Les mouvements d’onde permettent aux chercheurs d’améliorer le réalisme des androïdes

Les ingénieurs viennent peut-être de découvrir comment donner aux androïdes des expressions faciales semblables à celles des humains. L’étude récemment publiée sur les ondes introduit le concept d’utilisation des mouvements d’onde pour permettre aux robots de transmettre naturellement des expressions en fonction de leur état et de leurs conditions. Ce travail pourrait un jour faciliter les interactions entre humains et androïdes et les rendre émotionnellement bénéfiques. Voici ce que vous devez savoir.

Dans le thriller de science-fiction des années 1990, Total Recall, il y a une scène emblématique où Douglas Quaid (Arnold Schwarzenegger) saute dans un taxi autonome. En entrant dans le véhicule, un androïde qui n’est guère plus que la moitié supérieure d’un robot humanoïde le salue et lui demande sa destination. Le robot, bloqué sur une seule expression, cligne des yeux de manière non naturelle avant d’accepter la destination et de partir. Pour la plupart des gens, c’est ainsi que les androïdes apparaissent – encombrants et non naturels.

Source – Carolco Pictures

Bien qu’il soit possible de fabriquer des robots à l’apparence réaliste, quelque chose semble toujours décalé lorsque les machines commencent à bouger et à interagir. Par exemple, elles peuvent sourire de façon étrange ou rester figées dans des expressions faciales bizarres. De plus, elles manquent de micro‑expressions et peuvent afficher des expressions faciales non naturelles lors de la transition entre états émotionnels. Tous ces facteurs ont limité la capacité des androïdes à interagir de manière autonome et naturelle avec les humains.

Méthode traditionnelle pour l’expression des androïdes

La méthode traditionnelle pour fournir aux androïdes des expressions faciales s’appelle la méthode du patchwork. Elle consiste à charger l’androïde avec des états émotionnels prédéterminés, qui doivent être programmés en détail.

Au fil des années, cette approche est devenue plus complexe avec des modèles de patchwork massifs stockant des centaines d’états émotionnels. Les mouvements complexes de chaque état peuvent signifier que les androïdes sont limités dans leurs réponses émotionnelles en raison de contraintes de mémoire.

De plus, il n’existe aucun moyen fiable de passer d’un état émotionnel réel à un autre, ce qui fait que l’ensemble de la communication paraît fausse et préconfigurée. Heureusement, ces problèmes pourraient avoir été résolus grâce à un groupe d’ingénieurs innovants cherchant à favoriser l’adoption des androïdes.

Étude sur les mouvements d’onde

Des ingénieurs ont récemment présenté une méthode plus précise et réactive pour produire des expressions faciales réalistes en temps réel. L’étude, « Automatic generation of dynamic arousal expression based on decaying wave synthesis for robot faces »,¹ a été publiée dans le Journal of Robotics and Mechatronics. Elle explore le concept de la technologie de synthèse d’expression faciale et comment elle constitue une étape cruciale pour faire avancer les communications homme‑robot.

L’étude introduit le concept de fonctions d’onde comme moyen de transmettre les données d’expression faciale. Les ondes peuvent osciller à différentes intensités pour signaler différents états d’excitation de manière plus précise que les conceptions en patchwork. De plus, la méthode des ondes élimine le besoin de changements brusques entre les expressions faciales. À la place, une transition fluide est possible.

Source – Osaka University

Il est notable que le système intègre des structures profondes qui génèrent dynamiquement des mouvements faciaux en fonction de l’état actuel et du scénario de la machine. L’utilisation de fonctions d’onde décroissantes pour synthétiser les séquences de commandes offre un contrôle significatif comparé aux méthodes précédentes.

Mouvements d’onde

Les mouvements d’onde envoient des états d’actionneurs changeants vers différentes positions le long du spectre. Pour simplifier leur compréhension, vous pouvez considérer les mouvements d’onde comme les actions que votre visage effectue normalement, comme cligner des yeux, respirer, sourire, bâiller, plisser les yeux, etc.

