Jak vědci dávají robotům lidské hmatové smysly

Je tu noční můra scéna ve filmu Guillerma del Tora z roku 2006 Panův labyrint ve kterém jsme konfrontováni se zlověstným humanoidním tvorem zvaným Bledý muž. Bledý muž, který se podobá Voldemortovi bez očí, bez očí ve své monstrózní bezvlasé hlavě vidí pomocí očních bulv zasazených do dlaní. Pomocí těchto okulárně rozšířených přívěsků, které drží před svou bezočnou tváří jako brýle, je Bledý muž schopen vizualizovat a pohybovat se ve svém okolí.

To do určité míry popisuje práci prováděnou výzkumníky v britské Bristol Robotics Laboratory – i když bez celého děsivého tělesného hororového aspektu. Pouze v jejich případě nemá náhražka Pale Mana jednoduše jednu oční bulvu v dlani každé ruky; má jeden na každém prstu.

„Za posledních čtyři nebo pět let došlo v oblasti hmatového snímání a robotiky ke změně [ve formě] přechodu k používání kamer pro senzory,“ profesor Nathan Lepora, který vede 15člennou výzkumnou skupinu Tactile Robotics Research Group pro Bristol Robotics Laboratory, řekl pro Digital Trends. „Říká se tomu optické a zrakové hmatové snímání. Důvodem, proč se to zachytilo, je, že existuje pochopení, že informace ve vysokém rozlišení obsah z konečků prstů je klíčový pro umělou inteligenci [potřebná] k jejich ovládání systémy.”

Digitální trendy nejprve pokryty Leporaova práce v roce 2017, popisující ranou verzi projektu svého týmu jako „sestávající z webové kamery, která je namontována v a 3D tištěná měkká špička prstu, která sleduje vnitřní kolíky, navržená tak, aby fungovala jako lidské dotykové receptory konečky prstů.

Od té doby práce neustále pokročily. Za tímto účelem tým nedávno zveřejnil nový výzkum odhalující nejnovější kroky v projektu: Vytváření 3D tištěné hmatové kůže, která může jednoho dne dát protetické ruce nebo autonomní roboti smysl pro dotek mnohem více v souladu s člověkem z masa a kostí ruce.

3D tištěná síť se skládá z papil podobných špendlíkům, které napodobují podobnou dermální strukturu, která se nachází mezi vnější epidermální a vnitřní dermální vrstvou na lidské kůži. Ty mohou produkovat umělé nervové signály, které při měření připomínají záznamy skutečných neuronů které umožňují mechanoreceptorům těla identifikovat tvar a tlak předmětů nebo povrchů, když dotkl.

"Když jsme provedli toto srovnání signálů vycházejících z našich umělých konečků prstů se skutečnými daty, našli jsme a velmi podobná shoda mezi dvěma datovými soubory, se stejným druhem kopců a údolí [nalezeno na obou],“ Lepora vysvětlil.

Kombinace těchto 3D tištěných informací o kožních receptorech s daty získanými z malých vestavěných kamer by mohla, tým naděje, být klíčem k odemknutí dlouhodobého snu v oblasti umělé inteligence a robotiky: Umělý smysl pro dotek.

Všech pět smyslů

I když ne každý výzkumník by nutně souhlasil, možná nejširším základním cílem umělé inteligence je replikace lidská inteligence (nebo alespoň schopnost vykonávat všechny úkoly, kterých jsou lidé schopni) uvnitř a počítač. To znamená vymyslet způsoby, jak obnovit pět smyslů – zrak, sluch, čich, chuť a hmat – v softwarové podobě. Teprve poté mohou potenciální testy umělé obecné inteligence, jako je navrhovaná „Test kávy“ (skutečně inteligentní robot by měl být schopen vejít do domu a získat potřebné ingredience a komponenty potřebné k přípravě šálku kávy).

K dnešnímu dni byla věnována velká pozornost a pokrok, pokud jde o rozpoznávání obrazu a zvuku. Méně pozornosti, ale přece jen, byla věnována vůni a chuti. Chytré senzory vybavené umělou inteligencí dokážou identifikovat stovky různých pachů v databázi prostřednictvím vývoje „digitální nos.” Digitální chuťové testery, schopné poskytnout objektivní opatření s ohledem na chuť, jsou také předmětem šetření. Ale dotek zůstává dráždivě mimo dosah.

