Dlaczego nauczenie robotów mrugania jest trudne, ale ważne

Ten eksperyment z bębnieniem został zaprojektowany, aby sprawdzić, jak obecność robota wykonującego to samo zadanie wpływa na zachowanie człowieka.

Jest to jeden z wielu eksperymentów dotyczących interakcji człowiek-robot prowadzonych przez grupę badawczą CONTACT (Cognitive Architecture of Collaboratove Technologies) we włoskim Instytucie Technologii w Genui.

Choć jestem świadoma świateł i innych osób w pokoju, mój wzrok wciąż przyciąga ciężka biała powieka iCuba.

Po pierwsze, gdy robot mruga co kilka sekund, słychać wyraźny dźwięk. A ponieważ ten przypominający dziecko robot ma wyraziste, zbyt duże oczy, jego spojrzenie jest zniewalające.

Ma to znaczenie, ponieważ w przypadku mrugania, podobnie jak w przypadku innych aspektów spojrzenia, jest więcej niż się wydaje na pierwszy rzut oka.

„Chociaż często zakłada się, że mruganie jest tylko odruchową funkcją fizjologiczną związaną z funkcjami ochronnymi i nawilżaniem oczu, pełni ono również ważną rolę we wzajemnej interakcji”, komentuje Helena Kiilavuori, badaczka psychologii z Uniwersytetu w Tampere w Finlandii.

Ludzkie mruganie przekazuje uwagę i emocje. Jako środek komunikacji niewerbalnej wyraża wiele rzeczy, z których nie zdajemy sobie sprawy, np. kto powinien przejąć inicjatywę w rozmowie.

Jest to więc tylko jeden z wielu sygnałów społecznych, które człowiek nieustannie wymienia, nie będąc ich świadomym, a jednocześnie czerpiąc z nich wiele informacji i pocieszenia.

Robotycy społeczni badali więc zarówno fizyczne, jak i psychologiczne właściwości ludzkiego mrugania, aby zrozumieć dlaczego dopasowanie go do robotów może być przydatne.

„Ze względu na wiele ważnych funkcji mrugania w zachowaniu człowieka, można by założyć, że posiadanie przez roboty mrugających oczu mogłoby znacząco zwiększyć ich postrzegane podobieństwo do człowieka. To z kolei mogłoby ułatwić interakcję człowiek-robot”, mówi pani Kiilavuori.

Mówiąc inaczej, „kiedy robot dobrze mruga, ludzie wczuwają się w twoją postać”, mówi David Hanson, który prowadzi firmę Hanson Robotics.

Badania CONTACT przeprowadzone we Włoszech wśród 13-latków i dorosłych pokazują, że obie grupy po prostu bardziej lubią mrugające roboty. Niemrugający robot może wywołać u człowieka nieprzyjemne wrażenie, że robot jest w niego wpatrzony, podkreśla Alessandra Sciutti, która kieruje jednostką CONTACT.

Co więcej, ludzie postrzegają roboty, które mrugają bardziej naturalnie, jako bardziej inteligentne, Inteligencja ma znaczenie w sytuacjach, w których ludzie polegają na robotach w zakresie informacji, np. na stacjach kolejowych.

Pomimo korzyści płynących z naturalnie wyglądającego mrugania, zintegrowanie go z robotami (poza awatarami i robotami wyposażonymi w ekrany do wyświetlania twarzy) jest technicznie trudne.

„Mrugnięcia należą do najsubtelniejszych ludzkich ruchów, dlatego zaprojektowanie mechanizmów, które mogą naśladować te ruchy, wymaga zaawansowanej technologii, takiej jak silniki o wysokiej precyzji”, wyjaśnia pani Kiilavuori. Konstruktorzy robotów z Engineered Arts używają na przykład drogich silników klasy lotniczej, a także projektują własną elektronikę sterującą.

Dokładniej, mówi pan Hanson z Hanson Robotics, „prędkość silników poruszających materiałem skóry podczas mrugania jest naprawdę wymagająca, a sprawienie, by kształt oka wyglądał naturalnie podczas mrugania, jest również wyzwaniem. Jak również zmniejszenie tarcia pomiędzy sztucznymi powiekami a samą powierzchnią oka.”

