Jak zrobić uśmiech robota

W zupełnie nowej zmarszczce na starym powiedzeniu Uśmiech i świat uśmiecha się razem z tobą, marszczysz brwi i marszczysz brwi w samotności, japońscy naukowcy produkują pokolenie robotów, które potrafią rozpoznawać mimikę ludzkich twarzy, a następnie na nią reagować. Zespół kierowany przez Fumio Harę, profesora inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Nauki w Tokio, zbudował kobiecą-robotyczną głowę, która potrafi zarówno rozpoznawać, jak i wyrażać strach, szczęście, zaskoczenie, smutek, złość i obrzydzenie.

Głównym celem projektu Hary, wspieranego pięcioletnim grantem w wysokości 3 milionów dolarów od rządu japońskiego, jest nie tylko wyprodukowanie zrobotyzowanej wersji małpiego patrzenia, małpiego robienia. Zamiast tego celem jest stworzenie robotów, które będą nam współczuły i sprawią, że poczujemy się bardziej komfortowo, gdy będą czytać emocjonalne zmiany wyrażane na naszych twarzach. Naukowcy spodziewają się, że takie wizualnie emocjonalne roboty będą doceniane przez pracowników fabryk zmuszonych do dzielenia się linią z elektronicznymi kolegami. Roboty mogą być nawet przydatne jako pomoce naukowe dla niektórych dzieci autystycznych, które mają zaburzenia komunikacji, które utrudniają im zrozumienie mimiki twarzy i prawidłowe reagowanie na nią.

Ta historia była częścią naszego wydania z października 1997 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Zaskakującą cechą badań Hary jest ich geneza. Podczas wielkiej ekspansji gospodarczej w Japonii w latach 70. w nowo budowanych zakładach chemicznych zaczęły się zdarzać wypadki. Hara przypuszczał, że operatorzy elektrowni mieli trudności z wykryciem problemów poprzez odczytywanie zestawów cyfrowych paneli odczytowych. Myślałem, że potrzebowali bardziej globalnego spojrzenia na to, co działo się w zakładzie, mówi, a jeśli coś poszło nie tak, można to wyrazić na przykład jako smutną minę.

Niestety, inżynierowie wkrótce napotkali poważne przeszkody. Odkryli, że nie tylko trudno jest przypisać mimikę twarzy do szerokiego zakresu błędów operacyjnych – od brudnej podłogi w fabryce po niebezpieczne zmiany temperatury lub ciśnienia w procesie produkcyjnym – ale także, że poszczególni operatorzy interpretują te same wyrażenia na różne sposoby. . Zadanie powiązania mimiki twarzy z warunkami roślin w końcu okazało się tak skomplikowane, że Hara zrezygnowała z badań.

Jednak w połowie lat osiemdziesiątych, kiedy jeden z jego uczniów wyraził zainteresowanie badaniami nad robotyką, Hara zastanawiał się, czy podejście do mimiki twarzy, choć niepowodzenie na poziomie roślin, może działać między poszczególnymi robotami a ludźmi. Rozpoczął od wykorzystania prac Paula Ekmana, profesora psychologii na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco, który podzielił ruchy ludzkiej mimiki na 44 kategorie, czyli jednostki działania. Każda jednostka działania odpowiadałaby poszczególnym ruchom, takim jak unoszenie lub spuszczanie brwi lub ściąganie ust. Łączenie jednostek akcji na różne sposoby dało różne wyrażenia. Na przykład wstręt wiąże się z opuszczeniem brwi, zmarszczeniem nosa i podniesieniem podbródka.

Począwszy od lat 90. grupa Hary zaczęła tworzyć sześć wyrażeń – strach, szczęście, zaskoczenie, smutek, złość i wstręt – które według Ekmana są uniwersalne dla wszystkich ludzkich kultur. Zespół skonstruował aluminiową głowicę robota z 18 mikrosiłownikami napędzanymi ciśnieniem powietrza – w istocie maleńkimi zębatkami – które mogą naśladować 26 ruchów twarzy. Następnym krokiem było odlanie twarzy z gumy silikonowej z formy pobranej od jednego ze studentów w laboratorium. Ponieważ grupa składająca się wyłącznie z mężczyzn pragnęła obecności kobiet w laboratorium, sfeminizowali męską twarz, dodając perukę z naturalnych włosów, uróżowione policzki i szminkę. Głowa była również wyposażona w sztuczne zęby.

Metodą prób i błędów naukowcy podłączyli maleńkie przewody od siłowników do miejsc na masce, które po przeniesieniu odtwarzały jednostki działania wymagane do odtworzenia pożądanych sześciu ekspresji. Głowa i gałki oczne robota zostały również zaprojektowane tak, aby wykonywać ludzkie ruchy. Wreszcie, japońscy inżynierowie umieścili maleńką kamerę w lewym oku robota, aby zeskanować ludzką twarz, gdy znajduje się ona w odległości około jednego metra. Komputer podłączony do aparatu określał wyraz twarzy, wyszukując zmiany jasności w różnych obszarach twarzy.

Komputer zaobserwował zmiany w ciemnych obszarach – oczach, ustach, nosie i brwiach – które pojawiają się, gdy twarz zmienia swój neutralny, pozbawiony emocji wyraz na wyraz jednej z sześciu emocji. Korzystając z programu samokształceniowego opartego na sieci neuronowej, komputer był w stanie w ciągu 60 milisekund rozpoznać, w jaki sposób zmiany we wzorcach jasności twarzy danej osoby są powiązane z wyrażaniem danego uczucia. Taka szybkość przetwarzania w połączeniu z udoskonaleniami konstrukcji siłowników umożliwiła silikonowej twarzy robota reagowanie na zmiany w ekspresji z szybkością ludzką.

Robot był zaskakująco dokładny, poprawnie odgadując wyraz twarzy badanych w średnio 85 procentach przypadków. Równie dobrze radził sobie również jako aktor twarzy. W rzeczywistości grupa uczniów poprawnie zidentyfikowała mimikę robota w 83 procentach przypadków. Dla porównania, ci sami studenci zidentyfikowali mimikę profesjonalnych aktorów w 87 procentach przypadków.

Od kiedy relacje o działaniu robota pojawiły się po raz pierwszy na początku lat 90., do Hary podchodziły nieoczekiwane imprezy. Wśród nich znalazł się artysta zainteresowany tworzeniem czegoś, co jego zdaniem jest nową formą sztuki – ludzie i roboty reagujące na siebie nawzajem – oraz kilku psychologów w Japonii, którzy sądzą, że taki robot może pomóc niektórym niepełnosprawnym dzieciom przezwyciężyć trudności w przejawianiu odpowiedniej ekspresji. Psychologowie chcieliby, aby robot działał jako rodzaj dwukierunkowej zachęty, na przykład pokazując, jak wygląda szczęśliwy uśmiech, a po przyjęciu neutralnego wyrazu, wskazując, kiedy dziecko się uśmiechało, uśmiechając się w odpowiedzi.

Bardziej bezpośrednio, zespół Hary pracuje nad robotem ustnym, którego siłowniki realistycznie naśladowałyby ruchy warg podczas mowy. Taki robot może pomóc osobom z zaburzeniami mowy lub języka, mówi Hara, ponieważ badania pokazują, że ponad 50 procent rozumienia mowy wynika z
wyraz twarzy i ruchy.

ukryć