Hvordan videnskabsmænd giver robotter menneskelignende taktile sanser

Der er en mareridtsagtig scene i Guillermo del Toros film fra 2006 Pans labyrint hvor vi bliver konfronteret med et uhyggeligt menneskeligt væsen kaldet den blege mand. Uden øjne i sit monstrøse, hårløse hoved ser den blege mand, der ligner en øjenløs Voldemort, ved hjælp af øjeæbler indlejret i hans håndflader. Ved at bruge disse øjenforstærkede vedhæng, som han holder op foran sit øjenløse ansigt som briller, er den blege mand i stand til at visualisere og bevæge sig gennem sine omgivelser.

Dette beskriver til en vis grad arbejde, der udføres af forskere ved det britiske Bristol Robotics Laboratory - dog uden hele det skræmmende kropsrædselsaspekt. Kun i deres tilfælde har Pale Man-erstatningen ikke blot ét øjeæble i håndfladen af ​​hver hånd; han har en på hver finger.

"I de sidste fire eller fem år er der sket en ændring inden for taktile sansning og robotteknologi [i form af] et skridt hen imod at bruge kameraer til sensorer."

professor Nathan Lepora, der leder den 15-medlemmers Tactile Robotics Research Group for Bristol Robotics Laboratory, fortalte Digital Trends. »Det kaldes optisk- og synsbaseret taktil sansning. Grunden til, at der er fanget, er, at der er en forståelse for, at højopløselige oplysninger indhold fra fingerspidserne er afgørende for den kunstige intelligens [nødvendig] for at kontrollere disse systemer."

Digitale trends først dækket Leporas arbejde i 2017, der beskriver en tidlig version af hans teams projekt som værende "bestående af et webcam, der er monteret i en 3D-printet blød fingerspids, der sporer interne stifter, designet til at fungere som berøringsreceptorer hos mennesker fingerspidserne.

Siden er arbejdet støt udviklet. Til det formål har holdet for nylig offentliggjort ny forskning afslører de seneste trin i projektet: At skabe 3D-printet taktil hud, der en dag kan give protesehænder eller autonome robotter en følelse af berøring langt mere i overensstemmelse med mennesker af kød og blod hænder.

Det 3D-printede mesh består af nållignende papiller, som efterligner lignende dermal struktur, der findes mellem de ydre epidermale og indre dermale lag på menneskelig hud. Disse kan producere kunstige nervesignaler, som, når de måles, ligner optagelser af rigtige neuroner der gør det muligt for kroppens mekanoreceptorer at identificere formen og trykket af emner eller overflader, når rørt.

"Da vi sammenlignede signalerne fra vores kunstige fingerspidser med de rigtige data, fandt vi en meget ens match mellem de to datasæt, med den samme slags bakker og dale [findes på begge]," Lepora forklaret.

Ved at kombinere denne 3D-printede hudreceptorinformation med data taget fra bittesmå indlejrede kameraer kan teamet håb, være nøglen til at låse op for en langsigtet drøm inden for kunstig intelligens og robotteknologi: En kunstig følelse af røre ved.

Alle fem sanser

Selvom ikke alle forskere nødvendigvis er enige, er det måske bredeste grundlæggende mål med AI at replikere menneskelig intelligens (eller i det mindste evnen til at udføre alle de opgaver, som mennesker er i stand til) inde i en computer. Det betyder at finde ud af måder at genskabe de fem sanser - syn, hørelse, lugt, smag og berøring - i softwareform. Først da kan potentielle test af kunstig generel intelligens, såsom den foreslåede "Kaffe test” (en virkelig intelligent robot bør være i stand til at gå ind i et hus og skaffe de nødvendige ingredienser og komponenter til at lave en kop kaffe), opnås.

Til dato er der gjort masser af opmærksomhed og fremskridt, når det kommer til billed- og lydgenkendelse. Mindre opmærksomhed, men stadig en del, er blevet lagt på lugt og smag. AI-udstyrede smarte sensorer kan identificere hundredvis af forskellige lugte i en database gennem udviklingen af ​​en "digital næse.” Digitale smagstestere, i stand til at give objektive mål med hensyn til smag, er også genstand for undersøgelse. Men berøring forbliver fristende uden for rækkevidde.

