Hogyan adnak a tudósok emberszerű tapintási érzékeket a robotoknak

Van egy lidérces jelenet Guillermo del Toro 2006-os filmjében Pán labirintusa amelyben a Sápadt Embernek nevezett baljós humanoid lénnyel állunk szemben. Szörnyű, szőrtelen fejében nincs szem, a Sápadt Férfi, aki egy szemtelen Voldemorthoz hasonlít, a tenyerébe ágyazott szemgolyók segítségével lát. A sápadt ember ezeket a okulárisan megnövelt függelékeket használja, amelyeket szemtelen arca elé tart, mint egy szemüveget, és képes vizualizálni és mozogni a környezetében.

Ez bizonyos mértékig leírja az Egyesült Királyság Bristol Robotics Laboratory kutatóinak munkáját – jóllehet az egész félelmetes testhorror aspektus nélkül. Csak az ő esetükben a Pale Man helyettesítőnek nem egyszerűen egy szemgolyója van a tenyerében; minden ujján van egy.

„Az elmúlt négy-öt évben változás történt a tapintásérzékelés és a robotika területén [azonban, hogy elmozdultak a kamerák szenzorokhoz való használata felé” Nathan Lepora professzor

, aki a Bristol Robotics Laboratory 15 tagú Tactile Robotics Kutatócsoportját vezeti a Digital Trendsnek. „Optikai és látás alapú tapintásérzékelésnek hívják. Ennek az az oka, hogy megragadt, mert van egy megértés, hogy a nagy felbontású információkat Az ujjbegyekből származó tartalom kulcsfontosságú a [szükséges] mesterséges intelligencia számára ezek irányításához rendszerek.”

Először a Digital Trends Lepora munkája 2017-bencsapata projektjének egy korai változatát úgy írja le, hogy az „egy webkamerából áll, amely egy 3D-nyomtatott puha ujjhegy, amely nyomon követi a belső tűket, úgy tervezték, hogy úgy működjenek, mint az emberi érintési receptorok ujjhegyek.

Azóta a munka folyamatosan halad előre. Ennek érdekében a csapat a közelmúltban új kutatást publikált felfedi a projekt legújabb lépéseit: 3D-nyomtatott tapintású bőr létrehozása, amely egy napon adhat a kézprotézisek vagy az autonóm robotok az érintésérzékelés sokkal inkább megfelel a hús-vér embernek kezek.

A 3D-nyomtatott háló tűszerű papillákból áll, amelyek hasonló dermális szerkezetet utánoznak, amelyek az emberi bőr külső epidermális és belső dermális rétegei között találhatók. Ezek mesterséges idegi jeleket állíthatnak elő, amelyek méréskor valódi neuronok felvételeihez hasonlítanak amelyek lehetővé teszik a test mechanoreceptorainak a tárgyak vagy felületek alakjának és nyomásának azonosítását, amikor érintett.

„Amikor összehasonlítottuk a mesterséges ujjunkról érkező jeleket a valós adatokkal, azt találtuk, hogy a nagyon hasonló egyezés a két adathalmaz között, ugyanolyan típusú dombokkal és völgyekkel [mindkettőn]” – mondta Lepora magyarázta.

Ha ezt a 3D-nyomtatott bőrreceptor-információt apró beágyazott kamerákból származó adatokkal kombinálják, a csapat reméli, legyen a kulcsa egy hosszú távú álom feltárásához a mesterséges intelligencia és a robotika terén: A mesterséges intelligencia és a robotika érintés.

Mind az öt érzékszerv

Bár nem feltétlenül ért egyet minden kutató, az AI talán legtágabb alapvető célja a replikáció emberi intelligencia (vagy legalábbis minden olyan feladat elvégzésének képessége, amelyre az ember képes) számítógép. Ez azt jelenti, hogy ki kell találni a módokat az öt érzékszerv – a látás, a hallás, a szaglás, az ízlelés és a tapintás – szoftveres formában történő újrateremtésére. A mesterséges általános intelligencia potenciális tesztjei, mint például a javasolt „Kávé teszt” (egy igazán intelligens robotnak képesnek kell lennie arra, hogy bemenjen egy házba, és beszerezze a szükséges hozzávalókat és komponenseket, amelyek egy csésze kávé elkészítéséhez szükségesek).

A mai napig rengeteg figyelem és előrelépés történt a kép- és hangfelismerés terén. Kevesebb figyelmet fordítottak a szagra és ízre, de még mindig. Az AI-val felszerelt intelligens érzékelők több száz különböző szag azonosítására képesek egy adatbázisban egy „digitális orr.” Digitális ízvizsgálók, amelyek az íz tekintetében objektív méréseket tudnak adni, szintén vizsgálat tárgyát képezik. Az érintés azonban kínzóan elérhetetlen marad.