"Vědoměji si uvědomujeme oblasti, jako je vize," řekl Lepora a vysvětlil, proč se výzkumníci často zaměřili jinde. „Z toho důvodu tomu přikládáme větší význam z hlediska toho, co děláme každý den. Ale pokud jde o dotek, většinou si ani neuvědomujeme, že jej používáme. A rozhodně ne, že by to bylo tak důležité, jak to je. Pokud vám však odeberete hmat, vaše ruce by byly zcela k ničemu. Nemohl jsi s nimi nic udělat."

To neznamená, že se roboti vyhýbali interakci s objekty reálného světa. Již více než půl století se na výrobních výrobních linkách používají průmyslové roboty s omezenými osami pohybu a jednoduchými akcemi, jako je uchopení a otočení. V distribučních centrech Amazonu hrají roboti klíčovou roli při zajišťování jednodenního procesu doručení. Díky akvizici robotické společnosti Kiva v roce 2012 se ve skladech Amazonu nacházejí armády hranatých robotů podobných velké Roombasy, které se prohazují po poličkách s produkty a přivádějí je k lidským „vybíračům“, aby si vybrali ty správné položky z.

Zatímco však oba tyto procesy výrazně zkracují čas, který by lidem zabralo dokončení těchto úkolů bez pomoci provádějí tito roboti pouze omezenou funkcionalitu – velkou část přesnosti ponechají na lidech práce.

Má to dobrý důvod: I když je zručná manipulace něco, co většina lidí považuje za samozřejmost, je to něco, co je pro stroje mimořádně obtížné. Lidský dotek je extrémně jemný. Kůže má vysoce složitou mechanickou strukturu s tisíci nervových zakončení pouze na konečcích prstů, což umožňuje extrémně vysokou citlivost na jemné detaily a tlak. Rukama cítíme vibrace, teplo, tvar, tření a texturu – až na submilimetrové nebo dokonce mikronové nedokonalosti. (Pro jednoduchou vizi s nízkým rozlišením o tom, jak obtížný je život s omezenými dotykovými schopnostmi, se podívejte, jak hladce můžete projít jediným dnem v tlustých rukavicích. Je pravděpodobné, že je odtrhnete dlouho před polednem!)

Senzorická zpětná vazba

"Věc, která dává lidem flexibilitu a obratnost, je smyslová zpětná vazba, kterou dostáváme," řekl Lepora. „Když děláme úkol, dostáváme senzorickou zpětnou vazbu z prostředí. Pro obratnost, když používáme ruce, je dominantní smyslovou zpětnou vazbou náš hmat. Poskytuje nám obsah s vysokým rozlišením, vysokým obsahem informací, vjemy a informace o našem prostředí, které nám pomohou řídit naše jednání.“

Rozluštění tohoto problému bude vyžadovat pokroky v hardwaru i softwaru: Flexibilnější, obratnější robotická chapadla s vynikajícími schopnostmi rozpoznat, čeho se dotýkají, a podle toho se chovat. Pomohou menší, levnější komponenty. Například přístupy k robotickým uchopovačům, které používají kamery k vnímání světa, se datují přinejmenším do 70. let 20. století, s projekty jako University of Edinburgh průkopnický robot Freddy. Je to však teprve velmi nedávno, kdy se fotoaparáty staly dostatečně malými, aby se mohly vejít do kusu hardwaru o velikosti konečku lidského prstu. "Před pěti lety měla nejmenší kamera, kterou jste si mohli koupit, průměr možná několik centimetrů," řekl Lepora. "Nyní si můžete koupit kamery, které mají [jen pár] milimetrů."

Zbývá ještě mnoho práce, než bude možné začlenit do robotů inovace, jako je snímání měkkých konečků prstů, aby jim poskytly hmatové schopnosti snímání. Ale až k tomu dojde, bude to změna hry – ať už jde o stavbu robotů, kteří jsou schopni provádět větší počet end-to-end úkoly na pracovišti (předpokládejme zcela automatizovaný sklad Amazon) nebo dokonce jednat v „high-touch“ úlohách, jako je provádění pečovatelské role.

