Istraživači Laboratorija kreativnih strojeva pri Columbia Engineeringu već pet godina rade na stvaranju EVA-e, novog autonomnog robota mekog i izražajnog lica koji reagira u skladu s izrazima obližnjih ljudi. Istraživanje je predstavljeno na konferenciji ICRA, a nacrti robota na Hardware-X.

Ideja za izradu ekspresivnog robota došla je nakon što su studentima i profesorima strojarstva dosadili bezizražajni roboti staklenih očiju, porazbacani po tamošnjem laboratoriju. Nije im promaklo ni to da ljudi često "humaniziraju" robote dajući im razna imena i odijevajući ih u raznu odjeću. To ih je nagnalo da pokušaju izraditi robota  koji ima izražajno, lice nalik ljudskom. 

Šest osnovnih emocija

Iako ovo zvuči jednostavno, stvaranje uvjerljivog robotskog lica bio je velik izazov za robotičare. Desetljećima su robotski dijelovi tijela izrađivani od metala ili tvrde plastike, materijala prekrutog da bi oponašao ljudsko tkivo. 

Prva faza projekta započela je u laboratoriju u kojem su studenti konstruirali bestjelesno poprsje nazvao EVA. Ovaj robot može izraziti šest osnovnih emocija bijesa, gnušanja, straha, radosti, tuge i iznenađenja, kao i niz nijansiranijih emocija, pomoću umjetnih "mišića", zapravo žica i motora koji povlače određene točke na robotskom licu. EVA oponaša pokrete više od 42 sićušna mišića ljudskog lica.

Najveći izazov bilo je dizajniranje sustava, dovoljno kompaktnog da stane unutar granica ljudske lubanje i dovoljno funkcionalnog za izvođenje širokog spektra izraza lica. Robotičari su se uvelike oslanjali na 3D ispis složenih oblika koji su se neprimjetno i učinkovito integrirali s lubanjom.

Nakon tjedana povlačenja žica kako bi se EVA nasmiješila, namrštila ili izgledala uzrujano, tim je primijetio da njeno plavo, bestjelesno lice može izazvati emocionalne odgovore. 

Čitanje i zrcaljenje izraza ljudskog lica

U drugoj fazi robotičari su se pozabavili programiranjem umjetne inteligencije koja bi vodila EVA-ine pokrete lica. Iako su se životni animatronički roboti godinama koristili u tematskim parkovima i filmskim studijima, postignuta su dva tehnološka napretka. EVA koristi duboko učenje umjetne inteligencije za "čitanje", a zatim i zrcaljenje izraza na obližnjim ljudskim licima. A EVA-ina sposobnost oponašanja širokog spektra različitih ljudskih izraza lica uči se pokušajem i pogreškom gledajući videozapise.

Najteže ljudske aktivnosti za automatizaciju uključuju fizičke pokrete koji se ne ponavljaju i odvijaju se u složenim društvenim okruženjima. EVA-ini pokreti lica previše su složen proces da bi se njime upravljalo unaprijed definiranim skupom pravila. Robotičari su stoga stvorili su EVA-in mozak koristeći nekoliko neuronskih mreža dubokog učenja.

Mozak robota trebao je svladati dvije sposobnosti: prvo, naučiti koristiti vlastiti složeni sustav mehaničkih mišića za generiranje određenog izraza lica, i, drugo, znati koja lica treba napraviti "čitajući" lica ljudi.

Stvaranje slike o sebi

Robotičari su napravili sate snimaka na kojima EVA radi razne grimase. Potom su EVA-ine unutarnje neuronske mreže naučile spajati pokrete mišića s video snimkama vlastitog lica. Sada kada je EVA stekla "sliku o sebi", počela je tu sliku usklađivati sa slikom ljudskog lica snimljenog video kamerom. Na kraju je EVA je stekla sposobnost čitanja gesta ljudskog lica s kamere i reagiranja zrcaljenjem izraza lica tog čovjeka.

EVA je laboratorijski eksperiment, a mimikrija je još uvijek daleko od složenih načina na koje ljudi komuniciraju pomoću izraza lica. Ali takve tehnologije mogle bi jednog dana imati korisne stvarne primjene. Na primjer, roboti koji mogu odgovoriti na širok spektar govora ljudskog tijela bili bi korisni na radnim mjestima, u bolnicama, školama i domovima.