Hvordan forskere gir roboter menneskelignende taktile sanser

Det er en marerittaktig scene i Guillermo del Toros film fra 2006 Pans labyrint der vi blir konfrontert med en uhyggelig menneskelig skapning kalt den bleke mannen. Uten øyne i det monstrøse, hårløse hodet, ser den bleke mannen, som ligner en øyeløs Voldemort, ved hjelp av øyeepler innebygd i håndflatene hans. Ved å bruke disse okularforsterkede vedhengene, som han holder opp foran sitt øyeløse ansikt som briller, er den bleke mannen i stand til å visualisere og bevege seg gjennom omgivelsene.

Dette beskriver til en viss grad arbeid utført av forskere ved Storbritannias Bristol Robotics Laboratory - om enn uten hele det skremmende kroppsskrekk-aspektet. Bare i deres tilfelle har Pale Man-erstatteren ikke bare ett øyeeple i håndflaten; han har en på hver finger.

"I løpet av de siste fire eller fem årene har det skjedd en endring innen taktil sansing og robotikk [i form av] et trekk mot å bruke kameraer for sensorer,"

professor Nathan Lepora, som leder den 15-medlemmer Tactile Robotics Research Group for Bristol Robotics Laboratory, fortalte Digital Trends. "Det kalles optisk- og synsbasert taktil sensing. Grunnen til at det fanges opp er fordi det er en forståelse for at høyoppløselig informasjon innhold fra fingertuppene er avgjørende for den kunstige intelligensen [nødvendig] for å kontrollere disse systemer."

Digitale trender først dekket Leporas arbeid i 2017, som beskriver en tidlig versjon av teamets prosjekt som "består av et webkamera som er montert i en 3D-printet myk fingertupp som sporer interne pinner, designet for å fungere som berøringsreseptorene hos mennesker fingertuppene.

Siden den gang har arbeidet gått jevnt fremover. For det formål laget nylig publisert ny forskning avslører de siste trinnene i prosjektet: Å lage 3D-printet taktil hud som en dag kan gi protesehender eller autonome roboter en følelse av berøring langt mer i tråd med mennesker av kjøtt og blod hender.

Det 3D-printede nettet består av nållignende papiller som etterligner lignende dermal struktur som finnes mellom de ytre epidermale og indre dermale lag på menneskelig hud. Disse kan produsere kunstige nervesignaler, som, når de måles, ligner opptak av ekte nevroner som gjør det mulig for kroppens mekanoreseptorer å identifisere formen og trykket til gjenstander eller overflater når rørt.

"Da vi gjorde denne sammenligningen av signalene som kom fra de kunstige fingertuppene våre med de virkelige dataene, fant vi en veldig lik samsvar mellom de to datasettene, med samme type åser og daler [finnes på begge],» Lepora forklart.

Ved å kombinere denne 3D-printede hudreseptorinformasjonen med data hentet fra bittesmå innebygde kameraer kan teamet håper, være nøkkelen til å låse opp en langsiktig drøm innen kunstig intelligens og robotikk: En kunstig følelse av ta på.

Alle fem sansene

Selv om ikke alle forskere nødvendigvis er enige, er kanskje det bredeste grunnleggende målet med AI å replikere menneskelig intelligens (eller i det minste evnen til å utføre alle oppgavene som mennesker er i stand til) inne i en datamaskin. Det betyr å finne ut måter å gjenskape de fem sansene – syn, hørsel, lukt, smak og berøring – i programvareform. Først da kan potensielle tester av kunstig generell intelligens, slik som den foreslåtte "Kaffe test” (en virkelig intelligent robot bør være i stand til å gå inn i et hus, og skaffe de nødvendige ingrediensene og komponentene som trengs for å lage en kopp kaffe), oppnås.

Til dags dato har det blitt gjort mye oppmerksomhet og fremgang når det kommer til bilde- og lydgjenkjenning. Mindre oppmerksomhet, men likevel noe, har blitt viet til lukt og smak. AI-utstyrte smarte sensorer kan identifisere hundrevis av forskjellige lukter i en database gjennom utviklingen av en "digital nese.” Digitale smakstestere, i stand til å gi objektive mål med hensyn til smak, er også gjenstand for undersøkelse. Men berøring forblir fristende utenfor rekkevidde.