"Vi er mere bevidste om områder som vision," sagde Lepora og forklarede, hvorfor fokus ofte har været andre steder for forskere. ”Derfor tillægger vi det større betydning i forhold til, hvad vi laver hver dag. Men når det kommer til berøring, er vi det meste af tiden ikke engang klar over, at vi bruger det. Og bestemt ikke, at det er så vigtigt, som det er. Men hvis du fjerner din følesans, ville dine hænder være totalt ubrugelige. Du kunne ikke gøre noget med dem."

Dette betyder ikke, at robotter har undladt at interagere med objekter fra den virkelige verden. I mere end et halvt århundrede har industrirobotter med begrænsede bevægelsesakser og simple handlinger som f.eks. greb og rotation været anvendt på fabrikkens samlebånd. I Amazons opfyldelsescentre spiller robotter en afgørende rolle for at sikre, at en-dags leveringsprocessen er mulig. Takket være et opkøb i 2012 af robotvirksomheden Kiva, har Amazons varehuse hære af boxy robotter svarende til store Roombas, der blander sig rundt på hylderne med produkter og bringer dem til de menneskelige "plukkere" for at vælge de rigtige varer fra.

Men mens begge disse processer i høj grad skærer ned på den tid, det ville tage mennesker at udføre disse opgaver Uassisteret udfører disse robotter kun begrænset funktionalitet - hvilket overlader mennesker til at udføre meget af præcisionen arbejde.

Der er en god grund til dette: Selvom behændig håndtering er noget, de fleste mennesker tager for givet, er det noget, der er ekstraordinært svært for maskiner. Menneskelig berøring er ekstremt nuanceret. Huden har en meget kompleks mekanisk struktur, med tusindvis af nerveender alene i fingerspidserne, hvilket tillader ekstrem høj opløsning følsomhed over for fine detaljer og tryk. Med vores hænder kan vi mærke vibrationer, varme, form, friktion og tekstur - ned til submillimeter eller endda mikron-niveau ufuldkommenheder. (For en enkel vision i lav opløsning af, hvor svært livet er med begrænsede berøringsmuligheder, kan du se, hvor glat du kan komme igennem en enkelt dag, mens du har tykke handsker på. Chancerne er, at du river dem af længe før midmorgen!)

Sensorisk feedback

"Det, der giver mennesker den fleksibilitet og fingerfærdighed, er den sensoriske feedback, vi får," sagde Lepora. “Når vi udfører en opgave, får vi sensorisk feedback fra omgivelserne. For fingerfærdighed, når vi bruger vores hænder, er den dominerende sensoriske feedback vores følesans. Det giver os det højopløselige, høje informationsindhold, fornemmelser og information om vores miljø til at guide vores handlinger."

At løse dette problem vil kræve fremskridt inden for både hardware og software: Mere fleksible, behændige robotgribere med overlegne evner til at genkende, hvad de rører ved og opføre sig derefter. Mindre, billigere komponenter vil hjælpe. For eksempel går tilgange til robotgribere, der bruger kameraer til at opfatte verden, mindst så langt tilbage som 1970'erne, med projekter som University of Edinburghs banebrydende Freddy robot. Det er dog først for ganske nylig, at kameraer er blevet små nok til, at de kan tænkes at passe ind i et stykke hardware på størrelse med en menneskelig fingerspids. "For fem år siden var det mindste kamera, du kunne købe, måske et par centimeter på tværs," sagde Lepora. "Nu kan du købe kameraer, der er [bare et par] millimeter."

Der er stadig meget arbejde, der skal gøres, før innovationer som sansning af bløde fingerspidser kan inkorporeres i robotter for at give dem taktile sanseevner. Men når dette sker, vil det være en game-changer – hvad enten det drejer sig om at bygge robotter, der er i stand til at udføre et større antal ende-til-ende opgaver på arbejdspladsen (tænk et helt automatiseret Amazon-lager) eller endda handle i "højberørings"-jobs som at udføre omsorgsroller.

