Jak naukowcy nadają robotom zmysły dotykowe przypominające ludzkie

Jest koszmarna scena w filmie Guillermo del Toro z 2006 roku Labirynt Pana w którym stajemy twarzą w twarz ze złowrogą humanoidalną istotą zwaną Bladym Człowiekiem. Nie mając oczu w swojej monstrualnej, bezwłosej głowie, Blady Człowiek, przypominający bezokiego Voldemorta, widzi za pomocą gałek ocznych osadzonych w dłoniach. Używając tych powiększonych oczu, które trzyma przed swoją pozbawioną oczu twarzą jak okulary, Blady Człowiek jest w stanie wizualizować i poruszać się po otoczeniu.

To w pewnym stopniu opisuje pracę prowadzoną przez badaczy z brytyjskiego Bristol Robotics Laboratory – aczkolwiek bez tego całego przerażającego aspektu horroru ciała. Tylko w ich przypadku substytut Bladego Człowieka nie ma po prostu jednej gałki ocznej w każdej dłoni; ma po jednym na każdym palcu.

„W ciągu ostatnich czterech lub pięciu lat nastąpiła zmiana w dziedzinie wykrywania dotyku i robotyki [w postaci] ruchu w kierunku stosowania kamer jako czujników” –

profesora Nathana Lepory, który kieruje 15-osobową grupą badawczą Tactile Robotics w Bristol Robotics Laboratory, powiedział Digital Trends. „Nazywa się to optycznym i wizyjnym wyczuwaniem dotykowym. Powodem, dla którego się to przyjęło, jest zrozumienie, że informacje o wysokiej rozdzielczości Treści dostępne na wyciągnięcie ręki mają kluczowe znaczenie dla sztucznej inteligencji [potrzebnej] do ich kontrolowania systemy.”

Najpierw omówiono trendy cyfrowe Praca Lepory w 2017 roku, opisując wczesną wersję projektu swojego zespołu jako „składającą się z kamery internetowej zamontowanej w Miękki czubek palca wydrukowany w 3D, śledzący wewnętrzne kołki, zaprojektowany tak, aby działał jak receptory dotyku u człowieka opuszki palców.

Od tego czasu prace stale postępują naprzód. W tym celu zespół niedawno opublikował nowe badania ujawniając najnowsze etapy projektu: Stworzenie wydrukowanej w 3D dotykowej skóry, która pewnego dnia może dać protetyczne ręce lub autonomiczne roboty mają zmysł dotyku znacznie bardziej zbliżony do człowieka z krwi i kości ręce.

Siatka wydrukowana w 3D składa się z brodawek przypominających szpilki, które naśladują podobną strukturę skóry, która znajduje się pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną warstwą ludzkiej skóry. Mogą one wytwarzać sztuczne sygnały nerwowe, które po zmierzeniu przypominają nagrania prawdziwych neuronów które umożliwiają mechanoreceptorom organizmu identyfikację kształtu i nacisku przedmiotów lub powierzchni, kiedy wzruszony.

„Kiedy porównaliśmy sygnały pochodzące z naszych sztucznych palców z rzeczywistymi danymi, odkryliśmy, że: bardzo podobne dopasowanie między dwoma zbiorami danych, z tym samym rodzajem wzgórz i dolin [znalezionych w obu]”, Lepora wyjaśnione.

Połączenie wydrukowanych w 3D informacji o receptorach skóry z danymi pobranymi z małych wbudowanych kamer może pomóc zespołowi nadzieje, być kluczem do odblokowania długoterminowego marzenia w sztucznej inteligencji i robotyce: sztucznego poczucia dotykać.

Wszystkie pięć zmysłów

Chociaż nie każdy badacz koniecznie się z tym zgodzi, być może najszerszym podstawowym celem sztucznej inteligencji jest replikacja ludzka inteligencja (lub przynajmniej zdolność do wykonywania wszystkich zadań, do których zdolny jest człowiek) wewnątrz a komputer. Oznacza to znalezienie sposobów odtworzenia pięciu zmysłów – wzroku, słuchu, węchu, smaku i dotyku – w formie oprogramowania. Tylko wtedy możliwe będą potencjalne testy sztucznej inteligencji ogólnej, takie jak proponowane „Test kawy” (prawdziwie inteligentny robot powinien móc wejść do domu i pozyskać niezbędne składniki i komponenty potrzebne do przygotowania filiżanki kawy).

Do chwili obecnej poczyniono wiele uwagi i postępu w zakresie rozpoznawania obrazu i dźwięku. Mniej uwagi, ale nadal trochę, poświęcono zapachowi i smakowi. Inteligentne czujniki wyposażone w sztuczną inteligencję mogą identyfikować setki różnych zapachów w bazie danych poprzez opracowanie „cyfrowy nos.” Cyfrowe testery smaku, zdolne do obiektywnej oceny smaku, również są przedmiotem badań. Ale dotyk pozostaje kusząco poza zasięgiem.

„Jesteśmy bardziej świadomi takich obszarów jak wzrok” – stwierdziła Lepora, wyjaśniając, dlaczego badacze często skupiali się gdzie indziej. „Z tego powodu przywiązujemy do niego większą wagę w kontekście tego, co robimy na co dzień. Ale jeśli chodzi o dotyk, przez większość czasu nawet nie jesteśmy świadomi, że go używamy. I na pewno nie jest to tak ważne, jak jest. Jeśli jednak odbierzesz zmysł dotyku, twoje ręce będą całkowicie bezużyteczne. Nie można było z nimi nic zrobić.