"Vi er mer bevisste på områder som syn," sa Lepora, og forklarer hvorfor fokus ofte har vært andre steder for forskere. "På grunn av det legger vi mer vekt på det med tanke på hva vi gjør hver dag. Men når det gjelder berøring, er vi for det meste ikke engang klar over at vi bruker det. Og absolutt ikke at det er så viktig som det er. Men hvis du tar bort berøringssansen, ville hendene dine være totalt ubrukelige. Du kunne ikke gjøre noe med dem."

Dette er ikke å si at roboter har styrt unna å samhandle med virkelige objekter. I mer enn et halvt århundre har industriroboter med begrensede bevegelsesakser og enkle handlinger som grip og roter vært brukt på fabrikkens samlebånd. I Amazon-oppfyllingssentre spiller roboter en avgjørende rolle for å sikre at en-dags leveringsprosessen er mulig. Takket være et oppkjøp i 2012 av robotikkselskapet Kiva, har Amazon-varehusene hærer av boksede roboter som ligner på store rombaser som blander seg rundt i produkthyllene og bringer dem til de menneskelige "plukkerne" for å velge de riktige varene fra.

Men mens begge disse prosessene i stor grad kuttet ned på tiden det ville ta mennesker å fullføre disse oppgavene Uassistert utfører disse robotene bare begrenset funksjonalitet – noe som lar mennesker utføre mye av presisjonen arbeid.

Det er en god grunn til dette: Selv om behendig håndtering er noe de fleste mennesker tar for gitt, er det noe som er usedvanlig vanskelig for maskiner. Menneskelig berøring er ekstremt nyansert. Huden har en svært kompleks mekanisk struktur, med tusenvis av nerveender i fingertuppene alene, noe som tillater ekstremt høyoppløselig følsomhet for fine detaljer og trykk. Med hendene våre kan vi føle vibrasjoner, varme, form, friksjon og tekstur – ned til submillimeter eller til og med ufullkommenheter på mikronnivå. (For en enkel visjon med lav oppløsning av hvor vanskelig livet er med begrensede berøringsmuligheter, se hvor jevnt du kan komme deg gjennom en enkelt dag mens du har på deg tykke hansker. Sjansen er stor for at du river dem av lenge før midt på morgenen!)

Sensorisk tilbakemelding

"Det som gir mennesker den fleksibiliteten og fingerferdigheten er den sensoriske tilbakemeldingen vi får," sa Lepora. «Når vi gjør en oppgave, får vi sensoriske tilbakemeldinger fra omgivelsene. For fingerferdighet, når vi bruker hendene våre, er den dominerende sensoriske tilbakemeldingen vår berøringssans. Det gir oss høyoppløselig, høyinformasjonsinnhold, opplevelser og informasjon om miljøet vårt for å lede handlingene våre.»

Å løse dette problemet vil kreve fremskritt innen både maskinvare og programvare: Mer fleksible, fingernemlige robotgripere med overlegne evner til å gjenkjenne hva de berører og oppføre seg deretter. Mindre, billigere komponenter vil hjelpe. For eksempel går tilnærminger til robotgripere som bruker kameraer for å oppfatte verden tilbake til minst 1970-tallet, med prosjekter som University of Edinburghs banebrytende Freddy-robot. Imidlertid er det først ganske nylig at kameraene har blitt små nok til at de kan tenkes å passe inn i en maskinvare på størrelse med en menneskelig fingertupp. "For fem år siden var det minste kameraet du kunne kjøpe kanskje et par centimeter i diameter," sa Lepora. "Nå kan du kjøpe kameraer som er [bare et par] millimeter."

Det er fortsatt mye arbeid som gjenstår før innovasjoner som sansing av myke fingertupper kan integreres i roboter for å gi dem taktile sanseevner. Men når dette skjer, vil det være en game-changer – enten for å bygge roboter som er i stand til å utføre et større antall ende-til-ende-oppgaver på arbeidsplassen (tenk et helt automatisert Amazon-lager) eller til og med handle i "high-touch"-jobber som å utføre omsorgsroller.

