหน้าเหมือนกัน

หุ่นยนต์เหล่านี้สามารถใช้ในสถานที่ต่างๆ เช่น โรงพยาบาล โรงเรียน และบ้าน

“มีข้อจำกัดในการที่มนุษย์สามารถมีส่วนร่วมทางอารมณ์กับหุ่นยนต์บนคลาวด์หรือลำโพงสมาร์ทโฮมที่ไม่มีร่างกาย” Lipson กล่าว

“หุ่นยนต์ถูกผสมผสานเข้ากับชีวิตของเรามากขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้นการสร้างความไว้วางใจระหว่างมนุษย์และเครื่องจักรจึงมีความสำคัญมากขึ้น” Chen เพิ่มเติม