Ces expressions faciales sont combinées pour créer des mouvements faciaux complexes qui semblent authentiques, basés sur des données humaines. Les mouvements d’onde peuvent être superposés afin d’offrir des transitions encore plus fluides et des réponses plus réalistes. De plus, l’intensité de ces actions peut être contrôlée en modifiant l’onde.

Les ingénieurs ont créé un système propriétaire de génération d’expressions, leur permettant de modifier les propriétés dynamiques de chaque mouvement, y compris la vitesse, l’amplitude, l’oscillation et la durée. Cette stratégie a offert aux ingénieurs des capacités d’expression quasi illimitées.

Étude de test des mouvements d’onde

Pour tester la théorie des mouvements d’onde, l’équipe a intégré un robot androïde de type enfant nommé Affetto. Affetto a été conçu de zéro avec des caractéristiques spécifiques permettant les mouvements faciaux de 21 actionneurs. Les actionneurs sont placés derrière la peau réaliste de l’androïde et chacun peut être positionné individuellement en utilisant les mouvements d’onde.

Source – Osaka University

Les ingénieurs ont ensuite appliqué leur modèle informatique qui classait les mouvements selon des taux basés sur leur niveau d’excitation. L’équipe a ajusté ces niveaux tandis que des observateurs humains déterminaient l’état émotionnel du robot et le naturel des émotions perçues. L’équipe a ensuite combiné des combinaisons naturelles d’émotions et a fait surveiller les transitions par des observateurs humains. Les tests ont été réalisés plusieurs fois avec des résultats enthousiasmants.

Résultats de l’étude sur les mouvements d’onde

Les résultats de l’étude sur les ondes démontrent comment des mouvements faciaux d’onde réglés peuvent aider les androïdes à exprimer des émotions et à communiquer naturellement avec les humains. Les ondes décroissantes superposées offrent l’avantage supplémentaire de permettre aux expressions faciales de revenir naturellement à un état de repos.

Transitions de mouvement perceptibles éliminées

L’étude a montré comment les ondes décroissantes permettent un réglage fin et une récupération naturelle de l’expression. Les problèmes qui affectaient les tentatives antérieures d’utiliser des expressions émotionnelles en patchwork, comme les mouvements non naturels pendant les transitions, sont éliminés grâce à la nature fluide et superposée de la stratégie des mouvements d’onde.

Avantages de l’étude sur les mouvements d’onde

La technologie des mouvements d’onde apporte de nombreux avantages au secteur de la robotique. D’une part, l’utilisation accrue des LLM signifie que les machines et les humains peuvent communiquer à l’aide de simples invites textuelles et vocales. Ainsi, il est logique que les androïdes dotés de ces capacités puissent également exprimer dynamiquement leurs états d’humeur, ouvrant une nouvelle ère de communication empathique avec les machines.

Réduit le temps de développement

Un autre avantage majeur de la technologie d’expression faciale basée sur les mouvements d’onde est qu’elle ne nécessite pas que les ingénieurs en robotique perdent du temps à programmer chaque expression faciale ; ce module sera un jour intégré aux appareils aussi facilement que l’ajout d’un LLM. Ensemble, ces options permettront aux développeurs de créer des machines capables de parler et d’exprimer des émotions complexes comme les humains.

Scénarios d’utilisation futurs pour la technologie des mouvements d’onde

La technologie des mouvements d’onde trouvera sa place dans tout le secteur de la robotique et au-delà. Les androïdes capables d’exprimer des émotions pourraient être utilisés dans de multiples industries, de la santé au divertissement, et plus encore. Ces appareils permettront aux humains de comprendre les réponses de leurs robots comme lorsqu’ils parlent à un ami.

