ในขณะที่การแสดงออกทางสีหน้าของเรามีบทบาทอย่างมากในการสร้างความไว้วางใจ แต่หุ่นยนต์ส่วนใหญ่ยังคงแสดงภาพที่ว่างเปล่าและคงที่ของผู้เล่นโป๊กเกอร์มืออาชีพ ด้วยการใช้หุ่นยนต์ที่เพิ่มมากขึ้นในสถานที่ที่หุ่นยนต์และมนุษย์ต้องทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิดตั้งแต่บ้านพักคนชราไปจนถึงโกดังและโรงงานความต้องการหุ่นยนต์ที่ตอบสนองได้ดีและมีใบหน้าเหมือนจริงกำลังเพิ่มขึ้นอย่างเร่งด่วน
นักวิจัยจาก Creative Machines Lab ที่ Columbia Engineering ให้ความสนใจมานานแล้วได้ทำงานเป็นเวลาห้าปีเพื่อสร้าง EVA ซึ่งเป็นหุ่นยนต์อิสระตัวใหม่ที่มีใบหน้าที่นุ่มนวลและแสดงออกซึ่งตอบสนองให้เข้ากับการแสดงออกของมนุษย์ที่อยู่ใกล้เคียง งานวิจัยจะถูกนำเสนอในการประชุม ICRA ในวันที่ 30 พฤษภาคม 2021 และพิมพ์เขียวของหุ่นยนต์เป็นแบบโอเพ่นซอร์สบน Hardware-X (เมษายน 2021)
“ แนวคิดสำหรับ EVA เกิดขึ้นเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมาเมื่อนักเรียนของฉันและฉันเริ่มสังเกตเห็นว่าหุ่นยนต์ในห้องทดลองของเราจ้องมองมาที่เราผ่านพลาสติกและดวงตาที่น่าเบื่อ” Hod Lipson, James และ Sally Scapa ศาสตราจารย์ด้านนวัตกรรม (Mechanical Engineering) และผู้อำนวยการ Creative Machines Lab
Lipson สังเกตเห็นแนวโน้มที่คล้ายกันในร้านขายของชำซึ่งเขาพบว่ามีหุ่นยนต์ใส่ป้ายชื่อและในกรณีหนึ่งประดับด้วยหมวกถักด้วยมือที่สะดวกสบาย “ ผู้คนดูเหมือนจะดูหมิ่นเพื่อนร่วมงานหุ่นยนต์ของพวกเขาด้วยการให้ดวงตาระบุตัวตนหรือชื่อ” เขากล่าว “ สิ่งนี้ทำให้เราสงสัยว่าถ้าดวงตาและเสื้อผ้าใช้งานได้ทำไมไม่สร้างหุ่นยนต์ที่มีใบหน้าของมนุษย์ที่แสดงออกและตอบสนองได้ดีเยี่ยม”
แม้ว่าสิ่งนี้จะฟังดูง่าย แต่การสร้างใบหน้าหุ่นยนต์ที่น่าเชื่อนั้นเป็นความท้าทายที่น่ากลัวสำหรับนักหุ่นยนต์ เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่ชิ้นส่วนของร่างกายหุ่นยนต์ทำจากโลหะหรือพลาสติกแข็งซึ่งเป็นวัสดุที่แข็งเกินไปที่จะไหลและเคลื่อนย้ายได้ตามที่เนื้อเยื่อของมนุษย์ทำ ฮาร์ดแวร์หุ่นยนต์มีลักษณะหยาบและใช้งานยากเช่นเดียวกันวงจรเซ็นเซอร์และมอเตอร์มีน้ำหนักมากใช้พลังงานมากและมีขนาดใหญ่
ช่วงแรกของโครงการเริ่มต้นในห้องทดลองของ Lipson เมื่อหลายปีก่อนเมื่อ Zanwar Faraj นักศึกษาระดับปริญญาตรีนำทีมนักศึกษาในการสร้าง“ เครื่องจักร” ทางกายภาพของหุ่นยนต์ พวกเขาสร้าง EVA เป็นรูปปั้นครึ่งตัวที่มีความคล้ายคลึงกับนักแสดงที่เงียบ แต่เคลื่อนไหวบนใบหน้าของ Blue Man Group EVA สามารถแสดงอารมณ์พื้นฐาน 42 ประการ ได้แก่ ความโกรธความขยะแขยงความกลัวความสุขความเศร้าและความประหลาดใจรวมถึงอารมณ์ที่เหมาะสมยิ่งขึ้นโดยใช้“ กล้ามเนื้อ” เทียม (เช่นสายเคเบิลและมอเตอร์) ที่ดึงไปยังจุดที่เฉพาะเจาะจงบน EVA ใบหน้าเลียนแบบการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อเล็ก ๆ กว่า XNUMX มัดที่ติดอยู่ตามจุดต่างๆของผิวหนังและกระดูกของใบหน้ามนุษย์
“ ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการสร้าง EVA คือการออกแบบระบบที่มีขนาดกะทัดรัดพอที่จะใส่เข้าไปในขอบเขตของกะโหลกศีรษะมนุษย์ในขณะที่ยังใช้งานได้เพียงพอที่จะแสดงสีหน้าได้หลากหลาย” Faraj กล่าว
เพื่อเอาชนะความท้าทายนี้ทีมงานได้พึ่งพาการพิมพ์ 3 มิติเป็นอย่างมากในการผลิตชิ้นส่วนที่มีรูปทรงซับซ้อนซึ่งรวมเข้ากับกระโหลกของ EVA ได้อย่างลงตัวและมีประสิทธิภาพ หลังจากหลายสัปดาห์ของการดึงสายเคเบิลเพื่อทำให้ EVA ยิ้มขมวดคิ้วหรือดูไม่พอใจทีมงานสังเกตเห็นว่าใบหน้าที่ถอดออกเป็นสีน้ำเงินของ EVA สามารถกระตุ้นการตอบสนองทางอารมณ์จากเพื่อนร่วมห้องปฏิบัติการของพวกเขาได้ “ วันหนึ่งฉันนึกถึงธุรกิจของตัวเองเมื่อจู่ๆ EVA ก็ยิ้มกว้างและเป็นมิตรกับฉัน” ลิปสันเล่า “ ฉันรู้ว่ามันเป็นกลไกล้วนๆ แต่ฉันพบว่าตัวเองยิ้มตอบกลับมาอย่างไม่ย่อท้อ”
