EVA, ein selbstlernender Roboter. Columbia Engineering/YouTube
Forscher des Creative Machines Lab haben EVA entwickelt, ein Robotergesicht, das menschliche Gesichtsausdrücke in Echtzeit nachahmen kann. EVA dafür zu lehren dauerte über fünf Jahre. Die Forschung, die von Columbia Engineering in New York durchgeführt wurde, wurde beider ICRA-Konferenz am 30. Mai 2021.
Das Team verwendete künstliche Deep-Learning-Intelligenz, um es EVA zu ermöglichen, Videos zu sehen, in denen sie zufällige Gesichter macht, und sich selbst beizubringen, wie man sie macht. Dann nutzten sie diese Informationen, um menschliche Gesichtsausdrücke, die mit einer Videokamera aufgenommen wurden, auf ihr Gesicht zu spiegeln.
Bei einem lächelnden Roboter geht es nicht nur ums Programmieren
Von Pflegeheimen bis Lebensmittelgeschäfte, der Einsatz von Robotern nimmt zu. Mensch und Roboter arbeiten heute mehr denn je eng zusammen. In vielen Arbeitsbereichen geben Menschen ihre Roboterkollegen ein Name oder Augen auf sie ziehen, um sie zu vermenschlichen. Im Gegenzug Roboter kann nur die standardmäßigen stoischen Gesichter anbieten, mit denen sie hergestellt werden.
Buoyant Chen, einer der Forscher, die am EVA-Projekt mitgearbeitet haben, sagt: „Roboter sind auf immer mehr Arten in unser Leben verflochten. Daher ist es wichtig, Vertrauen zwischen Mensch und Maschine aufzubauen.“
Vor einigen Jahren bemerkte Hod Lipson, Chens Berater, mit seinen Schülern, wie Roboter in ihren Labors sie mit ihren Plastikaugen anstarrten. Lipson erinnert sich an diesen Vorfall und sagt: „Es gibt eine Grenze, wie viel wir uns engagieren könnenemotional mit Chatbots oder Smart-Home-Lautsprechern. Unser Gehirn reagiert gut auf Roboter, die eine erkennbare physische Präsenz haben." Als Direktor des Creative Machines Lab leitete Lipson den Studenten Zanwar Faraj, um ein reaktionsschnelles und ausdrucksstarkes Robotergesicht zu entwerfen.
Faraj stand vor einer ziemlichen Herausforderung. Viele Jahrzehnte wurden Roboter aus Metall oder Hartplastik hergestellt. Robotergesichter beherbergen rohe und sperrige Komponenten wie Sensoren, Schaltungen und Motoren. Farajs Team nutzte 3D-Druck, um die Herausforderung zu meistern und fertigteTeile, die in ein von der Blue Man Group inspiriertes Gesicht passen würden, das sie EVA nannten.
Das Team verbrachte mehrere Wochen damit, herauszufinden, welche 'Muskeln' Motoren und Kabel sich für ein Lächeln, für ein Stirnrunzeln und für die vielen anderen nuancierten Emotionen, zu denen das menschliche Gesicht fähig ist, bewegen müssen. Sobald das Team die Mechanik hatteaussortiert, wechselten sie zum Programmierteil des Projekts.
Gesichtsausdrücke sind komplex
Chen, verantwortlich für den Software-Teil des Projekts, erkannte, dass Gesichtsausdrücke in sozialen Umgebungen ein zu komplexes Problem sind, um durch einige voreingestellte Regeln geregelt zu werden. Er arbeitete mit einem anderen Team und erstellte ein Gehirn für EVA mit neuronalem Deep LearningNetzwerke. Ein neuronales Netzwerk ist vom menschlichen Gehirn inspiriert und besteht aus einer Reihe von Algorithmen, die versuchen, die zugrunde liegende Beziehung in einem Datensatz zu verstehen. In einem Deep-Learning-Setup arbeitet das neuronale Netzwerk mit Rohdaten als Eingabe'lernt' das neuronale Netz auch, welche Daten wichtig sind und benötigt werden, um seine Funktion zu erfüllen.
Chens Team zeichnete EVA auf, wie sie zufällige Gesichter machte, und zeigte ihr dann das Filmmaterial. EVAs 'Gehirn' kombinierte diese Gesichtsausdrücke mit ihrer eigenen 'Muskel'-Bewegung und lernte, wie ihr eigenes Gesicht funktioniertedie Bilder eines menschlichen Gesichts, die mit einer Videokamera aufgenommen wurden, auf ihr eigenes Gesicht zu spiegeln.
Das Team von Creative Machines Lab weiß, dass die Nachahmung von Ausdrücken nur ein kleiner Tropfen auf den Ozean der komplexen Art und Weise ist, wie Menschen kommunizieren. Obwohl EVA ein Laborexperiment ist, sind sie zuversichtlich, dass ihre Technologie in der realen Welt Anwendung finden wird. In Zukunft, Roboter, die in der Lage sind, die menschliche Körpersprache zu „lesen“ und auf sie zu reagieren, können bei der Arbeit, in Krankenhäusern und sogar in Schulen eingesetzt werden.
Weitere Informationen zum EVA-Projekt finden Sie auf der Projektwebsite. Um in eine Welt der neugierigen und kreativen Maschinen einzutauchen, besuchen Sie die Kreativmaschinenlabor