Efterhånden som robotter bliver tættere integreret med livet, som vi kender det, vil evnen til at interagere sikkert med dem omkring dem blive vigtigere. Lige siden 1979, hvor en fabriksarbejder i Michigan ved navn Robert Williams blev den første person i historien, der blev dræbt af en robot, er robotter ofte blevet adskilt fra mennesker som en sikkerhedsforanstaltning. Ved at give dem muligheden for sikkert at røre ved, kunne vi begynde at nedbryde denne barriere.

Berøringskraften

Der er beviser, der tyder på, at robotter ved at gøre det kan øge deres accept af mennesker. Levende væsner, både menneskelige og andre, rører hinanden som et middel til social kommunikation – og nej, ikke kun på en seksuel måde. Spæde aber, der er frataget den taktile kontakt med en moderfigur, kan blive stressede og dårligt ernærede. Hos mennesker får vi det godt med et skulderklap. Kilden får os til at grine. En kort hånd-til-hånd berøring fra en bibliotekar kan resultere i mere gunstige anmeldelser af et bibliotek og lignende "simpelt" berøringer kan få os til at give mere drikkepenge på en restaurant, bruge flere penge på en restaurant eller vurdere en "toucher" som mere tiltrækkende.

En undersøgelse af emnet, et papir fra 2009 med titlen "Huden som et socialt organ," bemærker, at: "Generelt har social neurovidenskabelig forskning en tendens til at fokusere på visuelle og auditive kanaler som veje til social information. Men fordi huden er stedet for begivenheder og processer, der er afgørende for den måde, vi tænker på, føler om og interagerer med hinanden på, kan berøring mediere sociale opfattelser på forskellige måder.” Vil berøring fra en robot fremkalde positive følelser fra os, hvilket får os til at føle os mere kærlige over for maskiner eller andet berolige? Det er fuldt ud muligt.

Ét studie af 56 personer, der interagerede med en robotsygeplejerske, fandt, at deltagerne rapporterede en generelt gunstig subjektiv reaktion på robot-initieret berøring, hvad enten dette var for at rense deres hud eller give dem komfort. Et andet, nyere stykke forskning, med titlen "Den overbevisende kraft af Robot Touch", udforskede også dette emne.

"[Tidligere forskning har vist], at folk behandler computere høfligt, en adfærd, der ved første øjekast virker urimelig over for computere," Laura Kunold, adjunkt ved det psykologiske fakultet i det menneskecentrerede design af socio-digitale systemer ved Tysklands Ruhr-universitet Bochum, fortalte Digital Trends. "Da robotter har fysiske kroppe, spekulerede jeg på, om positive effekter såsom positive følelsesmæssige tilstande eller compliance, som er kendt fra interpersonel berøring forskning, kunne også fremkaldes ved berøring fra en robot." Hun bemærkede: "Mennesker - studerende i vores arbejde - er generelt åbne over for ikke-funktionelle berøringsbevægelser fra en robot. De var generelt morede og beskrev gestussen som behagelig og ikke-skadende."

Efterhånden som robotinteraktioner bliver mere almindelige, vil berøring sandsynligvis være et vigtigt aspekt af deres sociale accept. Som George Elliot skriver (ikke, det skal siges, specifikt om robotter) i Mellemmarch, "hvem skal måle subtiliteten af ​​de berøringer, der formidler kvaliteten af ​​sjæl såvel som krop?"

Robotter bliver hele tiden dygtigere. For flere år siden byggede Massachusetts Institute of Technology en blød robot, der var sart nok til fange og derefter udsætte en levende fisk som den svømmer i en tank. Frugt- og grøntsagsplukkerobotter kan også identificere og derefter plukke delikate produkter som tomater uden at presse dem til passata. Forhåbentlig vil de snart være pålidelige nok til at gøre det samme med menneskehænder.

Takket være arbejde som det, der udføres af forskere ved Bristol Robotics Laboratory, kommer de hele tiden tættere på.

Redaktørens anbefalinger

• Digital Trends' Tech For Change CES 2023 Awards
• Hvordan ved vi, hvornår en AI rent faktisk bliver sansende?
• Algoritmisk arkitektur: Skal vi lade A.I. designe bygninger for os?
• Følelsesfølende A.I. er her, og det kan blive til din næste jobsamtale
• World's Fair 2.0: Missionen for at genoplive den største tech-udstilling nogensinde