Hoe wetenschappers robots mensachtige tastzintuigen geven

Er is een nachtmerrieachtig tafereel in de film van Guillermo del Toro uit 2006 Het labyrint van Pan waarin we worden geconfronteerd met een sinister mensachtig wezen genaamd de Pale Man. Zonder ogen in zijn monsterlijke, haarloze hoofd ziet de Bleke Man, die lijkt op een oogloze Voldemort, met behulp van oogbollen ingebed in de handpalmen. Met behulp van deze oculair-vergrote aanhangsels, die hij als een bril voor zijn oogloze gezicht houdt, kan de Bleke Man zijn omgeving visualiseren en zich er doorheen bewegen.

Dit beschrijft tot op zekere hoogte het werk dat wordt uitgevoerd door onderzoekers van het Britse Bristol Robotics Laboratory – zij het zonder het hele angstaanjagende body horror-aspect. Alleen in hun geval heeft de Pale Man-vervanger niet simpelweg één oog in de palm van elke hand; hij heeft er een aan elke vinger.

“In de afgelopen vier of vijf jaar heeft er een verandering plaatsgevonden op het gebied van tactiele detectie en robotica [in de vorm van] een stap richting het gebruik van camera’s als sensoren,”

professor Nathan Lepora, die leiding geeft aan de 15 leden tellende Tactile Robotics Research Group voor het Bristol Robotics Laboratory, vertelde Digital Trends. “Het heet optische en vision-gebaseerde tactiele detectie. De reden dat dit aanslaat, is omdat men begrijpt dat de informatie met een hoge resolutie is inhoud binnen handbereik is van cruciaal belang voor de kunstmatige intelligentie [die nodig is] om deze te controleren systemen.”

Digitale trends eerst behandeld Lepora’s werk in 2017, waarin hij een vroege versie van het project van zijn team beschrijft als “bestaande uit een webcam die is gemonteerd in een 3D-geprinte zachte vingertop die interne pinnen volgt, ontworpen om te fungeren als de aanraakreceptoren bij mensen vingertoppen.

Sindsdien vordert het werk gestaag. Daartoe heeft het team onlangs nieuw onderzoek gepubliceerd het onthullen van de nieuwste stappen in het project: het creëren van een 3D-geprinte tastbare huid die ooit zal geven prothetische handen of autonome robots, een tastgevoel dat veel meer aansluit bij de mens van vlees en bloed handen.

Het 3D-geprinte gaas bestaat uit pinachtige papillen die een soortgelijke huidstructuur nabootsen als die tussen de buitenste epidermale en binnenste dermale lagen van de menselijke huid. Deze kunnen kunstmatige zenuwsignalen produceren die, gemeten, lijken op de opnames van echte neuronen die de mechanoreceptoren van het lichaam in staat stellen de vorm en druk van voorwerpen of oppervlakken te identificeren wanneer aangeraakt.

“Toen we deze vergelijking maakten van de signalen die van onze kunstmatige vingertoppen kwamen met de echte gegevens, vonden we een zeer vergelijkbare match tussen de twee datasets, met dezelfde soort heuvels en valleien [gevonden op beide],” Lepora uitgelegd.

Het team zou deze 3D-geprinte huidreceptorinformatie kunnen combineren met gegevens van kleine ingebouwde camera's hoop, de sleutel zijn tot het ontsluiten van een langetermijndroom op het gebied van kunstmatige intelligentie en robotica: een kunstmatig gevoel van aanraken.

Alle vijf zintuigen

Hoewel niet iedere onderzoeker het daar noodzakelijkerwijs mee eens zal zijn, is repliceren misschien wel het breedste fundamentele doel van AI menselijke intelligentie (of op zijn minst het vermogen om alle taken uit te voeren waartoe mensen in staat zijn) binnen een computer. Dat betekent dat we manieren moeten bedenken om de vijf zintuigen – zien, horen, ruiken, proeven en aanraken – in softwarevorm te recreëren. Alleen dan kunnen potentiële tests van kunstmatige algemene intelligentie, zoals de voorgestelde “Koffie proef” (een echt intelligente robot zou in staat moeten zijn een huis binnen te lopen en de benodigde ingrediënten en componenten te vinden die nodig zijn om een ​​kopje koffie te zetten), worden bereikt.

Tot op heden is er veel aandacht en vooruitgang geboekt als het gaat om beeld- en audioherkenning. Er is minder, maar nog steeds enige, aandacht besteed aan geur en smaak. Met AI uitgeruste slimme sensoren kunnen honderden verschillende geuren in een database identificeren door de ontwikkeling van een “digitale neus.” Digitale smaaktesters, die objectieve maatstaven kunnen geven met betrekking tot de smaak, zijn ook onderwerp van onderzoek. Maar aanraking blijft verleidelijk buiten bereik.

