Дослідники створили автономного робота, який імітує людські вирази

Дослідники в лабораторії Creative Machines в Колумбійському університеті розробили нового автономного робота під назвою EVA, який має м’яке та виразне обличчя, що відповідає виразам людей поблизу.

Нове дослідження буде представлено 30 травня на конференції ICRA. Чертежі робота відкриті на сайті Hardware-X.

Ход Ліпсон є професором інновацій (механічна інженерія) та директором лабораторії Creative Machines.

“Ідея створення EVA виникла кілька років тому, коли мої студенти та я почали помічати, що роботи в нашій лабораторії дивилися на нас через пластикові, великі очі”, – сказав Ліпсон.

Гуманізування роботів

За словами Ліпсона, він помітив подібну тенденцію в магазинах, де він спостерігав роботи, які поповнювали запаси і мали людські ознаки, такі як іменні бейджі.

“Люди, здається, наділяли роботів людськими якостями, давши їм очі, ідентичність або ім’я”, – сказав він. “Це змусило нас подумати, якщо очі та одяг працюють, чому б не створити робота з надзвичайно виразним і реактивним людським обличчям?”

Робототехніки вже давно працюють над створенням переконливих роботизованих облич, але ця задача не проста. Традиційно роботизовані частини тіла складаються з металу або твердої пластмаси, які є надто жорсткими, щоб рухатися так само, як людська тканина. Робототехнічне обладнання також часто було складним у роботі через велику кількість схем, датчиків та потужних двигунів.

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

Створення EVA

Проект розпочався кілька років тому в лабораторії Ліпсона, коли студент Занвар Фарадж очолив команду студентів для будівництва фізичної “машинерії” робота. EVA спочатку була створена як окрема частина тіла, а тепер робот може виражати шість основних емоцій: гнів, відразу, страх, радість, смуток та здивування. EVA також може виражати інші нюансировані емоції, спираючись на штучні “м’язи”, які мають форму кабелів та двигунів. Ці штучні м’язи тягнуть за певні точки на обличчі EVA, що дозволяє роботові імітувати рухи понад 42 малих м’язів, прикріплених до шкіри та кісток людського обличчя.

“Найбільшим викликом при створенні EVA було розроблення системи, яка була б компактною достатньо, щоб поміститися всередині людського черепа, а водночас була б функціональною достатньо, щоб продукувати широкий діапазон виразів обличчя”, – сказав Фарадж.

Для вирішення цієї проблеми дослідники використали 3D-друк для створення деталей з складними формами, які могли бути інтегровані зі скелетом EVA.

“Я займався своїми справами одного дня, коли EVA раптом дав мені велику, дружню посмішку”, – сказав Ліпсон. “Я знав, що це було чисто механічно, але я знайшов себе рефлекторно посміхаючись у відповідь”.

Програмування штучного інтелекту

Команда потім перейшла до програмування штучного інтелекту, який дозволив би рухатися обличчю EVA. Робот спирається на глибоке навчання штучного інтелекту для “читання” та подальшої імітації виразів людей поблизу, а EVA вчиться методом проб та помилок, спостерігаючи відео себе.

За словами Боюана Чена, аспіранта Ліпсона, який очолив програмну фазу, рухи обличчя EVA були надто складними, щоб бути керованими попередньо визначеними правилами, тому було використано кілька нейронних мереж глибокого навчання для створення “мозку” EVA.

“Мозок” робота спочатку мав навчитися використовувати свою складну систему механічних м’язів для генерації виразів обличчя, а потім мав навчитися “читати” обличчя людей, щоб потім імітувати.

Команда знімала EVA, який робив випадкові обличчя протягом годин, а потім внутрішня нейронна мережа EVA навчилася поєднувати рух м’язів з відеозаписами, тобто мала відчуття, як працює自己的 обличчя. Друга мережа була використана для зіставлення свого образу з образом людини, а після декількох коригувань EVA змогла прочитати жести людського обличчя з камери та відповісти, імітуючи той самий вираз обличчя.

Такі роботи можуть бути використані в місцях, таких як лікарні, школи та будинки.

“Є межа тому, наскільки ми люди можемо емоційно взаємодіяти з хмарними чат-ботами або безтілесними смарт-динаміками”, – сказав Ліпсон. “Наш мозок, здається, реагує добре на роботів, які мають деяку впізнавану фізичну присутність”.

“Роботи все більше вплетені в нашу життя різними способами, тому будівництво довіри між людьми та машинами стає все більш важливим”, – додав Чен.