„Tudatosabbak vagyunk az olyan területeknek, mint a látás” – mondta Lepora, megmagyarázva, hogy a kutatók gyakran máshová helyezték a hangsúlyt. „Ezért nagyobb jelentőséget tulajdonítunk neki a mindennapi tevékenységeink szempontjából. De amikor az érintésről van szó, legtöbbször nem is vagyunk tudatában annak, hogy használjuk. És persze nem olyan fontos, mint amilyen. Ha azonban elveszi az érintésérzékét, a kezei teljesen használhatatlanok lennének. Nem tudtál velük mit kezdeni."

Ez nem azt jelenti, hogy a robotok elkerülték a valós tárgyakkal való interakciót. A gyári összeszerelő sorokon több mint fél évszázada alkalmaznak korlátozott mozgási tengelyekkel és egyszerű műveletekkel, például megfogással és forgatással rendelkező ipari robotokat. Az Amazon teljesítési központjaiban a robotok döntő szerepet játszanak az egynapos szállítási folyamat lehetővé tételében. A Kiva robotikai cég 2012-es felvásárlásának köszönhetően az Amazon raktáraiban dobozos robotok seregei találhatók, amelyek hasonlóak nagy Roombák, amelyek a termékek polcai között csoszognak, és eljuttatják őket az emberi „válogatókhoz”, hogy kiválaszthassák a megfelelő termékeket tól től.

Bár mindkét folyamat nagymértékben lerövidíti azt az időt, amelyre az embereknek szüksége lenne e feladatok elvégzésére Ezek a robotok segítség nélkül csak korlátozott funkcionalitást hajtanak végre, így az embereknek kell elvégezniük a pontosság nagy részét munka.

Ennek jó oka van: bár az ügyes kezelést a legtöbb ember magától értetődőnek tekinti, ez egy olyan dolog, ami rendkívül nehéz a gépek számára. Az emberi érintés rendkívül árnyalt. A bőr rendkívül összetett mechanikai szerkezettel rendelkezik, csak az ujjbegyekben több ezer idegvégződés található, ami rendkívül nagy felbontású érzékenységet tesz lehetővé a finom részletekre és a nyomásra. Kezünkkel érezhetjük a rezgéseket, a hőt, a formát, a súrlódást és a textúrát – egészen szubmilliméteres vagy mikronnyi tökéletlenségig. (Ha egy egyszerű, kis felbontású képet szeretne látni arról, milyen nehéz az élet korlátozott érintési lehetőségekkel, nézze meg, milyen simán vészel át egyetlen napot vastag kesztyűben. Valószínű, hogy már jóval délelőtt letépi őket!)

Érzékszervi visszajelzés

„Az a dolog, ami rugalmasságot és ügyességet ad az embereknek, az az érzékszervi visszajelzés, amelyet kapunk” – mondta Lepora. „Miközben egy feladatot végzünk, érzékszervi visszajelzést kapunk a környezettől. Az ügyességhez, amikor a kezünket használjuk, a domináns szenzoros visszacsatolás a tapintásunk. Nagy felbontású, nagy információtartalommal, érzésekkel és környezetünkkel kapcsolatos információkkal szolgál, amelyek irányítják cselekedeteinket.”

A probléma megoldásához mind a hardver, mind a szoftver fejlesztése szükséges: rugalmasabb, ügyesebb robotfogók, amelyek kiválóan képesek felismerni, hogy mit érintenek, és ennek megfelelően viselkednek. A kisebb, olcsóbb alkatrészek segítenek. Például a világ észlelésére kamerákat használó robotfogók legalább az 1970-es évekig nyúlnak vissza, olyan projektekkel, mint az Edinburghi Egyetem úttörő Freddy robot. A kamerák azonban csak a közelmúltban váltak elég aprókká ahhoz, hogy egy emberi ujjbegy méretű hardverbe is beleférjenek. „Öt évvel ezelőtt a legkisebb kamera, amit lehetett vásárolni, talán pár centiméter átmérőjű volt” – mondta Lepora. "Most vásárolhat [csak néhány] milliméteres kamerákat."

Még sokat kell dolgozni ahhoz, hogy az olyan újításokat, mint például a puha ujjbegyek érzékelése beépítsék a robotokba, hogy tapintási képességeket biztosítsanak számukra. Ám amikor ez megtörténik, ez megváltoztatja a játékot – legyen szó akár olyan robotok építéséről, amelyek képesek több feladat végrehajtására. végponttól végpontig tartó feladatok a munkahelyen (gondoljunk egy teljesen automatizált Amazon raktárra), vagy akár „nagy érintésű” feladatokat is végezhet, mint például a munkavégzés. gondozói szerepek.

