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撰文 | Cloud
審校 | 河邊的卡西莫多
機器人越來越像人了，但和人互動時，它如果不明是以地咧開嘴笑了……這大概并不會傳達出開心之情，而是讓人感到恐懼。
不過現在，一款名叫Emo的機器人就不會這麼瘆人。它可以分析人類的面部表情，并在人類做出表情前的0.839秒就預測出人類即将做出的表情，于是它可以和人類幾乎同時一起微笑，進而避免尴尬或讓人害怕。
機器人Emo會預測人類的微笑，并一起笑。視訊來源：參考資料[1]
目前，大多數機器人隻會在人類做完表情後再做出反應。這種滞後會讓機器人顯得不真實、不真誠。對人而言，在面對面的溝通過程中，微笑之類的非語言交流非常重要。“我認為準确預測人類面部表情是人機互動（Human-Robot Interaction）領域的一場革命，”該研究的主要作者、美國哥倫比亞大學創意機器實驗室（Creative Machines Lab）的博士生胡宇航說道。
在2021年，他和研究團隊還開發了一個名叫Eva的機器人，這是首批能夠自我模仿人類面部表情的機器人之一。從Eva到Emo，我們可以看到機器人在模仿人類面部表情方面實作了顯著的進步。
事實上，要實作這一點很困難，這首先需要研究人員打造出一張能夠實作逼真的面部肌肉運動的機器人臉，其次還要讓機器人通過人工智能學習人類表情的細微差别，并迅速做出準确的反應。
如何造頭？
與機器人Eva相比，Emo具有顯著的硬體改進。Eva臉部隻有10個執行器，而Emo有26個獨立的執行器——這些元件可以更精密地控制機器人臉部的運動，而且也提供了更大的自由度，可以實作不對稱的面部表情。
沒有皮膚時的樣子。
圖檔來源：Columbia Engineering
機器人Emo的每隻眼睛都配備了具有高分辨率的RGB相機，可以實作人形視覺感覺，并追蹤和自己對話的人類的眼睛，進行眼神交流。RGB相機基于人眼對顔色感覺的方式，能夠分别記錄紅、綠、藍三種基本顔色的資訊，并将其組合生成彩色圖像，進而呈現出真實的視覺資訊。其生成的圖像可用來做目辨別别、顔色分割等各種資料處理和分析。
眼睛可以追蹤人類移動，然後和人進行眼神互動。
圖檔來源：Columbia Engineering
而機器人的整個面部皮膚由柔軟的矽膠制成，并使用30塊磁鐵連接配接到硬體上。磁鐵連接配接的設計使得機器人可以輕松換皮膚，進而獲得不同的外觀，并能讓人得以更好地維護它的“臉皮”。
Emo的臉可以換皮膚。
圖檔來源：Columbia Engineering
當被問及機器人的臉為什麼是藍色時，研究團隊的負責人、哥倫比亞大學機械工程教授霍德·利普森（Hod Lipson）表示，他們想離開或者走出所謂的“恐怖谷”。
恐怖谷（uncanny valley）理論，即人形機器人的外貌逼真度越高，人們對它的親近感就越強。然而，當一個逼真度很高的人形卻仍存在微小的不自然之處時，人們則會對其感到反感，甚至恐懼。而超過這個“谷底”後，随着機器人外貌完全拟人了之後，它會再次赢得人們的好感。
是以，研究團隊就想：“好吧，讓我們把它們變成藍色，我們甚至不想讓它們看着像個人。”事實上，研究人員制作了好幾塊不同顔色的臉皮——除了藍色，機器人的臉皮顔色還有綠色、紫色等等。
圖檔來源：參考資料[1]
“照鏡子”自我學習
除了複雜缜密的硬體和驅動裝置，研究人員還為機器人開發了兩個獨立的人工智能模型。一個模型可以分析人類微小的面部表情線索，然後預測人即将做出的表情。另一個模型則負責計算如何讓機器人的臉部快速做出相應的表情。
第一個模型是通過網絡視訊上的人臉表情視訊進行訓練。通過逐幀觀察，經過幾個小時的訓練後，機器人就可以觀察出人們準備做某個表情之前的微小面部變化，進而預測人的表情。
而第二個模型的訓練過程則是讓機器人自己“照鏡子”。确切地說，機器人是面對着一部RBG錄影機，實時觀測自己的表情。研究人員通過RGB相機來捕捉機器人面部的細微變化，并提取面部标志，通過面部特征和運動指令的資料集來訓練模型。
機器人自己學習面部表情和運動指令之間關系。
圖檔來源：參考資料[1]
說白了，這就像人類通過照鏡子來練習面部表情。“它知道當它拉伸所有這些肌肉時，它的臉會是什麼樣子。”利普森說道。這個在沒有人類監督的情況下，機器人自己學習面部表情和運動指令之間關系的訓練過程，被研究人員稱作“自我模組化”（Self Modeling）。
學習架構。圖檔來源：參考資料[1]
在實驗中，為了避免機器人頭出現碰撞或柔軟的面部皮膚被撕裂，機器人的運動動作受到了限制。
機器将更加像人
雖然機器人在掌握非語言交流方面還有很長的路要走，但現在這個微笑算是向前邁出了一步。“我認為這是一個重要的一步。” 利普森說道。
“我是一個厭倦了的機器人專家，我不會對機器微笑，但當這個機器人對我微笑時，我會對它回以微笑。”
在同步微笑之後，研究團隊之後還打算拓寬機器人的表情範圍，并進一步研究口型同步。現在，機器人Emo隻會分析人類的面部表情，還無法通過分析語言文本與人類對話。研究人員希望後續能把機器人與ChatGPT等大型語言模型相結合，實作更加自然的人機互動。
圖檔來源：Columbia Engineering
雖然這有望帶來大量積極的應用，但其潛在的倫理問題也讓一些人感到擔心。“我們真的不想讓它看起來像人類。但是，如果你給它戴上假發，塗上口紅，加上各種各樣的東西，它就真的開始像人了。”利普森補充道。
“我認為這是不可避免的，最終這些機器人都将越來越像人類，而我們将不得不……無論我們是否喜歡，我們都得開始和它們建立聯系。”
圖檔來源：Columbia Engineering
參考資料：
[1] Hu, Y., Chen, B., Lin, J., Wang, Y., Wang, Y., Mehlman, C., & Lipson, H. (2024). Human-robot facial coexpression. Sci. Rob., 9(88). Retrieved from https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adi4724
[2] Wilkins, A. (2024). This robot predicts when you're going to smile – and smiles back. New Sci. Retrieved from https://www.newscientist.com/article/2424545-this-robot-predicts-when-youre-going-to-smile-and-smiles-back
[3] Saha, P. (2021). Watch these rare ocean creatures caught on candid robot camera. Popular Science. Retrieved from https://www.popsci.com/animals/deep-sea-life-videos
[4] Teaching robots to smile, and the effects of a rare mandolin on a scientist’s career. (2024, April 09). Retrieved from https://www.science.org/content/podcast/teaching-robots-smile-and-effects-rare-mandolin-scientist-s-career
[5] Networks, T. (2024). Meet Emo: The Friendly Robotic Face That Uses AI To Anticipate a Person’s Smile. Informatics from Technology Networks. Retrieved from https://www.technologynetworks.com/informatics/news/meet-emo-the-friendly-robotic-face-that-uses-ai-to-anticipate-a-persons-smile-385270