Golfvormbewegingen stellen onderzoekers in staat om de realiteit van androïden te verbeteren

Ingenieurs hebben misschien net ontdekt hoe ze androïden menselijke gezichtsuitdrukkingen kunnen geven. De recent gepubliceerde golfvormstudie introduceert het concept van het gebruiken van golfvormbewegingen om robots in staat te stellen uitdrukkingen natuurlijk over te brengen op basis van hun toestand en omstandigheden. Dit werk zou op een dag de interacties tussen mens en android gemakkelijker en emotioneel voordelig kunnen maken. Hier is wat je moet weten.

In de sci‑fi thriller uit de jaren 90, Total Recall, is er een iconische scène waarin Douglas Quaid (Arnold Schwarzenegger) in een autonome taxi springt. Bij het betreden van het voertuig begroet een android die nauwelijks meer is dan de bovenste helft van een mensachtige robot hem en vraagt naar zijn bestemming. De robot, vastzittend in één uitdrukking, knippert onnatuurlijk voordat hij de bestemming accepteert en wegrijdt. Voor de meeste mensen zien androids er zo uit – log en onnatuurlijk.

Bron – Carolco Pictures

Ondanks dat ze levensechte robots kunnen maken, lijkt er altijd iets mis te zijn wanneer de machines beginnen te bewegen en te interageren. Ze kunnen bijvoorbeeld vreemd glimlachen of pauzeren in vreemde gezichtsuitdrukkingen. Bovendien missen ze micro‑expressies en kunnen ze onnatuurlijke gezichtsuitdrukkingen vertonen bij het overgaan tussen emotionele toestanden. Al deze factoren hebben de mogelijkheid van androids om autonoom en natuurlijk met mensen te communiceren beperkt.

Traditionele methode voor androiduitdrukkingen

De traditionele methode om androids van gezichtsuitdrukkingen te voorzien wordt de patchwork‑methode genoemd. Het houdt in dat de android wordt geladen met vooraf bepaalde emotionele toestanden, die in detail moeten worden geprogrammeerd.

In de loop der jaren is deze aanpak complexer geworden met enorme patchwork‑modellen die honderden emotionele toestanden opslaan. De complexe bewegingen van elke toestand kunnen betekenen dat androids beperkt zijn in hun emotionele reacties vanwege geheugenbeperkingen.

Bovendien is er geen betrouwbare manier om tussen deze echte emotionele toestanden over te schakelen, waardoor de hele communicatie er nep en vooraf ingesteld uitziet. Gelukkig kunnen deze problemen zijn opgelost dankzij een groep innovatieve ingenieurs die de adoptie van Android willen stimuleren.

Golfvormbewegingstudie

Ingenieurs hebben recentelijk een nauwkeurigere en responsievere manier onthuld om realistische gezichtsuitdrukkingen in realtime te produceren. De studie, “Automatische generatie van dynamische opwindingsexpressie gebaseerd op vervagende golfsynthetisatie voor robotgezichten,”¹ werd gepubliceerd in het Journal of Robotics and Mechatronics. Het onderzoekt het concept van gezichtsuitdrukkingssynthetisatietechnologie en hoe dit een cruciale stap is in het bevorderen van menselijke‑robotcommunicatie.

De studie introduceert het concept van golfvormfuncties als een middel om gezichtsuitdrukkingsdata over te brengen. De golfvormen kunnen oscilleren met verschillende intensiteiten om verschillende opwindingsstaten nauwkeuriger te signaleren dan bij het gebruik van patchwork‑ontwerpen. Bovendien elimineert de golfvormmethode de noodzaak van harde overgangen tussen gezichtsuitdrukkingen. In plaats daarvan is een soepele transactie mogelijk.

Bron – Osaka University

Opmerkelijk is dat het systeem diepe structuren integreert die dynamisch gezichtsbewegingen genereren op basis van de huidige toestand en scenario van de machine. Het gebruik van vervagende golffuncties voor het synthetiseren van opdrachtreeksen biedt aanzienlijke controle vergeleken met eerdere methoden.

Golfvormbewegingen

Golfvormbewegingen sturen verschuivende actuator‑toestanden naar verschillende posities langs het spectrum. Om ze te vereenvoudigen, kun je golfvormbewegingen zien als dingen die je gezicht normaal doet, zoals knipperen, ademen, glimlachen, geeuwen, knijpen, enzovoort.

