Yüz ifadelerimiz güven oluşturmada büyük bir rol oynasa da çoğu robot hâlâ profesyonel bir poker oyuncusunun boş ve statik görüntüsünü taşıyor. Huzurevlerinden depolara ve fabrikalara kadar robotların ve insanların birlikte yakın çalışması gereken yerlerde robotların kullanımının artmasıyla birlikte, daha duyarlı, yüz açısından gerçekçi bir robota olan ihtiyaç daha acil hale geliyor.
Robotlar ve insanlar arasındaki etkileşimlerle uzun süredir ilgilenen Columbia Engineering'deki Yaratıcı Makineler Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar, yakındaki insanların ifadelerine uyum sağlayacak şekilde tepki veren, yumuşak ve etkileyici bir yüze sahip yeni bir otonom robot olan EVA'yı yaratmak için beş yıldır çalışıyorlar. Araştırma 30 Mayıs 2021'de ICRA konferansında sunulacak ve robot planları Hardware-X'te (Nisan 2021) açık kaynaklı olacak.
James ve Sally Scapa İnovasyon Profesörü (Mekanik) Hod Lipson, "EVA fikri birkaç yıl önce öğrencilerim ve ben laboratuvarımızdaki robotların bize plastik, pörtlek gözlerle baktığını fark etmeye başladığımızda şekillendi" dedi. Mühendislik) ve Yaratıcı Makineler Laboratuvarı'nın yöneticisi.
Lipson benzer bir eğilimi bakkalda da gözlemledi; stok hazırlayan robotların yaka kartları taktığını ve bir keresinde rahat, el örgüsü bir şapka taktıklarını gördü. "İnsanlar robot meslektaşlarına gözler, bir kimlik veya isim vererek onları insanlaştırıyor gibi görünüyor" dedi. "Bu bize şunu düşündürdü: Eğer gözler ve kıyafetler işe yarıyorsa neden süper ifadeli ve tepki veren bir insan yüzüne sahip bir robot yapmıyoruz?"
Bu kulağa basit gelse de, ikna edici bir robotik yüz yaratmak, robot uzmanları için zorlu bir mücadele olmuştur. Onlarca yıldır robotik vücut parçaları, insan dokusu gibi akıp hareket edemeyecek kadar sert olan metal veya sert plastikten yapılıyordu. Robotik donanım da benzer şekilde kaba ve işlenmesi zordu; devreler, sensörler ve motorlar ağır, yoğun güç tüketen ve hantaldı.
Projenin ilk aşaması birkaç yıl önce Lipson'un laboratuvarında lisans öğrencisi Zanwar Faraj'ın robotun fiziksel "makinesini" inşa etme konusunda bir öğrenci ekibine liderlik etmesiyle başladı. EVA'yı, Blue Man Group'un sessiz ama yüz ifadeleriyle canlandırılmış sanatçılarına güçlü bir benzerlik taşıyan, bedensiz bir büst olarak inşa ettiler. EVA, EVA'nın üzerindeki belirli noktaları çeken yapay "kaslar" (yani kablolar ve motorlar) kullanarak öfke, tiksinti, korku, sevinç, üzüntü ve şaşkınlıktan oluşan altı temel duygunun yanı sıra bir dizi daha incelikli duyguyu ifade edebilir. İnsan yüzünün derisine ve kemiklerine çeşitli noktalarda bağlı 42'den fazla küçük kasın hareketlerini taklit eden yüz.
Faraj, "EVA'yı yaratmanın en büyük zorluğu, insan kafatasının sınırlarına sığacak kadar kompakt ve aynı zamanda çok çeşitli yüz ifadeleri üretebilecek kadar işlevsel olan bir sistem tasarlamaktı" dedi.
Bu zorluğun üstesinden gelmek için ekip, EVA'nın kafatasıyla sorunsuz ve verimli bir şekilde entegre olan karmaşık şekillere sahip parçalar üretmek için büyük ölçüde 3D baskıya güvendi. EVA'yı gülümsetmek, kaşlarını çatmak veya üzgün görünmek için haftalarca kabloları çekiştirdikten sonra ekip, EVA'nın mavi, bedensiz yüzünün laboratuvar arkadaşlarından duygusal tepkiler alabildiğini fark etti. Lipson, "Bir gün EVA bana aniden kocaman, arkadaşça bir gülümsemeyle baktığında kendi işime bakıyordum" diye hatırladı. "Bunun tamamen mekanik olduğunu biliyordum ama kendimi refleks olarak gülümserken buldum."
