בעוד שהבעות הפנים שלנו ממלאות תפקיד עצום בבניית אמון, רוב הרובוטים עדיין מראים חזות ריקה וסטטית של שחקן פוקר מקצועי. עם השימוש הגובר ברובוטים במקומות שבהם רובוטים ובני אדם צריכים לעבוד בשיתוף פעולה הדוק, החל מבתי אבות ועד מחסנים ומפעלים, הצורך ברובוט מגיב יותר ומציאותי יותר לפנים הולך וגובר.
חוקרים במעבדת מכונות קריאייטיב בקולומביה הנדסה מעוניינים זמן רב ביחסי הגומלין בין רובוטים לבני אדם, עובדים במשך חמש שנים על יצירת EVA, רובוט אוטונומי חדש עם פנים רכות ואקספרסיביות המגיבות להתאמה לביטויים של בני אדם סמוכים. המחקר יוצג בכנס ICRA שנערך ב -30 במאי 2021, ותכניות הרובוט מקורן בחומרה X (אפריל 2021).
"הרעיון ל- EVA התגבש לפני כמה שנים כשסטודנטים שלי ואני התחלנו לשים לב שהרובוטים במעבדה שלנו בוהים בנו מבעד לעיניים פלסטיקיות," אמרו הוד ליפסון, ג'יימס וסאלי סקאפה פרופסור לחדשנות (מכני) הנדסה) ומנהל המעבדה למכונות יצירתיות.
ליפסון צפה במגמה דומה בחנות המכולת, שם נתקל ברובוטים המלאים מחדש כשהם עוטים תגי שמות, ובמקרה אחד, עטו בכובע נעים וסרוג ביד. "נראה שאנשים האנשו את עמיתיהם הרובוטיים בכך שהם נותנים להם עיניים, זהות או שם", אמר. "זה גרם לנו לתהות, אם העיניים והבגדים עובדים, מדוע לא ליצור רובוט בעל פנים אנושיות סופר אקספרסיביות ומגיבות?"
אמנם זה נשמע פשוט, יצירת פנים רובוטיות משכנעות היוותה אתגר אדיר עבור הרובוטים. במשך עשרות שנים, חלקי גוף רובוטיים עשויים מתכת או פלסטיק קשיח, חומרים שהיו נוקשים מכדי לזרום ולנוע כדרך שעושה רקמה אנושית. חומרה רובוטית הייתה דומה באופן גס וקשה לעבודה - מעגלים, חיישנים ומנועים הם כבדים, עתירי כוח ומגושמים.
השלב הראשון של הפרויקט החל במעבדה של ליפסון לפני מספר שנים, כאשר הסטודנט לתואר ראשון, זאנואר פרג ', הוביל צוות סטודנטים בבניית ה"מכונות "הפיזיות של הרובוט. הם בנו את EVA כחזה חסר גוף, שדומה מאוד למבצעים השקטים אך בעלי האנימציה הפנים של קבוצת Blue Man. EVA יכולה לבטא את ששת הרגשות הבסיסיים של כעס, סלידה, פחד, שמחה, עצב והפתעה, כמו גם מגוון של רגשות ניואנסים יותר, באמצעות "שרירים" מלאכותיים (כלומר כבלים ומנועים) השואבים נקודות ספציפיות ב- EVA. פנים, מחקה את תנועותיהם של יותר מ- 42 השרירים הזעירים המחוברים בנקודות שונות לעור ולעצמות פרצופי האדם.
"האתגר הגדול ביותר ביצירת EVA היה תכנון מערכת שהייתה קומפקטית מספיק שתתאים לתחומי הגולגולת האנושית תוך שהיא עדיין פונקציונלית מספיק כדי לייצר מגוון רחב של הבעות פנים", ציין פרג '.
כדי להתגבר על אתגר זה, הצוות הסתמך רבות על הדפסת תלת מימד לייצור חלקים עם צורות מורכבות המשתלבים בצורה חלקה ויעילה בגולגולת של EVA. לאחר שבועות של משיכת כבלים כדי לגרום לאווה לחייך, להזעיף פנים או להיראות נסער, הצוות שם לב שהפרצוף הכחול והגוף של EVA יכול לעורר תגובות רגשיות מצד חבריהם למעבדה. "התייחסתי לעסק שלי יום אחד כאשר EVA פתאום חייכה לי חיוך גדול וידידותי," נזכר ליפסון. "ידעתי שזה מכני בלבד, אבל מצאתי את עצמי מחייך בצורה רפלקסיבית חזרה."
לאחר שהצוות היה מרוצה מ"המכניקה "של EVA, הם התחילו להתייחס לשלב המרכזי השני של הפרויקט: תכנות הבינה המלאכותית שתנחה את תנועות הפנים של EVA. בעוד שרובוטים אנימטרוניים חיים היו בשימוש בפארקי שעשועים ובאולפני קולנוע במשך שנים, הצוות של ליפסון ביצע שתי התקדמות טכנולוגית. EVA משתמשת באינטליגנציה מלאכותית של למידה עמוקה כדי "לקרוא" ואז לשקף את הביטויים על פני אדם סמוכים. ויכולתה של EVA לחקות מגוון רחב של הבעות פנים אנושיות שונות נלמדת על ידי ניסוי וטעייה מצפייה בסרטונים של עצמה.
הפעילויות האנושיות הקשות ביותר לאוטומציה כוללות תנועות פיזיות לא חוזרות המתרחשות במסגרות חברתיות מסובכות. בויואן חן, דוקטורט מליפסון. סטודנט שהוביל את שלב התוכנה של הפרויקט, הבין במהירות שתנועות הפנים של EVA היו תהליך מורכב מכדי שיוכלו להיות נשלטים על ידי קבוצות כללים שהוגדרו מראש. כדי להתמודד עם אתגר זה, חן והצוות השני של הסטודנטים יצרו את המוח של EVA באמצעות מספר רשתות עצביות של למידה עמוקה. מוחו של הרובוט היה צריך לשלוט בשתי יכולות: ראשית, ללמוד להשתמש במערכת מורכבת משלה של שרירים מכניים כדי ליצור הבעת פנים מסוימת, ושנית, לדעת אילו פרצופים ליצור על ידי "קריאת" פניהם של בני האדם.
כדי ללמד את EVA איך נראים הפנים שלה, צילמו חן והצוות שעות של צילומים של EVA כשהם מייצרים סדרה של פרצופים אקראיים. ואז, כמו אדם שצופה בעצמה בזום, הרשתות העצביות הפנימיות של EVA למדו להתאים את תנועת השרירים לצילומי הווידיאו של הפנים שלה. כעת, לאחר של- EVA הייתה תחושה פרימיטיבית של אופן פעולתה של פניה שלה (המכונה "דימוי עצמי"), היא השתמשה ברשת שנייה כדי להתאים את הדימוי העצמי שלה לתמונת הפנים האנושיות שנלכדו במצלמת הווידיאו שלה. לאחר מספר חידודים ואיטרציות, EVA רכשה את היכולת לקרוא תנועות פנים אנושיות ממצלמה ולהגיב באמצעות שיקוף הבעת הפנים של אותו אדם.
החוקרים מציינים כי EVA הוא ניסוי מעבדה, והחיקוי לבדו עדיין רחוק מהדרכים המורכבות שבהן בני אדם מתקשרים באמצעות הבעות פנים. אבל לטכנולוגיות הפעלה כאלה יכולות להיות מתישהו יישומים מועילים בעולם האמיתי. לדוגמא, רובוטים המסוגלים להגיב למגוון רחב של שפת גוף אנושית יהיו שימושיים במקומות עבודה, בבתי חולים, בבתי ספר ובבתים.
"יש גבול עד כמה אנו בני האדם יכולים לעסוק רגשית בצ'ט-בוטים מבוססי ענן או ברמקולים ביתיים חכמים ללא גוף", אמר ליפסון. "נראה כי המוח שלנו מגיב היטב לרובוטים שיש להם איזושהי נוכחות פיזית שניתן לזהות."
הוסיף חן, "רובוטים שזורים בחיינו במספר הולך וגדל של דרכים, ולכן בונים אמון בין בני אדם לבין מכונות חשוב יותר ויותר. "