Een robot laten glimlachen

In een volledig nieuwe rimpel op het oude gezegde, Smile and the world smiles with you, frons en jij fronst alleen, Japanse onderzoekers produceren een generatie robots die menselijke gezichtsuitdrukkingen kunnen identificeren en er vervolgens op kunnen reageren. Een team onder leiding van Fumio Hara, een professor werktuigbouwkunde aan de Science University van Tokyo, heeft een vrouwelijk robothoofd gebouwd dat zowel angst, geluk, verrassing, verdriet, woede en walging kan herkennen en uiten.

Het belangrijkste doel van Hara's project, dat wordt ondersteund door een vijfjarige subsidie ​​van $ 3 miljoen van de Japanse overheid, is niet alleen het produceren van een robotversie van aap-zie, aap-do. In plaats daarvan is het de bedoeling om robots te maken die met ons meeleven en ons een comfortabeler gevoel geven als ze emotionele veranderingen op ons gezicht lezen. De onderzoekers verwachten dat dergelijke visueel emotionele robots gewaardeerd zouden worden door fabrieksarbeiders die gedwongen werden om de lijn te delen met elektronische collega's. De robots kunnen zelfs nuttig zijn als leerhulpmiddel voor bepaalde autistische kinderen met een communicatiestoornis die het voor hen moeilijk maakt om gezichtsuitdrukkingen te begrijpen en er correct op te reageren.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van oktober 1997

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Een verrassend kenmerk van Hara's onderzoek is het ontstaan ​​ervan. Tijdens de grote economische expansie in Japan in de jaren zeventig begonnen er ongelukken te gebeuren in nieuw gebouwde chemische fabrieken. Hara vermoedde dat exploitanten van installaties moeite hadden om problemen op te sporen door banken met digitale uitleespanelen te lezen. Ik dacht dat ze een meer algemeen beeld nodig hadden van wat er in de fabriek aan de hand was, zegt hij, en als er iets misgaat, kan dat bijvoorbeeld worden uitgedrukt als een droevig gezicht.

Helaas kregen de ingenieurs al snel te maken met grote hindernissen. Ze ontdekten dat het niet alleen moeilijk was om gezichtsuitdrukkingen toe te wijzen aan het brede scala aan operationele fouten - van een rommelige fabrieksvloer tot gevaarlijke veranderingen in temperatuur of druk in het productieproces - maar ook dat individuele menselijke operators dezelfde uitdrukkingen op verschillende manieren interpreteerden . De taak om gezichtsuitdrukkingen te koppelen aan plantomstandigheden bleek uiteindelijk zo complex dat Hara het onderzoek opgaf.

Maar in het midden van de jaren tachtig, toen een van zijn studenten interesse toonde in robotonderzoek, vroeg Hara zich af of de gezichtsuitdrukkingsbenadering, hoewel een mislukking op fabrieksniveau, zou kunnen werken tussen individuele robots en mensen. Om te beginnen maakte hij gebruik van het werk van Paul Ekman, hoogleraar psychologie aan de Universiteit van Californië in San Francisco, die de bewegingen van menselijke gezichtsuitdrukkingen in 44 categorieën of actie-eenheden verdeelde. Elke actie-eenheid zou overeenkomen met een individuele beweging, zoals wenkbrauwen die omhoog of omlaag gaan of lippen tuiten. Het op verschillende manieren combineren van actie-eenheden leverde verschillende uitdrukkingen op. Walging houdt bijvoorbeeld in dat je het voorhoofd laat zakken, de neus rimpelt en de kin optilt.

Vanaf de jaren negentig begon Hara's groep met het creëren van zes uitdrukkingen - angst, geluk, verrassing, verdriet, woede en walging - die volgens Ekman universeel zijn voor alle menselijke culturen. Het team construeerde een aluminium robotkop met 18 door luchtdruk aangedreven microactuators - in wezen kleine tandwielen - die 26 gezichtsbewegingen konden nabootsen. De volgende stap was het gieten van een gezicht in siliconenrubber uit een mal die was genomen van een van de mannelijke studenten in het laboratorium. Omdat de volledig mannelijke groep een vrouwelijke aanwezigheid in het laboratorium wenste, vervrouwelijkten ze het mannelijke gezicht door een pruik van natuurlijk haar, gerimpelde wangen en lippenstift toe te voegen. Het hoofd was ook voorzien van valse tanden.

Met vallen en opstaan ​​koppelden de onderzoekers minuscule draden van de actuatoren aan plekken op het masker die, wanneer ze worden verplaatst, de actie-eenheden zouden recreëren die nodig zijn om de gewenste zes uitdrukkingen te reproduceren. Het hoofd en de oogbollen van de robot zijn ook ontworpen om mensachtige bewegingen te maken. Ten slotte plaatsten de Japanse ingenieurs een kleine camera in het linkeroog van de robot om een ​​menselijk gezicht te scannen op ongeveer een meter afstand. Een computer die op de camera was aangesloten, bepaalde de uitdrukking van de persoon door te zoeken naar helderheidsvariaties in verschillende delen van het gezicht.

De computer observeerde veranderingen in de donkere gebieden - de ogen, mond, neus en wenkbrauwen - die optreden wanneer een gezicht zich verplaatst van zijn neutrale, emotieloze uitdrukking naar die met een van de zes emoties. Met behulp van een op een neuraal netwerk gebaseerd zelftrainingsprogramma was de computer uiteindelijk in staat om binnen 60 milliseconden te herkennen hoe veranderingen in de helderheidspatronen van het gezicht van een persoon verband hielden met de uitdrukkingen van een bepaald gevoel. Een dergelijke verwerkingssnelheid in combinatie met verfijningen in het ontwerp van de actuatoren stelde het siliconengezicht van de robot in staat om met menselijke snelheid te reageren op veranderingen in expressie.

De robot was verrassend nauwkeurig en raadde gemiddeld 85 procent van de tijd de uitdrukkingen van proefpersonen correct. Het deed het ook even goed als een gezichtsacteur. In feite identificeerde een groep studenten de uitdrukkingen van de robot 83 procent van de tijd correct. Ter vergelijking: dezelfde studenten identificeerden 87 procent van de tijd de gezichtsuitdrukkingen van professionele acteurs.

Sinds de eerste verslagen over de prestaties van de robot in het begin van de jaren negentig verschenen, is Hara benaderd door enkele onverwachte partijen. Deze omvatten een kunstenaar die geïnteresseerd was in het creëren van wat volgens hem een ​​nieuwe kunstvorm is - mensen en robots die op elkaars uitdrukkingen reageren - en verschillende psychologen in Japan die denken dat zo'n robot bepaalde gehandicapte kinderen zou kunnen helpen moeilijkheden te overwinnen om de juiste uitdrukkingen te manifesteren. De psychologen zouden de robot laten fungeren als een soort tweerichtingsprompt, bijvoorbeeld door te laten zien hoe een gelukkige glimlach eruitziet en, na een neutrale uitdrukking te hebben aangenomen, door terug te glimlachen, aan te geven wanneer het kind heeft geglimlacht.

Meer onmiddellijk werkt het team van Hara aan een mondrobot waarvan de actuatoren op realistische wijze lipbewegingen nabootsen tijdens spraak. Zo'n robot kan mensen met spraak- of taalbeperkingen helpen, zegt Hara, omdat uit onderzoek blijkt dat meer dan 50 procent van het spraakverstaan ​​voortkomt uit
gezichtsuitdrukking en bewegingen.

zich verstoppen