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Io Uomo tu Robot
Il robot che imita le espressioni facciali umane per creare fiducia

Un team di scienziati del Creative Machines Lab della Columbia University ha sviluppato Eva un robot autonomo con un viso morbido ed espressivo che reagisce alle espressioni facciali degli umani ed in tempo reale, un'abilità che potrebbe creare maggiore fiducia tra l’uomo e i loro collaboratori robotici.

Il bot autonomo utilizza il deep learning, una forma di intelligenza artificiale (AI), per "leggere" e quindi riflettere le espressioni sui volti umani attraverso una fotocamera.

I "muscoli" artificiali – cavi e motori per la precisione – si estendono in punti specifici del viso di Eva, imitando i muscoli sotto la nostra pelle.

EVA è capace di esprimere le sei emozioni di base: rabbia, disgusto, paura, gioia, tristezza e sorpresa. 

Mentre le nostre espressioni facciali giocano un ruolo importante nel generare fiducia la maggior parte dei robot umanoidi tendono a "mostrare il volto vuoto e statico di un giocatore di poker professionista".

Con il crescente utilizzo di robot in luoghi in cui robot e umani devono lavorare a stretto contatto, dalle strutture sanitarie ai magazzini e alle industrie, la necessità di un robot più reattivo e realistico sta diventando sempre più rilevante. 

Il progresso della tecnologia robotica negli ultimi due decenni ha portato allo sviluppo di numerosi robot umanoidi e alcuni di questi sono quasi indistinguibili dagli umani in termini di aspetto fisico e movimenti facciali.

La loro capacità di comunicare emozioni, attraverso le loro espressioni facciali, ha impegnato diversi ricercatori in quell’area di ricerca definita dell'intelligenza artificiale emotiva.

L'IA emotiva utilizza le tecniche di intelligenza artificiale per percepire, conoscere e interagire con la vita emotiva umana con l’obiettivo di promuovere una migliore esperienza di servizi, dispositivi e tecnologie.

Emotional AI è anche nota come calcolo affettivo, un ambito di ricerca che risale almeno al 1995 quando Rosalind Picard, docente del MIT Media, pubblicò " Affective Computing".

La ricerca della Columbia University è stata presentata alla conferenza ICRA il 30 maggio 2021 e i progetti dei robot sono open-source su Hardware-X (aprile 2021).

Pubblicata sulla rivista Science DirectHumanoid Robot Face with Rich Facial Expressions”  gli scienziati hanno affermato che lo sviluppo potrebbe aiutare i potenziali ricercatori di intelligenza artificiale fornendo un robot relativamente poco costoso e open source che potrebbe fungere da piattaforma per la ricerca sulla comunicazione emotiva tra umani e macchine.

Come funziona Eva

"L'idea di EVA ha preso forma alcuni anni fa, quando io e i miei studenti abbiamo iniziato a notare che i robot nel nostro laboratorio ci stavano fissando attraverso occhi di plastica e finti", hanno affermato Hod Lipson, James e Sally Scapa Professor of Innovation (Ingegneria Meccanica) e direttore del Creative Machines Lab.

Per i ricercatori realizzare una faccia robotica convincente è stata una sfida formidabile tenendo conto che per decenni le parti del corpo dei robot sono state realizzate in metallo o plastica dura, materiali troppo rigidi per scorrere e muoversi come fa il tessuto umano. 

La testa dell'umanoide è composta da 12 muscoli facciali che hanno la capacità di produrre uno spostamento della pelle fino a 15 mm per imitare realisticamente le espressioni facciali e i movimenti della testa umani.

Eva utilizza il deep learning e analizza i gesti del viso umani catturati da una telecamera. I suoi cavi e motori entrano quindi in azione tirando diversi punti della morbida pelle del robot, consentendogli di comunicare con le espressioni facciali. 

"Non tutte le combinazioni emotive si tradurranno in un'espressione facciale comprensibile, ma l'elenco delle espressioni facciali riproducibili può generalmente essere ampliato combinando determinate emozioni", si legge nel documento del Creative Machines Lab.

Per superare queste sfide progettuali il team ha fatto molto affidamento sulla stampa 3D per produrre parti con forme complesse che si integravano perfettamente ed efficacemente con la testa dell’umanoide EVA.

I ricercatori dopo aver superato la realizzazione della parte meccanica hanno iniziato ad affrontare la seconda fase del progetto: la programmazione dell'intelligenza artificiale che avrebbe guidato i movimenti facciali.

EVA utilizza tecniche di apprendimento profondo (Deep Learning) per "leggere" e quindi rispecchiare le espressioni sui volti umani vicini. E la capacità di EVA di imitare una vasta gamma di diverse espressioni facciali umane viene appresa per tentativi ed errori guardando i video di sé stessa.

Prospettive della ricerca

I ricercatori fanno notare che l'EVA è un esperimento di laboratorio e che il solo mimetismo è ancora ben lontano dai complessi modi in cui gli umani comunicano usando le espressioni facciali. Ma tali tecnologie abilitanti potrebbero un giorno avere applicazioni vantaggiose nel mondo reale. Ad esempio, robot in grado di rispondere a un'ampia varietà di linguaggio del corpo umano sarebbero utili nei luoghi di lavoro, negli ospedali, nelle scuole e nelle case.

"Il nostro cervello sembra rispondere bene ai robot che hanno una sorta di presenza fisica riconoscibile" , ha affermato Lipson.

Chen ha aggiunto: "I robot sono intrecciati nelle nostre vite in un numero crescente di modi, quindi è sempre più importante creare un rapporto di fiducia tra gli esseri umani e le macchine".

 

Fonte: CREATIVE MACHINES LAB/COLUMBIA ENGINEERING

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