S tím, jak se roboti stávají těsněji integrováni do života, jak ho známe, bude schopnost bezpečně komunikovat s lidmi kolem nich důležitější. Od roku 1979, kdy se michiganský tovární dělník jménem Robert Williams stal prvním člověkem v historii zabitým robotem, byli roboti často jako bezpečnostní opatření odděleni od lidí. Tím, že jim dáme možnost bezpečně se dotýkat, bychom mohli začít tuto bariéru bourat.

Síla doteku

Existují důkazy, které naznačují, že tím mohou roboti zvýšit jejich přijetí lidmi. Živá stvoření, lidská i jiná, se navzájem dotýkají jako prostředek sociální komunikace – a ne, nejen sexuálním způsobem. Opičí kojenci, kteří nemají hmatový kontakt s mateřskou postavou, mohou být vystresovaní a špatně vyživovaní. U lidí nám poplácání po zádech dělá dobře. Lechtání nás rozesměje. Krátký osobní dotek od knihovníka může vést k příznivějším recenzím knihovny a podobným „jednoduchým“ doteky nás mohou přimět více spropitného v restauraci, utratit více peněz v restauraci nebo hodnotit „toucher“ jako více přitažlivý.

Jedna studie na toto téma, dokument z roku 2009 s názvem „Kůže jako sociální orgán“ poznamenává, že: „Obecně platí, že výzkum v oblasti sociálních neurověd má tendenci se zaměřovat na vizuální a sluchové kanály jako cesty pro sociální informace. Nicméně, protože kůže je místem událostí a procesů, které jsou zásadní pro způsob, jakým o sobě přemýšlíme, jak se cítíme a jak na sebe vzájemně působíme, může dotek zprostředkovat sociální vnímání různými způsoby." Dotyk od robota v nás vyvolává pozitivní pocity, díky čemuž se cítíme laškovněji vůči strojům nebo jinak uklidnit? Je to zcela možné.

Jedna studie 56 lidí, kteří komunikovali s robotickou sestrou, zjistili, že účastníci hlásili obecně příznivé subjektivní odezva na dotek iniciovaný robotem, ať už to bylo za účelem čištění kůže nebo poskytnutí pohodlí. Další, novější výzkum s názvem „Přesvědčovací síla doteku robota“ prozkoumal toto téma také.

„[Předchozí výzkum ukázal], že lidé zacházejí s počítači zdvořile, což je chování, které se na první pohled zdá vůči počítačům nerozumné,“ Laura Kunoldová, odborný asistent na fakultě psychologie v Human-Centered Design of Socio-Digital Systems na německé Ruhr University Bochum, řekl Digital Trends. „Protože roboti mají fyzická těla, zajímalo by mě, zda mají pozitivní účinky, jako jsou pozitivní emocionální stavy nebo poddajnost, které jsou známé z mezilidského doteku výzkum, lze také vyvolat dotykem robota.“ Poznamenala: „Lidé – studenti v naší práci – jsou obecně otevření nefunkčním dotykovým gestům z robot. Celkově je to pobavilo a popsali to gesto jako příjemné a nezraňující.“

Jak se interakce s roboty stávají běžnějšími, dotyk bude pravděpodobně důležitým aspektem jejich společenského přijetí. Jak píše George Elliot (ne, mělo by se říci, konkrétně o robotech) v Middlemarch"Kdo změří jemnost těch doteků, které vyjadřují kvalitu duše i těla?"

Roboti jsou stále schopnější. Před několika lety Massachusettský technologický institut postavil měkkého robota, který je dostatečně citlivý chytit a poté vypustit živou rybu jak plave v nádrži. Roboty na sběr ovoce a zeleniny dokážou také identifikovat a následně sbírat jemné produkty jako rajčata aniž byste je rozmáčkli do passaty. Doufejme, že budou brzy dostatečně spolehliví, aby udělali totéž s lidskýma rukama.

Díky takové práci, kterou provádějí výzkumníci z Bristol Robotics Laboratory, se neustále přibližují.

Doporučení redakce

• Ocenění CES 2023 Tech For Change společnosti Digital Trends
• Jak budeme vědět, kdy se AI skutečně stane vnímavou?
• Algoritmická architektura: Měli bychom nechat A.I. navrhovat budovy pro nás?
• Snímání emocí A.I. je tady a mohlo by to být na vašem příštím pracovním pohovoru
• World’s Fair 2.0: Mise vzkřísit největší technologickou výstavu všech dob