Deze gezichtsuitdrukkingen worden gecombineerd om complexe gezichtsbewegingen te creëren die er authentiek uitzien op basis van menselijke data. De golfvormbewegingen kunnen worden overlagd om nog soepelere overgangen en realistischere reacties te bieden. Bovendien kan de intensiteit van deze acties worden gecontroleerd door de golfvorm aan te passen.

De ingenieurs hebben een propriëtair uitdrukkingsgeneratiesysteem ontwikkeld, waardoor ze de dynamische eigenschappen van elke beweging kunnen aanpassen, inclusief snelheid, amplitude, oscillatie en duur. Deze strategie gaf de ingenieurs bijna onbeperkte uitdrukkingsmogelijkheden.

Testen van de golfvormbewegingstudie

Om de golfvormbewegingstheorie te testen, integreerde het team een kindtype androidrobot genaamd Affetto. Affetto werd vanaf de basis ontworpen met specifieke kenmerken die de gezichtsbewegingen van 21 actuatoren mogelijk maken. De actuatoren zitten achter de levensechte huid van de android en elke kan individueel worden gepositioneerd met behulp van golfvormbewegingen.

Bron – Osaka University

Ingenieurs pasten vervolgens hun computermodel toe dat de bewegingen classificeerde op basis van hun opwindingsniveau. Het team paste deze niveaus aan terwijl menselijke toeschouwers de emotionele toestand van de robot bepaalden en hoe natuurlijk de emoties overkwamen. Het team combineerde vervolgens natuurlijke combinaties van emoties en liet de overgangen monitoren door menselijke waarnemers. De tests werden meerdere keren uitgevoerd met enkele opwindende resultaten.

Resultaten van de golfvormbewegingstudie

De resultaten van de golfvormstudie tonen aan hoe afgestemde golfvormgezichtsbewegingen androids kunnen helpen emotie uit te drukken en natuurlijk met mensen te communiceren. De over elkaar gelegde vervagende golven bieden het extra voordeel dat de gezichtsuitdrukkingen op natuurlijke wijze terugkeren naar een rusttoestand.

Opvallende bewegingsoverdrachten geëlimineerd

De studie toonde aan hoe vervagende golfvormen fijn afstellen en natuurlijke herstel van uitdrukkingen mogelijk maken. De problemen die eerdere pogingen om patchwork‑emotionele uitdrukkingen te gebruiken teisterden, zoals onnatuurlijke bewegingen tijdens overgangen, worden geëlimineerd dankzij de soepele en overlappende aard van de golfvormbewegingstrategie.

Voordelen van de golfvormbewegingstudie

Golfvormbewegingstechnologie brengt veel voordelen voor de roboticasector. Ten eerste betekent het toenemende gebruik van LLM’s dat machines en mensen kunnen communiceren met eenvoudige tekst- en spraakopdrachten. Het is daarom logisch dat androids met deze mogelijkheden ook dynamisch hun stemmingsstatussen kunnen uitdrukken, wat een nieuw tijdperk van herkenbare communicatie met machines mogelijk maakt.

Vermindert ontwikkelaarstijd

Een ander groot voordeel van op golfvormbewegingen gebaseerde gezichtsuitdrukkings­technologie is dat robotica‑ingenieurs geen tijd meer hoeven te verspillen aan het programmeren van elke gezichtsuitdrukking; deze module zal op een dag in apparaten worden geïntegreerd net zo gemakkelijk als het toevoegen van een LLM. Samen zullen deze opties ontwikkelaars in staat stellen machines te creëren die kunnen praten en complexe emoties kunnen uitdrukken zoals mensen.

Toekomstige toepassingsscenario’s voor golfvormbewegingstechnologie

Golfvormbewegingstechnologie zal een plaats vinden in de hele roboticasector en daarbuiten. Androids die emotie kunnen uitdrukken kunnen in meerdere industrieën worden gebruikt, variërend van gezondheidszorg tot entertainment en meer. Deze apparaten zullen mensen in staat stellen de reacties van hun robots te begrijpen, net zoals bij een gesprek met een vriend.