Applications commerciales

Vous pouvez vous attendre à parler à davantage d’androïdes à l’avenir lorsque vous travaillerez avec de grandes entreprises. Ces appareils remplaceront le comptoir d’accueil, les secrétaires et d’autres postes cruciaux dans un avenir proche. Ils offriront des fonctionnalités et des capacités améliorées, notamment la possibilité de communiquer de manière non verbale avec les collègues.

Soins aux personnes âgées

Les androïdes sont considérés par beaucoup comme l’un des meilleurs moyens de lutter contre la solitude des personnes âgées. Des millions de personnes âgées à travers le monde ne bénéficient d’aucune interaction humaine pendant des jours. Malheureusement, ce scénario conduit à un déclin mental rapide et à d’autres problèmes et maladies. Un androïde humanoïde doté d’émotions humaines réalistes pourrait aider ceux qui manquent de compagnie humaine à se sentir plus connectés, les aidant à prévenir des maladies cérébrales comme la maladie d’Alzheimer.

Chercheurs

L’étude sur les mouvements d’onde était dirigée par Hisashi Ishihara de l’Université d’Osaka. Ishihara et son équipe d’ingénieurs cherchent maintenant à développer leur concept et à rendre leurs modèles ouverts à une collaboration supplémentaire. L’objectif est de créer une norme universelle de mouvements d’onde qui puisse être utilisée pour programmer des expressions réalistes dans les androïdes de demain.

Entreprises qui pourraient bénéficier de l’étude sur les mouvements d’onde

Il existe plusieurs entreprises de robotique qui pourraient tirer profit de l’intégration de cette technologie dans leurs offres. Donner aux robots la capacité de communiquer plus efficacement aiderait nombre de ces entreprises à rendre leurs produits plus attrayants. Ainsi, il y a beaucoup à gagner pour ceux qui intègrent d’abord la technologie faciale des mouvements d’onde.

Tesla

Tesla (TSLA ) est un fabricant d’VE et de technologie bien connu basé aux États-Unis. Elon Musk, l’un des hommes les plus riches du monde, est son PDG franc‑parleur. Il continue de repousser les limites de la durabilité, des VE, des voyages spatiaux et de la robotique.

En décembre 2021, Tesla a présenté le concept de son Optimus Tesla Bot. Ce robot humanoïde gérera un jour plusieurs tâches dans les usines du monde entier. Notamment, l’appareil a été présenté en octobre 2024, effectuant plusieurs tâches dans l’usine. De manière impressionnante, le PDG de Tesla prévoit que le robot entrera en service en 2025.

Tesla pourrait porter sa plateforme robotique Optimus à un niveau supérieur en intégrant un visage humain alimenté par la technologie des mouvements d’onde. Cette manœuvre permettrait au robot d’interagir de manière fluide avec ses collègues humains. Il pourrait exprimer des émotions aux travailleurs, qu’ils puissent entendre ou même comprendre la langue que le robot est programmé à parler.

Si Tesla parvient à intégrer la technologie des ondes dans ses offres, cela pourrait représenter la première fois qu’un robot humanoïde commercialement disponible arrive sur le marché avec de telles capacités et performances. Le résultat pourrait voir l’action de Tesla augmenter en valeur et renforcer sa position sur le marché.

Mouvements d’onde – rapprocher l’homme et la machine

L’idée d’utiliser les mouvements d’onde plutôt que des séquences faciales préenregistrées a beaucoup de sens. D’une part, les émotions traversent votre visage avec différentes intensités pour chaque zone en fonction du scénario actuel. À mesure que cette technologie s’améliore, elle pourrait amener les humains à un jour où le test de Turing est facilement passé.

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Référence de l’étude:

^{1. Ishihara, H., Hayashi, R., Lavieille, F., Okamoto, K., Okuyama, T., & Osuka, K. (2024). Automatic generation of dynamic arousal expression based on decaying wave synthesis for robot faces. Journal of Robotics and Mechatronics, 36(6), 1481–1494. https://doi.org/10.20965/jrm.2024.p1481}