來源：techxplore 編輯：LRS
【新智元導讀】 給機器人賦予情感一直是AI工程師在做的事，最近哥倫比亞華人博士研究了一個能做6種情緒、42種表情的機器人，臉是藍色的，看起來十分炫酷。相關工作已在ICRA 2021上發表。
機器人是否可以情感，一直是AI科學界和哲學界永恒的辯題。但不可否認的是，機器人冰冷的形象時常給他的創造者們帶來恐懼的感覺。
雖然我們的面部表情在建立信任方面發揮著巨大的作用，但大多數機器人仍然保持著職業撲克玩家那種空白和靜止的面容。
從療養院到倉庫和工廠，隨著機器人越來越多地出現在機器人和人類需要緊密合作的地方，人們越來越迫切地需要一個反應更靈敏、外觀更真實的機器人。
由於長期以來對機器人和人類之間的互動感興趣，Creative Machines Lab at Columbia Engineering的研究人員歷時五年，創造了 EVA，一個新的自主機器人，擁有一個柔軟而富有表情的臉，可以響應附近人類的表情。
這項研究已經在 ICRA 2021 會議上發表，機器人的設計藍圖已經於2021年4月在Hardware-X上開源了。研究人員主要來自來自哥倫比亞大學工程與套用科學學院。
其中一個研究人員Lipson發現，機器人透過他們塑膠的大眼睛盯著他，讓他感覺這個機器人缺少靈魂。
在雜貨店，他也發現了類似的趨勢，他在那裏遇到了佩戴名牌、戴著舒適的手工編織帽子的機器人。
人們似乎透過給機器人同事一個眼睛、一個身份或者一個名字來賦予他們人性, 這讓研究人感覺很好奇，如果眼睛和衣服都能表達情感，為什麽不制造一個擁有表情和反應更靈敏的人臉的機器人呢?
雖然這聽起來很簡單，但是對於機器人專家來說，創造一個令人信服的機器人臉是一個巨大的挑戰。
幾十年來，機器人的身體部件一直是由金屬或硬塑膠制成的，這些材料太硬，不能像人體組織那樣流動和移動。機器人的硬體也同樣粗糙，很難操作ーー電路、傳感器和發動機都很重、耗電量大、體積龐大。
幾年前，該計畫的第一階段於Lipson的實驗室啟動，當時本科生 Zanwar Faraj 帶領一個學生團隊建造機器人的物理機器。
他們把 EVA 建造成一個無實體的半身像，與Blue Man Group沈默但面部活潑的表演者有很強的相似性。
EVA 可以表達憤怒、厭惡、恐懼、喜悅、悲傷和驚訝這六種基本情緒，以及一系列更細微的情緒，透過使用人造肌肉(即電纜和馬達)拉動 EVA 臉上的特定點，模仿連線在人臉皮膚和骨骼上的超過42個微小肌肉的動作。
建立 EVA 的最大挑戰是設計一個足夠緊湊的系統，既能夠適應人類頭骨的範圍，又能夠產生各種面部表情。
為了克服這一挑戰，研究小組主要依靠3d 打印技術來制造具有復雜形狀的零件，這些零件與 EVA 的頭骨無縫、高效地結合在一起。經過幾個星期的努力，使 EVA 微笑，皺眉，或看起來沮喪，研究小組註意到 EVA 的藍色，脫離實體的臉可能引起他們的實驗室同事的情緒反應。
「有一天，我正在做自己的事情，長榮突然給了我一個大大的，友好的微笑,」Lipson回憶說。「我知道這完全是機械性的，但我發現自己條件反射地回以微笑。」
一旦團隊對 EVA 的機制感到滿意，他們就開始著手該計畫的第二個主要階段: 編寫人工智慧程式來指導 EVA 的面部運動。
盡管栩栩如生的電子機器人已經在主題公園和電影制片廠使用多年，但Lipson的團隊在技術上取得了兩大進步。EVA 使用深度學習人工智慧讀取和復制附近人臉的表情。EVA 模仿人類各種面部表情的能力是透過觀看自己的視訊反復試驗而獲得的。
最難自動化的人類活動包括在復雜的社會環境中發生的非重復性的身體運動。領導這個計畫軟體階段的Lipson博士生Boyuan Chen很快意識到 EVA 的面部運動過於復雜，不能按照預先定義的規則進行管理。
為了應對這一挑戰，Chen和另一個學生團隊使用幾個深度學習神經網路建立了 EVA 的大腦。機器人的大腦需要掌握兩種能力: 第一，學會利用自身復雜的機械肌肉系統來產生任何特定的面部表情; 第二，透過讀取人類的面部表情來知道要做哪些面部表情。
為了讓 EVA 知道自己的臉是什麽樣子，Chen和他的團隊拍攝了數小時的 EVA 隨機面孔連續鏡頭。然後，就像人類在 Zoom 上看自己一樣，EVA 的內部神經網路學會了將肌肉運動與它自己臉部的視訊片段結合起來。現在 EVA 對自己的臉是如何工作有了初步的認識(自我形象) ，它使用第二個網路將自己的自我形象與其攝影機捕捉到的人臉影像進行匹配。經過幾次改進和反復，EVA 獲得了從攝影機讀取人類面部表情的能力，並透過模仿人類面部表情做出回應。
研究人員指出，EVA 盡管是一個實驗室的實驗，單獨的模仿與人類透過面部表情進行交流的復雜方式相去甚遠，但是這種技術有朝一日可能會有有益的、真實的套用。
例如，能夠對各種各樣的人類肢體語言做出反應的機器人將在工作場所、醫院、學校和家庭中大有用處。
參考資料：https:// techxplore.com/news/202 1-05-robot.htmlhttps://www.eecs.yorku.ca/~chenfsd/