Etter hvert som roboter blir tettere integrert med livet slik vi kjenner det, vil evnen til å samhandle trygt med de rundt dem bli viktigere. Helt siden 1979, da en fabrikkarbeider i Michigan ved navn Robert Williams ble den første personen i historien som ble drept av en robot, har roboter ofte blitt skilt fra mennesker som en sikkerhetsforanstaltning. Ved å gi dem muligheten til trygt å berøre, kan vi begynne å bryte ned denne barrieren.

Kraften til berøring

Det er bevis som tyder på at roboter ved å gjøre det kan øke deres aksept hos mennesker. Levende skapninger, både mennesker og andre, berører hverandre som et middel for sosial kommunikasjon – og, nei, ikke bare på en seksuell måte. Spedbarn som er fratatt taktil kontakt med en morsfigur kan bli stresset og dårlig ernært. Hos mennesker får et klapp på skulderen oss til å føle oss bra. Kiling får oss til å le. En kort hånd-til-hånd berøring fra en bibliotekar kan resultere i mer gunstige anmeldelser av et bibliotek, og lignende "enkelt" berøringer kan få oss til å gi mer tips på en restaurant, bruke mer penger på en restaurant eller vurdere en "toucher" som mer attraktive.

En studie av emnet, en artikkel fra 2009 med tittelen "Huden som et sosialt organ", bemerker at: "Generelt har sosial nevrovitenskapelig forskning en tendens til å fokusere på visuelle og auditive kanaler som ruter for sosial informasjon. Men fordi huden er stedet for hendelser og prosesser som er avgjørende for måten vi tenker på, føler om og samhandler med hverandre, kan berøring mediere sosiale oppfatninger på forskjellige måter." Ville berøring fra en robot fremkalle positive følelser fra oss, noe som får oss til å føle oss mer glade for maskiner eller annet berolige? Det er fullt mulig.

En studie av 56 personer som samhandlet med en robotsykepleier fant at deltakerne rapporterte en generelt gunstig subjektiv respons på robotinitiert berøring, enten dette var for å rense huden eller gi dem komfort. Et annet, nyere stykke forskning, med tittelen "Den overbevisende kraften til Robot Touch", utforsket også dette emnet.

"[Tidligere forskning har vist] at folk behandler datamaskiner høflig, en oppførsel som ved første øyekast virker urimelig mot datamaskiner," Laura Kunold, adjunkt ved fakultetet for psykologi i menneskesentrert design av sosio-digitale systemer ved Ruhr-universitetet i Bochum i Tyskland, fortalte Digital Trends. "Siden roboter har fysiske kropper, lurte jeg på om positive effekter som positive emosjonelle tilstander eller compliance, som er kjent fra mellommenneskelig berøring forskning, kan også fremkalles ved berøring fra en robot." Hun bemerket: "Mennesker - studenter i arbeidet vårt - er generelt åpne for ikke-funksjonelle berøringsbevegelser fra en robot. De var generelt underholdt og beskrev gesten som hyggelig og ikke-skadelig.»

Etter hvert som robotinteraksjoner blir mer vanlig, vil berøring sannsynligvis være et viktig aspekt ved deres sosiale aksept. Som George Elliot skriver (ikke, det skal sies, spesielt om roboter) i Midtmarsj, "hvem skal måle subtiliteten til de berøringene som formidler kvaliteten på sjel så vel som kropp?"

Roboter blir dyktigere hele tiden. For flere år siden bygde Massachusetts Institute of Technology en myk robot som var delikat nok til fange og deretter sette ut en levende fisk mens den svømmer i en tank. Frukt- og grønnsakplukkeroboter kan også identifisere og deretter plukke delikate produkter som tomater uten å klemme dem til passata. Forhåpentligvis vil de snart være pålitelige nok til å gjøre det samme med menneskehender.

Takket være slikt arbeid utført av forskere ved Bristol Robotics Laboratory, kommer de nærmere hele tiden.

Redaktørenes anbefalinger

• Digital Trends' Tech For Change CES 2023 Awards
• Hvordan vil vi vite når en AI faktisk blir sansende?
• Algoritmisk arkitektur: Bør vi la A.I. designe bygninger for oss?
• Følelsesfølende A.I. er her, og det kan være i ditt neste jobbintervju
• World's Fair 2.0: Oppdraget om å gjenopplive tidenes største teknologiutstilling