华人博士研发「蓝脸」机器人，会6种情绪，会读人脸和表达，ICRA 2021已发表

　　

　　大数据文摘授权转载自机器人大讲堂

　　一款机器人正模仿奥巴马向你微笑。

　　模仿人类“尬笑”、“龇牙咧嘴”……

　　

　　这款机器人名叫EVA，由来自中国的哥伦比亚大学计算机科学专业在读博士生陈博源主导研发。

　　

　　EVA是一种新型机器人，它拥有一张柔软而富有表现力的脸，可以对微笑等表情做出回应。近五年来，美国的创意机器实验室（CreativeMachines Lab At Columbia Engineering）一直致力于研发EVA。

　　

　　有表情的机器人会不会更像人类？

　　“EVA的想法是几年前形成的，当时我和我的学生们开始注意到，我们实验室里的机器人正用圆滚滚的塑料眼睛盯着我们，”创意机器实验室主任霍德·利普森（HodLipson）说。

　　利普森在其他很多地方也遇到了拟人化的机器人，它们佩戴名牌，有的还穿着衣服，戴着手工编织的帽子。

　　“人们通过设计机器人的眼睛、身份和穿着使它们拟人化。”利普森畅想，“如果给这样的机器人设计一副富有表现力的表情，它们会不会变得更像人类？”

　　

　　

　　硬邦邦的机器人如何微笑？

　　但对于机器人专家来说，创造一张拟人化的机器脸一直是一个艰巨的挑战。几十年来，机器人的身体部件一直是由金属或硬塑料制成的，这些材料太硬了，不像人类皮肤那般灵动。

　　几年前，利普森的实验室开始开发有表情的机器人，当时是本科生的法拉（ZanwarFaraj）带领一组学生着手设计表情机器人EVA。目前EVA可以表现六种基本情绪，即以愤怒、厌恶、恐惧、喜悦、悲伤和惊讶为主的众多表情。实现这6种情绪表达的方法是通过人工“肌肉”(即电缆和马达)拉动EVA脸上特定的点，以模仿42块人类面部肌肉的活动。

　　

　　

　　“创建EVA最大挑战是设计一个足够紧凑的系统，使它在人类头骨大小的空间内，放入足够多可以呈现表情的部件。”法拉表示。

　　

　　会阅读表情的EVA

　　为了克服这一挑战，该团队使用3D打印来制造零件，这些精准复杂的零件与EVA的头骨无缝结合在一起。经过数周调试，EVA可以做出微笑、皱眉或是看起来心烦意乱的表情，这些表情具有一定真实性。利普森回忆道：“有一天，我在考虑自己的业务时，EVA突然给了我一个友好的微笑，我发现自己条件反射式地笑了起来。”

　　EVA的机械设计含以下四个模块，如下图：

　　

　　A为电机伺服模块（motor servo module ），EVA就是由它驱动，该模块通过底部的树莓派4控制。“皮肤”通过尼龙绳与10个电机相连，以受到控制作出相应表情。

　　B为有6个转动角度的自由度的眼睛模块，与前颅骨分离。

　　C为RGB摄像机，用于人表情的随机数据采集。

　　D为6自由度的颈部模块。

　　一旦团队对EVA的“机械原理”感到满意，他们就开始着手于该项目的第二个阶段：指导EVA使用人工智能对面部运动进行编程。EVA通过“观看”表情类视频，通过人工智能“阅读”他人表情，然后反映在自己“脸”上。

　　为了教EVA认清自己的“脸”是什么样子，团队拍摄了数小时它做各种“鬼脸”的视频。

　　

　　眉毛也可以动～

　　满足人们的情感需要

　　虽然面部表情在建立信任方面起着巨大的作用，但目前大多数机器人仍然是静态的扑克脸。随着机器人越来越多地使用于日常生活之中，人们会越来越需要一个反应更快、表面更逼真的机器人。例如医院中的护理机器人、学校中的教育机器人，人们不仅需要它提供功能性，还会希望它能提供情感上的连接。

　　研究人员指出，EVA只是一个处于实验阶段的机器人，仅能单纯地模仿表情。单纯地模仿与使用复杂表情和人类交流相去甚远，但EVA总有一天可以流畅地运用表情。

　　

　　创意机器实验室对机器人表情方面的研究很好地助力了机器人拟人化进程。目前已经学会阅读表情，并对他人表情做出简单回应的EVA机器人有望被使用在更广泛的生活场景中，满足人类在情感上的需要。

　　参考资料：

　　https://techxplore.com/news/2021-05-robot.htmlhttps://www.eecs.yorku.ca/~chenfsd/