華人博士研發「藍臉」機器人，會6種情緒，會讀人臉和表達，ICRA 2021已發表

2021-06-09 13:27:16

大資料文摘授權轉載自機器人大講堂

一款機器人正模仿奧巴馬向你微笑。

模仿人類「尬笑」、「齜牙咧嘴」……

這款機器人名叫EVA，由來自中國的哥倫比亞大學電腦科學專業在讀博士生陳博源主導研發。

EVA是一種新型機器人，它擁有一張柔軟而富有表現力的臉，可以對微笑等表情做出迴應。近五年來，美國的創意機器實驗室（CreativeMachines Lab At Columbia Engineering）一直致力於研發EVA。

有表情的機器人會不會更像人類？

「EVA的想法是幾年前形成的，當時我和我的學生們開始注意到，我們實驗室裡的機器人正用圓滾滾的塑料眼睛盯著我們，」創意機器實驗室主任霍德·利普森（HodLipson）說。

利普森在其他很多地方也遇到了擬人化的機器人，它們佩戴名牌，有的還穿著衣服，戴著手工編織的帽子。

「人們通過設計機器人的眼睛、身份和穿著使它們擬人化。」利普森暢想，「如果給這樣的機器人設計一副富有表現力的表情，它們會不會變得更像人類？」

硬邦邦的機器人如何微笑？

但對於機器人專家來說，創造一張擬人化的機器臉一直是一個艱鉅的挑戰。幾十年來，機器人的身體部件一直是由金屬或硬塑料製成的，這些材料太硬了，不像人類面板那般靈動。

幾年前，利普森的實驗室開始開發有表情的機器人，當時是本科生的法拉（ZanwarFaraj）帶領一組學生著手設計表情機器人EVA。目前EVA可以表現六種基本情緒，即以憤怒、厭惡、恐懼、喜悅、悲傷和驚訝為主的眾多表情。實現這6種情緒表達的方法是通過人工「肌肉」(即電纜和馬達)拉動EVA臉上特定的點，以模仿42塊人類面部肌肉的活動。

「創建EVA最大挑戰是設計一個足夠緊湊的系統，使它在人類頭骨大小的空間內，放入足夠多可以呈現表情的部件。」法拉表示。

會閱讀表情的EVA

為了克服這一挑戰，該團隊使用3D列印來製造零件，這些精準複雜的零件與EVA的頭骨無縫結合在一起。經過數週偵錯，EVA可以做出微笑、皺眉或是看起來心煩意亂的表情，這些表情具有一定真實性。利普森回憶道：「有一天，我在考慮自己的業務時，EVA突然給了我一個友好的微笑，我發現自己條件反射式地笑了起來。」

EVA的機械設計含以下四個模組，如下圖：

A為電機伺服模組（motor servo module ），EVA就是由它驅動，該模組通過底部的樹莓派4控制。「面板」通過尼龍繩與10個電機相連，以受到控制作出相應表情。

B為有6個轉動角度的自由度的眼睛模組，與前顱骨分離。

C為RGB攝像機，用於人表情的隨機資料採集。

D為6自由度的頸部模組。

一旦團隊對EVA的「機械原理」感到滿意，他們就開始著手於該項目的第二個階段：指導EVA使用人工智慧對面部運動進行程式設計。EVA通過「觀看」表情類視訊，通過人工智慧「閱讀」他人表情，然後反映在自己「臉」上。

為了教EVA認清自己的「臉」是什麼樣子，團隊拍攝了數小時它做各種「鬼臉」的視訊。

眉毛也可以動～

滿足人們的情感需要

雖然面部表情在建立信任方面起著巨大的作用，但目前大多數機器人仍然是靜態的撲克臉。隨著機器人越來越多地使用於日常生活之中，人們會越來越需要一個反應更快、表面更逼真的機器人。例如醫院中的護理機器人、學校中的教育機器人，人們不僅需要它提供功能性，還會希望它能提供情感上的連線。

研究人員指出，EVA只是一個處於實驗階段的機器人，僅能單純地模仿表情。單純地模仿與使用複雜表情和人類交流相去甚遠，但EVA總有一天可以流暢地運用表情。

創意機器實驗室對機器人表情方面的研究很好地助力了機器人擬人化程序。目前已經學會閱讀表情，並對他人表情做出簡單迴應的EVA機器人有望被使用在更廣泛的生活場景中，滿足人類在情感上的需要。

參考資料：

https://techxplore.com/news/2021-05-robot.html

https://www.eecs.yorku.ca/~chenfsd/

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