Zakelijke toepassingen

Je kunt verwachten in de toekomst meer met androids te spreken bij het samenwerken met grote bedrijven. Deze apparaten zullen de receptie, secretaresses en andere cruciale functies op korte termijn vervangen. Ze zullen verbeterde functies en mogelijkheden bieden, waaronder het non‑verbale communiceren met collega’s.

Zorg voor ouderen

Androids worden door velen gezien als een van de beste manieren om eenzaamheid onder ouderen te bestrijden. Er zijn miljoenen ouderen wereldwijd die dagenlang geen menselijke interactie hebben. Jammer genoeg leidt dit scenario tot snelle mentale achteruitgang en andere problemen en ziektes. Een mensachtige android met realistische menselijke emoties zou degenen die geen menselijk gezelschap hebben kunnen helpen zich meer verbonden te voelen, waardoor ze beter in staat zijn hersenziekten zoals de ziekte van Alzheimer te weerstaan.

Onderzoekers

De golfvormbewegingstudie werd geleid door Hisashi Ishihara van de Osaka University. Ishihara en zijn team van ingenieurs streven er nu naar hun concept uit te breiden en hun modellen open te stellen voor verdere samenwerking. Het doel is een universele golfvormbewegingstandaard te creëren die kan worden gebruikt om realistische uitdrukkingen te programmeren in de androids van morgen.

Bedrijven die kunnen profiteren van de golfvormbewegingstudie

Er zijn meerdere robotbedrijven die kunnen profiteren van het integreren van deze technologie in hun aanbod. Robots voorzien van de mogelijkheid om effectiever te communiceren zou veel van deze bedrijven helpen hun producten meer herkenbaar te maken. Daarom is er veel te winnen voor degenen die als eerste golfvormbeweging-gezichtstechnologie integreren.

Tesla

Tesla (TSLA ) is een bekende EV‑ en tech‑fabrikant gevestigd in de VS. Elon Musk, een van de rijkste mannen ter wereld, is de uitgesproken CEO. Hij blijft de grenzen van duurzaamheid, elektrische voertuigen, ruimtevaart en robotica naar nieuwe hoogten verleggen.

In december 2021 introduceerde Tesla het concept van zijn Optimus Tesla Bot. Deze mensachtige robot zal op een dag meerdere taken uitvoeren in fabrieken over de hele wereld. Opmerkelijk is dat het apparaat in oktober 2024 werd getoond, waarbij het verschillende taken rond de fabriek uitvoerde. Indrukwekkend is dat de CEO van Tesla van plan is de robot in 2025 in gebruik te nemen.

Tesla zou zijn Optimus‑robotica‑platform naar een hoger niveau kunnen tillen door een door golfvormbewegingen aangedreven mensachtig gezicht te integreren. Deze zet zou de robot in staat stellen naadloos te interageren met zijn menselijke collega’s. Hij zou emoties kunnen uitdrukken naar werknemers, ongeacht of ze kunnen horen of zelfs de taal begrijpen die de robot geprogrammeerd is te spreken.

Als Tesla golfvormtechnologie in zijn aanbod kan integreren, zou dit de eerste keer kunnen zijn dat een commercieel beschikbare mensachtige robot met zulke mogelijkheden en prestaties op de markt verschijnt. Het resultaat zou kunnen zijn dat de aandelen van Tesla in waarde stijgen en een sterkere positie op de markt krijgen.

Golfvormbewegingen – Brengen Mens en Machine Dichtbij

Het idee om golfvormbewegingen te gebruiken in plaats van vooraf opgenomen gezichtssequenties is logisch. Ten eerste lopen emoties op dezelfde manier over je gezicht met verschillende intensiteiten per gebied, afhankelijk van het huidige scenario. Naarmate deze technologie verbetert, kan het de mens naar een dag brengen waarop de Turingtest moeiteloos wordt gehaald.

Leer meer over ander cool robotica‑nieuws hier.

Studieverwijzing:

^{1. Ishihara, H., Hayashi, R., Lavieille, F., Okamoto, K., Okuyama, T., & Osuka, K. (2024). Automatische generatie van dynamische opwindingsexpressie gebaseerd op vervagende golfsynthetisatie voor robotgezichten. Journal of Robotics and Mechatronics, 36(6), 1481–1494. https://doi.org/10.20965/jrm.2024.p1481}