Исследователи из США использовали технологии искусственного интеллекта, чтобы научить роботов правильно реагировать на человеческую мимику. Эта способность поможет укрепить доверие между людьми и роботами в местах, где машины и люди должны работать в тесном сотрудничестве, от домов престарелых до складов и фабрик. Результаты работы исследователи представили на Международной конференции по робототехнике и автоматизации (ICRA), препринт опубликован на arXiv.org.
Разработчики уже пять лет работают над созданием EVA — нового автономного робота с мягким и выразительным лицом, реагирующим на эмоции окружающих людей.
«Идея создания EVA возникла несколько лет назад, когда мои студенты и я начали замечать, что роботы в нашей лаборатории смотрят на нас пластиковыми глазами», — рассказал Ход Липсон, профессор и директор лаборатории Creative Machines Lab Школы инженерных и прикладных наук Колумбийского университета.
Липсон наблюдал аналогичную картину и в продуктовом магазине, где он столкнулся с пополняющими запасы роботами, носящими именные значки.
«Люди, казалось, очеловечивали своих коллег-роботов, давая им глаза, личность или имя, — вспоминает он.— Это заставило нас задуматься, если глаза и одежда работают, почему бы не сделать робота, который имеет супер-выразительное и отзывчивое человеческое лицо?»
Хотя это звучит просто, создание убедительного роботизированного лица было огромной проблемой для робототехников. В течение десятилетий части тела роботов состояли из жестких материалов — металла или твердого пластика.
EVA может выразить шесть основных эмоций: гнев, отвращение, страх, радость, печаль и удивление, а также множество более тонких эмоций, используя искусственные «мышцы» (т. е. кабели и двигатели), которые тянут за определенные точки на лице, имитируя движения более чем 42 крошечных мышц.
«Самой большой проблемой при создании EVA была разработка системы, которая была бы достаточно компактной, чтобы поместиться внутри человеческого черепа, и в то же время достаточно функциональной, чтобы производить широкий спектр выражений лица», — рассказал один из конструкторов Занвар Фарадж.
В решении этой проблемы команда в значительной степени полагалась на 3D-печать для изготовления деталей сложной формы, которые могли бы легко поместиться в череп робота. После нескольких недель работы команда заметила, что синее лицо может изобразить эмоциональную реакцию.
«Однажды я занимался своими делами, когда EVA вдруг одарила меня широкой, дружелюбной улыбкой", — вспоминал Липсон. — Я знал, что это чисто механическое действие, но невольно улыбнулся в ответ».
Как только команда была удовлетворена механикой робота, они начали заниматься второй основной фазой проекта — программированием искусственного интеллекта, который будет управлять движениями лица EVA. В этой технологии используется модель глубокого обучения, чтобы считывать эмоции на человеческих лицах, а затем отражать их.
Вскоре стало ясно, что мимику человека в сложных ситуациях нельзя повторить с помощью заранее запрограммированной последовательности. Поэтому разработчики использовали несколько нейронных сетей глубокого обучения. Робот должен был овладеть двумя способностями: во-первых, научиться использовать свою собственную сложную систему механических мышц для создания любого конкретного выражения лица, и во-вторых, знать, какие эмоции показывать, «читая» лица людей.
Чтобы научить EVA тому, как выглядит ее собственное лицо, команда сняла многочасовые кадры, на которых робот изображает серию случайных эмоций. Затем внутренние нейронные сети EVA научились связывать движения мышц с видеозаписью собственного лица. Когда машина имела примитивное представление о том, как работает ее собственное лицо, она использовала вторую сеть, чтобы сопоставить свой образ с изображением человеческого лица, запечатленным на видеокамере. После нескольких уточнений и повторений EVA приобрела способность читать выражения человеческого лица с камеры и реагировать, отражая мимику этого человека.
Исследователи отмечают, что EVA — это лабораторный эксперимент, и одна только мимика все еще далека от сложных способов невербального общения с людьми. Но такие технологии могут когда-нибудь понадобиться и в других ситуациях при необходимости реагировать на язык человеческого тела, например в больницах или школах.
«Существует предел тому, насколько мы, люди, можем эмоционально взаимодействовать с облачными чат-ботами или бестелесными динамиками умного дома, — отметил Липсон. — Наш мозг, кажется, хорошо реагирует на роботов, которые имеют какое-то узнаваемое физическое присутствие».
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