Ekip EVA'nın "mekaniğinden" memnun kaldıktan sonra projenin ikinci büyük aşamasını ele almaya başladı: EVA'nın yüz hareketlerini yönlendirecek yapay zekanın programlanması. Gerçekçi animatronik robotlar yıllardır tema parklarında ve film stüdyolarında kullanılıyorken, Lipson'un ekibi iki teknolojik ilerleme kaydetti. EVA, yakındaki insan yüzlerindeki ifadeleri "okumak" ve ardından yansıtmak için derin öğrenme yapay zekasını kullanıyor. EVA'nın çok çeşitli farklı insan yüz ifadelerini taklit etme yeteneği, kendi videolarını izleyerek deneme yanılma yoluyla öğrenilir.
Otomatikleştirilmesi en zor insan faaliyetleri, karmaşık sosyal ortamlarda gerçekleşen, tekrarlanmayan fiziksel hareketleri içerir. Boyuan Chen, Lipson'dan Ph.D. Projenin yazılım aşamasını yöneten öğrenci, EVA'nın yüz hareketlerinin önceden tanımlanmış kurallarla yönetilemeyecek kadar karmaşık bir süreç olduğunu kısa sürede fark etti. Bu zorluğun üstesinden gelmek için Chen ve ikinci öğrenci ekibi, birkaç Derin Öğrenme sinir ağını kullanarak EVA'nın beynini yarattı. Robotun beyninin iki yeteneğe hakim olması gerekiyordu: Birincisi, herhangi bir yüz ifadesini oluşturmak için kendi karmaşık mekanik kas sistemini kullanmayı öğrenmek ve ikincisi, insanların yüzlerini "okuyarak" hangi yüzleri oluşturacağını bilmek.
EVA'ya kendi yüzünün nasıl göründüğünü öğretmek için Chen ve ekip, EVA'nın bir dizi rastgele yüz oluşturduğu saatlerce görüntü çekti. Daha sonra EVA'nın iç sinir ağları, Zoom'da kendini izleyen bir insan gibi, kas hareketlerini kendi yüzünün video görüntüleri ile eşleştirmeyi öğrendi. EVA artık kendi yüzünün nasıl çalıştığına dair ilkel bir anlayışa sahip olduğundan (“kendi imajı” olarak bilinir), kendi imajını video kamerasıyla çekilen bir insan yüzü imajıyla eşleştirmek için ikinci bir ağ kullandı. Birkaç iyileştirme ve yinelemeden sonra EVA, bir kameradan insan yüzü hareketlerini okuma ve o insanın yüz ifadesini yansıtarak yanıt verme yeteneğini kazandı.
Araştırmacılar, EVA'nın bir laboratuvar deneyi olduğunu ve tek başına taklitçiliğin, insanların yüz ifadelerini kullanarak iletişim kurduğu karmaşık yollardan hâlâ çok uzak olduğunu belirtiyor. Ancak bu tür olanak sağlayan teknolojilerin bir gün gerçek dünyada faydalı uygulamaları olabilir. Örneğin, çok çeşitli insan vücut diline yanıt verebilen robotlar işyerlerinde, hastanelerde, okullarda ve evlerde faydalı olabilir.
Lipson, "Biz insanların bulut tabanlı sohbet botları veya bedensiz akıllı ev hoparlörleri ile duygusal olarak ne kadar meşgul olabileceğimizin bir sınırı var" dedi. "Beynimiz, bir tür tanınabilir fiziksel varlığı olan robotlara iyi tepki veriyor gibi görünüyor."
Chen ekledi: "Robotlar giderek artan sayıda şekilde hayatımıza dahil oluyor, bu nedenle insanlarla insanlar arasında güven inşa ediyoruz. makineler giderek önem kazanıyor.”