เมื่อทีมพอใจกับ "กลไก" ของ EVA แล้วพวกเขาก็เริ่มพูดถึงขั้นตอนสำคัญที่สองของโครงการ: การเขียนโปรแกรมปัญญาประดิษฐ์ที่จะนำทางการเคลื่อนไหวบนใบหน้าของ EVA ในขณะที่หุ่นยนต์แอนิมาทรอนิกส์ที่เหมือนจริงถูกใช้งานในสวนสนุกและในสตูดิโอภาพยนตร์มาหลายปีแล้ว แต่ทีมงานของ Lipson ก็มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีถึงสองครั้ง EVA ใช้ปัญญาประดิษฐ์เชิงลึกเพื่อ "อ่าน" แล้วสะท้อนการแสดงออกบนใบหน้าของมนุษย์ที่อยู่ใกล้เคียง และความสามารถของ EVA ในการเลียนแบบการแสดงออกทางสีหน้าของมนุษย์ที่หลากหลายนั้นเรียนรู้จากการลองผิดลองถูกจากการดูวิดีโอของตัวมันเอง
กิจกรรมของมนุษย์ที่ยากที่สุดในการทำให้เป็นอัตโนมัติเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวทางร่างกายที่ไม่ซ้ำซากซึ่งเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมทางสังคมที่ซับซ้อน Boyuan Chen, ปริญญาเอกของ Lipson นักเรียนที่เป็นผู้นำในขั้นตอนซอฟต์แวร์ของโครงการตระหนักได้อย่างรวดเร็วว่าการเคลื่อนไหวบนใบหน้าของ EVA เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนเกินกว่าที่จะควบคุมโดยกฎที่กำหนดไว้ล่วงหน้า เพื่อรับมือกับความท้าทายนี้เฉินและนักเรียนทีมที่สองได้สร้างสมองของ EVA โดยใช้เครือข่ายประสาทเทียมแบบ Deep Learning สมองของหุ่นยนต์จำเป็นต้องใช้ความสามารถสองประการ: ประการแรกต้องเรียนรู้ที่จะใช้ระบบกล้ามเนื้อกลไกที่ซับซ้อนของตัวเองเพื่อสร้างการแสดงออกทางสีหน้าโดยเฉพาะและประการที่สองต้องรู้ว่าควรทำใบหน้าใดโดย "อ่าน" ใบหน้าของมนุษย์
เพื่อสอน EVA ว่าใบหน้าของตัวเองเป็นอย่างไรเฉินและทีมงานได้ถ่ายทำฟุตเทจของ EVA หลายชั่วโมงโดยสร้างชุดของใบหน้าแบบสุ่ม จากนั้นเช่นเดียวกับมนุษย์ที่เฝ้าดูตัวเองใน Zoom เครือข่ายประสาทภายในของ EVA ได้เรียนรู้ที่จะจับคู่การเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อกับภาพวิดีโอที่มีใบหน้าของมันเอง ตอนนี้ EVA มีความรู้สึกดั้งเดิมว่าใบหน้าของตัวเองทำงานอย่างไร (เรียกว่า "ภาพตัวเอง") จึงใช้เครือข่ายที่สองเพื่อจับคู่ภาพตัวเองกับภาพใบหน้ามนุษย์ที่ถ่ายด้วยกล้องวิดีโอ หลังจากการปรับแต่งและการทำซ้ำหลายครั้ง EVA ได้รับความสามารถในการอ่านท่าทางใบหน้าของมนุษย์จากกล้องและตอบสนองด้วยการสะท้อนการแสดงออกทางสีหน้าของมนุษย์คนนั้น
นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่า EVA เป็นการทดลองในห้องปฏิบัติการและการเลียนแบบเพียงอย่างเดียวยังคงเป็นวิธีการที่ซับซ้อนซึ่งมนุษย์สื่อสารโดยใช้การแสดงออกทางสีหน้า แต่เทคโนโลยีที่เปิดใช้งานดังกล่าวสักวันหนึ่งอาจมีประโยชน์ในการใช้งานจริง ตัวอย่างเช่นหุ่นยนต์ที่สามารถตอบสนองต่อภาษากายของมนุษย์ได้หลากหลายจะมีประโยชน์ในสถานที่ทำงานโรงพยาบาลโรงเรียนและบ้าน
“ มีข้อ จำกัด ว่ามนุษย์เราสามารถมีส่วนร่วมทางอารมณ์กับแชทบอทบนคลาวด์หรือลำโพงสมาร์ทโฮมแบบถอดชิ้นส่วนได้มากเพียงใด” ลิปสันกล่าว “ สมองของเราดูเหมือนจะตอบสนองได้ดีกับหุ่นยนต์ที่มีลักษณะทางกายภาพที่เป็นที่จดจำได้ดี”
เฉินกล่าวเสริมว่า“ หุ่นยนต์มีส่วนเกี่ยวพันกับชีวิตของเราในหลาย ๆ รูปแบบดังนั้นการสร้างความไว้วางใจระหว่างมนุษย์และ เครื่อง มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ ”