I ricercatori creano un robot autonomo che imita le espressioni umane
Immagine: Creative Machines LabI ricercatori del Creative Machines Lab della Columbia Engineering hanno sviluppato un nuovo robot autonomo chiamato EVA, che ha un viso morbido ed espressivo che si abbina alle espressioni degli umani vicini.
La nuova ricerca sarà presentata il 30 maggio alla conferenza dell’ICRA. I progetti per il robot sono open-source su Hardware-X.
Hod Lipson è James and Sally Scapa Professor of Innovation (ingegneria meccanica) e direttore del Creative Machines Lab.
“L’idea di EVA ha preso forma alcuni anni fa, quando io e i miei studenti abbiamo iniziato a notare che i robot nel nostro laboratorio ci stavano fissando attraverso occhi di plastica e finti”, ha detto Lipson.
Robot umanizzanti
Secondo Lipson, ha notato una tendenza simile nei negozi di alimentari, dove ha osservato il rifornimento di robot che sono stati umanizzati con cose come i badge nominativi.
“Le persone sembravano umanizzare i loro colleghi robotici dando loro occhi, un’identità o un nome”, ha detto. “Questo ci ha fatto chiedere, se gli occhi e i vestiti funzionano, perché non creare un robot che abbia un volto umano super espressivo e reattivo?”
I robotisti hanno lavorato per creare volti robotici convincenti ormai da molto tempo, ma il compito non è facile. Le parti del corpo dei robot sono tradizionalmente costituite da metallo o plastica dura, che sono troppo rigide per muoversi allo stesso modo dei tessuti umani. Anche l’hardware robotico è stato spesso difficile da lavorare data la quantità di circuiti, sensori e motori pesanti e ad alta intensità energetica.
Costruire EVA
Il progetto è iniziato diversi anni fa nel laboratorio di Lipson, quando lo studente universitario Zanwar Faraj ha guidato un team di studenti per costruire il “macchinario” fisico del robot. EVA è stato inizialmente costruito come un busto disincarnato, e ora il robot può esprimere sei emozioni di base di rabbia, disgusto, paura, gioia, tristezza e sorpresa. L’EVA può anche esprimere altre emozioni sfumate facendo affidamento su “muscoli” artificiali sotto forma di cavi e motori. Questi muscoli artificiali tirano su punti specifici sul viso di EVA, il che consente al robot di imitare i movimenti di oltre 42 minuscoli muscoli attaccati alla pelle e alle ossa dei volti umani.
“La sfida più grande nella creazione di EVA è stata progettare un sistema che fosse abbastanza compatto da adattarsi ai confini di un cranio umano pur essendo abbastanza funzionale da produrre una vasta gamma di espressioni facciali”, ha detto Faraj.
Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno utilizzato la stampa 3D per creare parti con forme complesse e queste sono state in grado di essere integrate con il cranio di EVA.
“Un giorno stavo pensando ai miei affari quando EVA mi ha improvvisamente rivolto un grande sorriso amichevole”, ha detto Lipson. “Sapevo che era puramente meccanico, ma mi sono ritrovato a sorridere di riflesso.”
Programmazione dell’AI
Il team è poi andato avanti per programmare l’intelligenza artificiale che ha permesso i movimenti facciali di EVA. Il robot fa affidamento sull’intelligenza artificiale di apprendimento profondo per “leggere” e quindi imitare le espressioni degli esseri umani vicini, ed EVA impara per tentativi ed errori quando guarda i video di se stesso.
Secondo Boyuan Chen, studente di dottorato di Lipson che ha guidato la fase del software, i movimenti facciali di EVA erano troppo complessi per essere governati da regole predefinite, quindi sono state utilizzate diverse reti neurali di apprendimento profondo per creare il cervello di EVA.
Il cervello del robot doveva prima imparare a usare il suo complesso sistema di muscoli meccanici per generare le espressioni facciali, e poi doveva imparare a “leggere” i volti degli umani per poi imitarli.
Il team ha filmato EVA mentre faceva facce casuali per ore, e poi la rete neurale interna di EVA ha imparato ad accoppiare il movimento muscolare con il filmato, il che significa che aveva un’idea di come funzionava la sua stessa faccia. Una seconda rete è stata quindi utilizzata per abbinare la propria immagine di sé con quella di un volto umano e, in seguito a diversi aggiustamenti, EVA è stata in grado di leggere i gesti del volto umano da una telecamera e quindi rispondere imitando la stessa espressione facciale.
Questi tipi di robot potrebbero essere utilizzati in luoghi come ospedali, scuole e case.
“C’è un limite a quanto noi umani possiamo interagire emotivamente con chatbot basati su cloud o altoparlanti disincarnati per la casa intelligente”, ha affermato Lipson. “Il nostro cervello sembra rispondere bene ai robot che hanno una sorta di presenza fisica riconoscibile”.
“I robot sono intrecciati nelle nostre vite in un numero crescente di modi, quindi creare fiducia tra esseri umani e macchine è sempre più importante”, ha aggiunto Chen.