“We zijn ons bewuster bewust van gebieden als visie”, zegt Lepora, en legt uit waarom de focus voor onderzoekers vaak ergens anders ligt. “Daarom hechten we er meer belang aan in wat we elke dag doen. Maar als het om aanraking gaat, zijn we ons er meestal niet eens van bewust dat we het gebruiken. En zeker niet dat het zo belangrijk is als het is. Als u echter uw tastzin wegneemt, zijn uw handen totaal nutteloos. Je kon er niets mee doen.”

Dit wil niet zeggen dat robots de interactie met objecten uit de echte wereld hebben vermeden. Al meer dan een halve eeuw worden industriële robots met beperkte bewegingsassen en eenvoudige handelingen zoals grijpen en draaien ingezet op assemblagelijnen in fabrieken. In de fulfilmentcentra van Amazon spelen robots een cruciale rol om ervoor te zorgen dat het leveringsproces van één dag mogelijk wordt gemaakt. Dankzij een overname in 2012 van roboticabedrijf Kiva, zijn de Amazon-magazijnen voorzien van legers van boxy-robots die lijken op grote Roombas die door de schappen met producten schuifelen en ze naar de menselijke ‘plukkers’ brengen om de juiste items te selecteren van.

Hoewel beide processen de tijd die mensen nodig hebben om deze taken te voltooien aanzienlijk verkorten zonder hulp voeren deze robots slechts een beperkte functionaliteit uit, waarbij de mens een groot deel van de precisie moet uitvoeren werk.

Daar is een goede reden voor: hoewel behendig hanteren iets is wat de meeste mensen als vanzelfsprekend beschouwen, is het iets dat buitengewoon moeilijk is voor machines. De menselijke aanraking is uiterst genuanceerd. De huid heeft een zeer complexe mechanische structuur, met duizenden zenuwuiteinden alleen al in de vingertoppen, waardoor een extreem hoge resolutiegevoeligheid voor fijne details en druk mogelijk is. Met onze handen kunnen we trillingen, hitte, vorm, wrijving en textuur voelen – tot onvolkomenheden op submillimeter- of zelfs micronniveau. (Voor een eenvoudig beeld in lage resolutie van hoe moeilijk het leven is met beperkte aanraakmogelijkheden, kijk hoe soepel je een dag doorkomt terwijl je dikke handschoenen draagt. De kans is groot dat je ze al lang voor halverwege de ochtend afscheurt!)

Zintuiglijke feedback

“Wat mensen die flexibiliteit en behendigheid geeft, is de zintuiglijke feedback die we krijgen”, zegt Lepora. “Terwijl we een taak uitvoeren, krijgen we zintuiglijke feedback van de omgeving. Voor behendigheid: wanneer we onze handen gebruiken, is die dominante zintuiglijke feedback onze tastzin. Het geeft ons de hoge resolutie, hoge informatie-inhoud, sensaties en informatie over onze omgeving om onze acties te sturen.”

Om dit probleem op te lossen is vooruitgang nodig in zowel hardware als software: flexibelere, behendige robotgrijpers met superieure capaciteiten om te herkennen wat ze aanraken en zich dienovereenkomstig te gedragen. Kleinere, goedkopere componenten zullen helpen. De benaderingen van robotgrijpers die camera's gebruiken om de wereld waar te nemen dateren bijvoorbeeld al uit de jaren zeventig, met projecten als die van de Universiteit van Edinburgh. baanbrekende Freddy-robot. Het is echter nog maar heel kort geleden dat camera’s zo klein zijn geworden dat ze mogelijk in een stuk hardware passen ter grootte van een menselijke vingertop. “Vijf jaar geleden had de kleinste camera die je kon kopen een diameter van misschien een paar centimeter”, zegt Lepora. "Nu kun je camera's kopen die [slechts een paar] millimeter groot zijn."

Er moet nog veel werk worden verzet voordat innovaties zoals het detecteren van zachte vingertoppen in robots kunnen worden geïntegreerd om ze tactiele detectiemogelijkheden te geven. Maar als dit gebeurt, zal het een gamechanger zijn – of het nu gaat om het bouwen van robots die in staat zijn een groter aantal taken uit te voeren end-to-end taken op de werkplek (denk aan een volledig geautomatiseerd Amazon-magazijn) of zelfs uitvoeren in “high-touch” banen zoals uitvoeren verzorgende rollen.

