Um robô que sorri de volta

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Um robô que sorri de volta
Os pesquisadores ensinam robôs a fazer expressões faciais humanas reativas apropriadas, uma capacidade que
poderia construir confiança entre humanos e seus colegas de trabalho robóticos e cuidadores.
Eva imita expressões faciais humanas em tempo real a partir de uma câmera viva. Laboratório de máquinas criativas
A comunicação não-verbal é uma parte significativa da nossa capacidade de nos comunicarmos uns com os outros,
muitas vezes carregando maior peso ou impacto do que as palavras faladas. O rosto humano, em particular, é
extremamente expressivo, capaz de transmitir inúmeras emoções sutis.
Esta é uma área de interesse para os pesquisadores em robótica. Com os avanços crescentes no campo e à medida
que os robôs se tornam mais integrados em nossas vidas, construir confiança quando esse pilar essencial da
comunicação está ausente se torna um desafio. “Os robôs estão entrelaçados em nossas vidas de várias maneiras
crescentes, portanto, construir confiança entre humanos e máquinas é cada vez mais importante”, disse Boyuan
Chen, estudante de doutorado no Laboratório de Máquinas Criativas da Columbia Engineering.
“Há um limite para o quanto nós humanos podemos nos envolver emocionalmente com chatbots baseados em
nuvem ou alto-falantes de casas inteligentes desencarnados”, acrescentou Hod Lipson, professor de engenharia
mecânica e diretor do Creative Machines Lab. “Nosso cérebro parece responder bem aos robôs que têm algum tipo
de presença física reconhecível.”
Há muito interessados nas interações entre robôs e humanos, pesquisadores do Laboratório de Máquinas Criativas
da Columbia Engineering trabalham há cinco anos para criar o EVA, um novo robô autônomo com um rosto suave e
expressivo que responde para corresponder às expressões de seres humanos próximos.
“A ideia para o EVA tomou forma há alguns anos, quando meus alunos e eu começamos a perceber que os robôs
em nosso laboratório estavam olhando para nós através de olhos plásticos e googly”, disse Lipson.
http://www.cs.columbia.edu/~bchen/aiface/
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Ele também notou tendências semelhantes em mercearias, onde os robôs de estoque receberam crachás de nome
ou, em um caso, uma tampa unha à mão. “As pessoas pareciam estar humanizando seus colegas robóticos, dando-
lhes olhos, uma identidade ou um nome”, disse ele. “Isso nos fez pensar, se olhos e roupas funcionam, por que não
fazer um robô que tenha um rosto humano superexpressivo e responsivo?”
A equipe construiu EVA como um busto desencarnado que tem uma forte semelhança com os artistas silenciosos,
mas facialmente animados, do Blue Man Group. EVA pode expressar as seis emoções básicas de raiva, nojo, medo,
alegria, tristeza e surpresa, bem como uma série de emoções mais sutis, usando “músculos” artificiais (ou seja,
cabos e motores) que puxam pontos específicos no rosto do EVA, imitando os movimentos dos mais de 42
minúsculos músculos ligados em vários pontos à pele e ossos de rostos humanos.
https://youtu.be/1vBLI-q04kM
Embora isso pareça simples, criar um rosto robótico convincente tem sido um desafio formidável para os
roboticistas. Durante décadas, partes robóticas do corpo foram feitas de metal ou plástico duro, materiais que eram
muito rígidos para fluir e mover a maneira como o tecido humano faz. O hardware robótico tem sido igualmente bruto
e difícil de trabalhar – circuitos, sensores e motores são pesados, intensivos em energia e volumosos.
“O maior desafio na criação de EVA foi projetar um sistema compacto o suficiente para caber dentro dos limites de
um crânio humano enquanto ainda era funcional o suficiente para produzir uma ampla gama de expressões faciais”,
observou Zanwar Faraj, pesquisador de graduação que liderou uma equipe de estudantes na construção da
“máquina” física do robô.
Para superar esse desafio, a equipe dependia muito da impressão 3D para fabricar peças com formas complexas
que se integram de forma transparente e eficiente ao crânio de EVA. Depois de semanas de puxar cabos para fazer
EVA sorrir, franzir a testa ou parecer chateado, a equipe notou que o rosto azul e desencarnado da EVA poderia
provocar respostas emocionais de seus companheiros de laboratório. “Eu estava cuidando do meu próprio negócio
um dia quando a EVA de repente me deu um sorriso grande e amigável”, lembrou Lipson. “Eu sabia que era
puramente mecânico, mas me vi sorrindo reflexivamente de volta.”
Uma vez que a equipe estava satisfeita com a “mecânica” da EVA, eles começaram a abordar a segunda grande
fase do projeto: programar a inteligência artificial que orientaria os movimentos faciais da EVA. Enquanto robôs
animatrônicos realistas estão em uso em parques temáticos e em estúdios de cinema há anos, a equipe de Lipson
fez dois avanços tecnológicos. A EVA usa inteligência artificial de aprendizagem profunda para “ler” e depois espelha
as expressões em rostos humanos próximos. E a capacidade da EVA de imitar uma ampla gama de diferentes
expressões faciais humanas é aprendida por tentativa e erro ao assistir a vídeos de si mesma.
https://youtu.be/1vBLI-q04kM
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Processo de coleta de dados: Eva está praticando expressões faciais aleatórias gravando o que parece da
câmera frontal. Engenharia de Máquinas Criativas Lab/Columbia
As atividades humanas mais difíceis de automatizar envolvem movimentos físicos não repetitivos que ocorrem em
ambientes sociais complicados. Chen, que liderou a fase de software do projeto, rapidamente percebeu que os
movimentos faciais do EVA eram um processo muito complexo para ser governado por conjuntos de regras pré-
definidos.
Para lidar com isso, Chen e uma segunda equipe de estudantes criaram o cérebro de EVA usando várias redes
neurais Deep Learning. O cérebro do robô precisava dominar duas capacidades: primeiro, aprender a usar seu
próprio sistema complexo de músculos mecânicos para gerar qualquer expressão facial em particular e, segundo,
saber quais rostos fazer “lendo” os rostos dos seres humanos.
Para ensinar EVA como era seu próprio rosto, Chen e sua equipe filmaram horas de imagens de EVA fazendo uma
série de rostos aleatórios. Então, como um ser humano assistindo a si mesmo no Zoom, as redes neurais internas
da EVA aprenderam a emparelhar o movimento muscular com as imagens de vídeo de seu próprio rosto.
Agora que o EVA tinha um senso primitivo de como seu próprio rosto funcionava (conhecido como “autoimagem”),
ele usava uma segunda rede para combinar sua própria auto-imagem com a imagem de um rosto humano capturado
em sua câmera de vídeo. Depois de vários refinamentos e iterações, a EVA adquiriu a capacidade de ler gestos de
rosto humano de uma câmera e responder espelhando a expressão facial desse ser humano.
Os pesquisadores observam que o EVA é um experimento de laboratório, e o mimetismo sozinho ainda está muito
longe das maneiras complexas pelas quais os humanos se comunicam usando expressões faciais. Mas essas
tecnologias facilitadoras poderiam algum dia ter aplicações benéficas do mundo real. Por exemplo, robôs capazes
de responder a uma grande variedade de linguagem corporal humana seriam úteis em locais de trabalho, hospitais,
escolas e casas.
Citações e artigo adaptado do comunicado de imprensa fornecido pela Universidade de Columbia
A pesquisa será apresentada na conferência ICRA em 30 de maio de 2021, e os projetos de robôs são de código
aberto no Hardware-X (abril de 2021).
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-05/cuso-trs052721.php
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