Ahogy a robotok egyre szorosabban integrálódnak az általunk ismert életbe, egyre fontosabbá válik a körülöttük lévőkkel való biztonságos kapcsolatteremtés képessége. 1979 óta, amikor egy Robert Williams nevű michigani gyári munkás lett a történelem első embere, akit robot ölt meg, biztonsági elővigyázatosságból gyakran elválasztják a robotokat az emberektől. Ha lehetőséget adunk nekik a biztonságos érintésre, elkezdhetjük lebontani ezt a gátat.

Az érintés ereje

Bizonyítékok arra utalnak, hogy ezzel a robotok növelhetik az emberek általi elfogadottságukat. Az élőlények, mind az emberek, mind a többiek, a társadalmi kommunikáció eszközeként érintik egymást – és nem, nem csak szexuális módon. Azok a csecsemőmajmok, amelyek megfosztják az anyafigurával való tapintható érintkezést, stresszessé és rosszul táplálttá válhatnak. Az emberekben a vállveregetéstől jól érezzük magunkat. A csiklandozás megnevettet minket. Egy könyvtáros rövid, kézzel történő érintése kedvezőbb értékelést eredményezhet a könyvtárról, és hasonló „egyszerű” az érintések arra késztethetnek bennünket, hogy többet adjunk borravalót egy étteremben, több pénzt költsünk egy étteremben, vagy értékeljünk egy „érintőt” többnek. vonzó.

A témában egy tanulmány, egy 2009-es tanulmány, melynek címe „A bőr mint társadalmi szerv”, megjegyzi, hogy: „Általában a szociális idegtudományi kutatások általában a vizuális és hallási csatornákra, mint a társadalmi információk útvonalára összpontosítanak. Mivel azonban a bőr olyan események és folyamatok helyszíne, amelyek kulcsfontosságúak ahhoz, ahogyan gondolkodunk, érzünk és kölcsönhatásba lépünk egymással, az érintés közvetítheti társadalmi felfogások különféle módokon.” Ha egy robot érintése pozitív érzéseket vált ki belőlünk, szeretetteljesebb érzést kelt bennünk a gépek vagy más dolgok iránt megnyugtató? Teljesen lehetséges.

Egy tanulmány 56 robotápolóval kommunikáló ember közül azt találták, hogy a résztvevők általában kedvező véleményről számoltak be szubjektív válasz a robot által kezdeményezett érintésre, legyen szó bőrtisztításról vagy gondoskodásról kényelem. Egy másik, újabb kutatás, melynek címe „A Robot Touch meggyőző ereje”, szintén ezt a témát járta körül.

"[Korábbi kutatások kimutatták], hogy az emberek udvariasan bánnak a számítógépekkel, ami első pillantásra ésszerűtlennek tűnik a számítógépekkel szemben" Laura Kunold, a németországi Bochumi Ruhr Egyetem szocio-digitális rendszerek emberközpontú tervezésének pszichológiai karának adjunktusa mondta a Digital Trends-nek. „Mivel a robotoknak fizikai testük van, azon tűnődtem, vajon az interperszonális érintésből ismert pozitív hatások, például pozitív érzelmi állapotok vagy megfelelés kutatás, egy robot érintésével is kiváltható.” Megjegyezte: „Az emberek – a munkánkban tanuló diákok – általában nyitottak a nem funkcionális érintési gesztusokra. robot. Összességében jól szórakoztak, és kellemesnek és nem sértőnek írták le a gesztust.”

Ahogy a robotok interakciói egyre gyakoribbá válnak, az érintés valószínűleg fontos szempont lesz a társadalmi elfogadásukban. Ahogy George Elliot írja (nem, mondjuk kimondottan a robotokról) ben Middlemarch"Ki méri fel azoknak az érintéseknek a finomságát, amelyek a lélek és a test minőségét is közvetítik?"

A robotok egyre több képességet kapnak. Néhány évvel ezelőtt a Massachusetts Institute of Technology épített egy puha robotot, amely elég kényes ahhoz befogni, majd elengedni egy élő halat ahogy egy tartályban úszik. A gyümölcs- és zöldségszedő robotok is képesek azonosítani, majd szedni olyan finom termékek, mint a paradicsom anélkül, hogy passatává préselné őket. Remélhetőleg hamarosan elég megbízhatóak lesznek ahhoz, hogy emberi kézzel is megcsinálják.

A Bristol Robotics Laboratory kutatói által végzett ilyen munkának köszönhetően egyre közelebb kerülnek egymáshoz.

Szerkesztői ajánlások

• A Digital Trends Tech For Change CES 2023 díjai
• Honnan fogjuk tudni, hogy egy mesterséges intelligencia valójában mikor válik érzővé?
• Algoritmikus architektúra: Hagyjuk, hogy A.I. épületeket tervez nekünk?
• Érzelemérzékelő A.I. itt van, és ez lehet a következő állásinterjún
• Világkiállítás 2.0: A küldetés minden idők legnagyobb technológiai kiállításának feltámasztására