Naarmate robots nauwer geïntegreerd raken met het leven zoals wij dat kennen, zal het vermogen om veilig te communiceren met de mensen om hen heen steeds belangrijker worden. Sinds 1979, toen Robert Williams, een fabrieksarbeider uit Michigan, de eerste persoon in de geschiedenis werd die door een robot werd gedood, worden robots uit veiligheidsoverwegingen regelmatig van mensen gescheiden. Door ze de mogelijkheid te geven elkaar veilig aan te raken, kunnen we beginnen met het slechten van deze barrière.

De kracht van aanraking

Er zijn aanwijzingen dat robots door dit te doen hun acceptatie door mensen kunnen vergroten. Levende wezens, zowel menselijke als anderszins, raken elkaar aan als middel voor sociale communicatie – en nee, niet alleen op seksuele wijze. Babyapen die geen tastbaar contact met een moederfiguur hebben, kunnen gestrest en slecht gevoed raken. Bij mensen geeft een schouderklopje ons een goed gevoel. Kietelen maakt ons aan het lachen. Een korte hand-tot-hand aanraking van een bibliothecaris kan resulteren in gunstiger beoordelingen van een bibliotheek, en soortgelijke “eenvoudige” aanrakingen kunnen ervoor zorgen dat we meer fooien geven in een restaurant, meer geld uitgeven in een restaurant, of een “toucher” als meer beoordelen aantrekkelijk.

Een onderzoek naar dit onderwerp, een artikel uit 2009 met de titel “De huid als sociaal orgaan”, merkt op dat: “Over het algemeen heeft sociaal neurowetenschappelijk onderzoek de neiging zich te concentreren op visuele en auditieve kanalen als routes voor sociale informatie. Omdat de huid echter de plaats is van gebeurtenissen en processen die cruciaal zijn voor de manier waarop we over elkaar denken, voelen en met elkaar omgaan, kan aanraking bemiddelen. sociale percepties op verschillende manieren.” Zou aanraking van een robot positieve gevoelens bij ons opwekken, waardoor we meer genegenheid zouden voelen voor machines of anderszins geruststellend? Het is heel goed mogelijk.

Eén studie van de 56 mensen die interactie hadden met een robotverpleegkundige, ontdekten dat de deelnemers over het algemeen een gunstig resultaat rapporteerden subjectieve reactie op door een robot geïnitieerde aanraking, of dit nu was om de huid te reinigen of te verzorgen comfort. Een ander, recenter onderzoek, getiteld “De overtuigingskracht van Robot Touch”, onderzocht dit onderwerp ook.

“[Eerder onderzoek heeft aangetoond] dat mensen beleefd omgaan met computers, een gedrag dat op het eerste gezicht onredelijk lijkt tegenover computers,” Laura Kunold, assistent-professor aan de faculteit Psychologie in het mensgerichte ontwerp van sociaal-digitale systemen aan de Duitse Ruhr Universiteit Bochum, aan Digital Trends. “Aangezien robots fysieke lichamen hebben, vroeg ik me af of positieve effecten, zoals positieve emotionele toestanden of meegaandheid, die bekend zijn uit interpersoonlijke aanraking onderzoek, kan ook worden uitgelokt door aanraking van een robot.” Ze merkte op: “Mensen – studenten in ons werk – staan ​​over het algemeen open voor niet-functionele aanraakgebaren van a robot. Ze waren over het algemeen geamuseerd en beschreven het gebaar als prettig en niet-kwetsend.”

Naarmate robotinteracties steeds gebruikelijker worden, zal aanraking waarschijnlijk een belangrijk aspect van hun sociale acceptatie worden. Zoals George Elliot schrijft (niet specifiek over robots). Middenmars, “wie zal de subtiliteit meten van die aanrakingen die zowel de kwaliteit van de ziel als het lichaam overbrengen?”

Robots worden steeds capabeler. Enkele jaren geleden bouwde het Massachusetts Institute of Technology een zachte robot die delicaat genoeg was om dat te doen een levende vis vangen en vervolgens loslaten terwijl het in een tank zwemt. Fruit- en groenteplukrobots kunnen ook identificeren en vervolgens plukken delicate producten zoals tomaten zonder ze tot passata te pletten. Hopelijk zijn ze binnenkort betrouwbaar genoeg om hetzelfde met mensenhanden te doen.

Dankzij dit soort werk dat wordt uitgevoerd door onderzoekers van het Bristol Robotics Laboratory, komen ze steeds dichterbij.

Aanbevelingen van de redactie

• Tech For Change CES 2023 Awards van Digital Trends
• Hoe weten we wanneer een AI daadwerkelijk bewust wordt?
• Algoritmische architectuur: moeten we A.I. gebouwen voor ons ontwerpen?
• Emotiegevoelige A.I. is hier, en het zou in je volgende sollicitatiegesprek kunnen zijn
• World’s Fair 2.0: De missie om de grootste technologiebeurs aller tijden nieuw leven in te blazen