Людиноподібних роботів видали занадто прості рухи шкіри обличчя

Шкіра багатьох людиноподібних роботів під час мімічних рухів зміщується не так, як у людей, що може пояснювати їх нереалістичність, з'ясували вчені з Японії. Вони використовували високоточну інфрачервону систему стеження і показали, що шкіра роботів рухається лінійно, а не по кривій траєкторії, а по висоті згинається і зовсім протилежним чином. Стаття опублікована в журналі.

Починаючи з першого вживання слова «робот» у 1920 році письменники та інженери найчастіше мали на увазі під ним людиноподібну машину. Спочатку інженери розглядали людиноподібність роботів як безумовне благо, що допомагає людям ставитися до них з довірою або хоча б без страху. Однак у міру розвитку технологій і прототипів інженери виявили ефект зловісної долини, який полягає в тому, що підвищення реалістичності робота робить його привабливішим для людини лише до певного рівня. З'ясувалося, що дуже реалістичні, але все ж неідеальні роботи викликають у людини огиду і страх через невеликі відмінності від звичного вигляду і поведінки людей.

Вчені та інженери працюють над вирішенням проблеми зловісної долини, працюючи в різних напрямках: удосконалюють технології, особливо штучні частини обличчя та алгоритми управління ними або ж навпаки шукають способи знизити реалістичність роботів, щоб збільшити привабливість в очах людей. Але в основному зусилля розробників реалістичних людиноподібних роботів в останні роки були сконцентровані на поліпшенні їх зовнішнього вигляду, тобто якості штучної шкіри, очей та інших органів, а не на тому, як вони рухаються під час мови та інших занять. Хісасі Ісхара (Hisashi Ishihara) і його колеги з Осацького університету вирішили уважніше вивчити різницю між рухами частин обличчя реалістичних роботів і людей, щоб зрозуміти, як саме потрібно поліпшити міміку майбутніх роботів.

Вони досліджували лицьові рухи дорослих людей (трьох добровольців чоловічої статі) і двох роботів: жінки, у якої за рухи обличчя відповідають 9 актуаторів, і дитина, оснащена 16 актуаторами. Дослідники скористалися системою кодування лицьових рухів (FACS), що описує 46 рухів (званих руховими одиницями) частин людської особи і дозволяє описати з їх допомогою будь-який вираз обличчя. У використаних у роботі роботів кількість можливих рухів з FACS дорівнює кількості актуаторів: 9 і 16.

Дослідники закріпили на правій половині обличчя добровольців і роботів від 103 до 125 інфрачервоних маркерів, залежно від випробуваного. Інфрачервоний маркер - це напівсфера діаметром три міліметри з поверхнею, яка добре відображає інфрачервоне випромінювання. У кімнаті для експериментів була встановлена система камер, що дозволяє відстежувати рух кожного маркера в просторі з точністю менше 0,5 міліметра. Під час експерименту роботи і люди спочатку показували нейтральний вираз обличчя, а потім виконували всі доступні їм рухові одиниці.

Після зйомки випробовуваних вчені спочатку привели розміри їх облич до одного, а потім інтерполювали вектора зміщення інфрачервоних маркерів в кожен момент часу так, щоб створити замість них решітку з точок з періодом в міліметр і відповідних векторів зміщення. Таким чином, вони отримали для кожної рухової одиниці карти, на яких видно зміщення точок обличчя під час руху як в площині, так і по висоті.

Отримавши карти зміщень, вчені порівняли їх для трьох основних типів рухових одиниць, що описують рухи в області очей, лоба і рота. На картах видно, що навіть при таких локальних рухах насправді зміщення відбувається по всьому обличчю. Крім того, при цьому відбуваються не тільки зміщення вздовж поверхні обличчя, а й зміни висоти шкіри в різних областях.

Проаналізувавши дані, вчені виділили дві групи відмінностей у мімічних рухах роботів і людей. По-перше, рухи частин обличчя роботів, особливо в області очей і лоба, в основному лінійні і вертикальні, тоді як для людей вони мають більш складні криві траєкторії. Крім того, у людей виявився вище коефіцієнт структурної складності руху, що враховує напрямки рухів навколо точок з піковим рухом.

По-друге, у людей і роботів по-різному змінюється висота шкіри під час мімічних рухів: у роботів шкіра піднімається у напрямку руху, а у людей навпаки опускається. Вчені пояснюють це принципами роботи м'язів і актуаторів роботів підйом шкіри з боку напрямку руху обумовлений простим перенесенням обсягу матеріалу, а у людей шкіра навпаки опускається через те, що м'язи прикріплені до шкіри і кістки по діагоналі, скорочуються в довжину і збільшуються в ширину:

Автори дослідження відзначають, що у нього є важливі обмеження: експерименти проводилися над двома роботами одного розробника зі схожим принципом роботи актуаторів, а в якості людей виступали три чоловіки-японця. При використанні більш різноманітного складу випробуваних результати можуть відрізнятися. Проте вони вважають, що розробники можуть використовувати цю методику вимірювання різниці в рухах їх роботів і людей, щоб робити роботів реалістичнішими.

Дослідження показують, що навіть не дуже реалістичні роботи все одно викликають у людей психофізіологічні реакції, схожі на ті, які відбуваються при взаємодії з людьми. Минулого року фінські вчені з'ясували, що погляд робота і людини викликає у людей одні й ті самі реакції, в тому числі емоційне збудження і зосередження уваги.