Kolejną kwestią jest kompromis między szybkością i dźwiękiem zmotoryzowanego mrugania. Francesco Rea, starszy technik w jednostce CONTACT, mówi, że w robocie iCub cichszy silnik mógłby stłumić dźwięk mrugania, Jednak wolniejszy ruch sprawia, że robot wygląda sennie lub jak kot.

Bardzo wolne mrugnięcia również grożą utratą informacji wizualnej, ponieważ kamera iCuba znajduje się za oczami. „W wizji, brak dwóch klatek nie jest tak dużym problemem”, mówi pan Rea. „Brakujące dziesięć klatek zaczyna być problemem”.

Pani Kiilavuori dodaje, „kolejnym wyzwaniem jest prawidłowy czas i długość trwania mrugnięć”. Różne funkcje, które wykonuje mruganie, takie jak to, jak osoba zmienia prędkość mrugania podczas mówienia kłamstwa, obejmują różne dynamiki powiek, a także różne stany emocjonalne.

„Każde odstępstwo od naturalnego, odpowiedniego czasu i długości mrugania, w danym kontekście, może sprawić, że robot będzie wydawał się dziwny i będzie wzbudzał niepokój”, mówi.

Zespół CONTACT używa programu, który częściowo randomizuje odstępy między pojedynczymi i podwójnymi mrugnięciami. W końcu stałe mruganie też nie wyglądałoby naturalnie.

W Disney Research konstruktorzy robotów połączyli siły z animatorami postaci, aby opracować prototyp badawczy realistycznego spojrzenia robota. Celem jest zaprojektowanie ekspresyjnego systemu spojrzenia, który byłby łatwy do kontrolowania przez animatorów w celu przekazania subtelnych emocji.

Dzięki takim elementom jak krzywizny ruchu powiek „możemy jakby wyizolować te indywidualne zachowania, co sprawia, że o wiele łatwiej jest naprawdę skoncentrować się na uzyskaniu poprawnych małych aspektów i drobnych szczegółów”, mówi James Kennedy, naukowiec z Disney Research.

Opatentowali oni swój system robotycznego wyczuwania i kontroli spojrzenia. Obejmuje on oprogramowanie do przetwarzania obrazów wykonywanych przez kamerę umieszczoną w klatce piersiowej robota oraz generowanie sygnałów sterujących ruchami takimi jak otwieranie i zamykanie powiek.

Pan Kennedy mówi, że badania pozostają bardziej eksperymentalne i nie są jeszcze stosowane w parkach tematycznych Disneya. „Naszym celem było wybranie jednego sygnału społecznego, którym bylibyśmy zainteresowani i popchnięcie go tak daleko, jak tylko mogliśmy w tworzeniu realistycznego, wiarygodnego ruchu i zachowania, które, jak uważaliśmy, zapewniłby płaszczyznę do zaangażowania się z ludźmi”.

Technologia musiałaby zostać dopracowana, aby np. system spojrzenia pozostał wiarygodny w dłuższych interakcjach z ludźmi.

Innym ogólnym wyzwaniem byłoby skłonienie humanoidalnych robotów do rozpoczęcia synchronizacji ich wzorców mrugania z wzorcami ludzi, tak jak to robią ludzie podczas rozmowy.

Tego typu wyzwania wciąż są fascynujące dla konstruktorów robotów. I w przeciwieństwie do przesadnych popkulturowych wyobrażeń o androidach, które są nie do odróżnienia od ludzi, mruganie jest jednym z wielu drobnych przykładów złożoności, które wciąż sprawiają, że interakcje z robotami nie wydają się całkowicie naturalne.

Próbując odtworzyć mechanizm tak maleńki i czasem niedoceniany jak mruganie, „w rzeczywistości ujawniasz, jak bardzo złożony jest ten mechanizm, a następnie jak wiele jest subtelnych ruchów”, zauważa pan Kennedy. „I tu właśnie mamy tę naprawdę wielką szansę na eksplorację i inwencję”.