Nie oznacza to, że roboty unikały interakcji z obiektami ze świata rzeczywistego. Od ponad pół wieku na fabrycznych liniach montażowych wykorzystuje się roboty przemysłowe o ograniczonych osiach ruchu i prostych czynnościach, takich jak chwytanie i obracanie. W centrach logistycznych Amazon roboty odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu jednodniowego procesu dostawy. Dzięki przejęciu w 2012 roku firmy Kiva zajmującej się robotyką, w magazynach Amazon znajdują się armie pudełkowatych robotów podobnych do duże Roombasy, które przemieszczają się po półkach z produktami, przenosząc je do ludzkich „zbieraczy”, aby wybrali właściwe produkty z.

Jednakże, chociaż oba te procesy znacznie skracają czas potrzebny ludziom na wykonanie tych zadań Bez pomocy roboty te wykonują jedynie ograniczoną funkcjonalność – pozostawiając ludziom wykonywanie większości precyzyjnych czynności praca.

Jest ku temu dobry powód: chociaż zręczna obsługa jest czymś oczywistym dla większości ludzi, jest to coś niezwykle trudnego dla maszyn. Ludzki dotyk jest niezwykle zróżnicowany. Skóra ma bardzo złożoną strukturę mechaniczną, z tysiącami zakończeń nerwowych w samych opuszkach palców, co pozwala na niezwykle wysoką czułość na drobne szczegóły i nacisk. Dłoniami możemy wyczuć wibracje, ciepło, kształt, tarcie i teksturę – aż do niedoskonałości na poziomie submilimetrowym, a nawet mikronowym. (Aby zobaczyć prostą wizję w niskiej rozdzielczości tego, jak trudne jest życie przy ograniczonych możliwościach dotykowych, zobacz, jak płynnie możesz przetrwać jeden dzień, nosząc grube rękawiczki. Jest szansa, że ​​zerwiesz je na długo przed południem!)

Sensoryczne sprzężenie zwrotne

„To, co zapewnia ludziom tę elastyczność i zręczność, to informacje zwrotne, które otrzymujemy” – powiedziała Lepora. „Kiedy wykonujemy zadanie, otrzymujemy sensoryczną informację zwrotną od otoczenia. Jeśli chodzi o zręczność, gdy używamy rąk, dominującym sprzężeniem zwrotnym jest zmysł dotyku. Zapewnia nam treści, wrażenia i informacje o naszym środowisku w wysokiej rozdzielczości, które pomagają nam kierować naszymi działaniami.

Rozwiązanie tego problemu wymaga postępu zarówno w sprzęcie, jak i oprogramowaniu: bardziej elastyczne, zręczne chwytaki robotów o doskonałych zdolnościach rozpoznawania, czego dotykają i odpowiedniego zachowania. Pomogą mniejsze i tańsze komponenty. Na przykład podejście do chwytaków robotów wykorzystujących kamery do postrzegania świata sięga co najmniej lat 70. XX wieku, a projekty takie jak Uniwersytet w Edynburgu pionierski robot Freddy. Jednak dopiero niedawno aparaty stały się na tyle małe, że można je zmieścić w urządzeniu wielkości ludzkiego palca. „Pięć lat temu najmniejszy aparat, jaki można było kupić, miał może kilka centymetrów średnicy” – powiedziała Lepora. „Teraz można kupić aparaty, które mają [zaledwie kilka] milimetrów”.

Nadal pozostaje wiele do zrobienia, zanim innowacje takie jak wyczuwanie miękkich palców będą mogły zostać zastosowane w robotach, aby zapewnić im zdolności wyczuwania dotyku. Ale kiedy to nastąpi, będzie to zmiana zasad gry – czy to w przypadku budowania robotów, które będą w stanie wykonywać większą liczbę kompleksowe zadania w miejscu pracy (pomyśl o całkowicie zautomatyzowanym magazynie Amazon), a nawet wykonuj wymagające zadania, takie jak wykonywanie role opiekuńcze.

W miarę jak roboty będą coraz ściślej zintegrowane z życiem, jakie znamy, coraz ważniejsza będzie możliwość bezpiecznej interakcji z otaczającymi je osobami. Od 1979 r., kiedy robotnik fabryki w Michigan, Robert Williams, stał się pierwszą w historii osobą zabitą przez robota, ze względów bezpieczeństwa często oddziela się roboty od ludzi. Dając im możliwość bezpiecznego dotykania, moglibyśmy zacząć przełamywać tę barierę.

Moc dotyku

Istnieją dowody sugerujące, że w ten sposób roboty mogą zwiększyć swoją akceptację przez ludzi. Żywe istoty, zarówno ludzkie, jak i inne, dotykają się nawzajem w ramach komunikacji społecznej – i to nie tylko w sposób seksualny. Niemowlę małpy pozbawione kontaktu dotykowego z postacią matki może stać się zestresowane i źle odżywione. U ludzi klepnięcie po plecach poprawia nam samopoczucie. Łaskotanie wywołuje u nas śmiech. Krótki kontakt wzrokowy bibliotekarza może skutkować bardziej przychylnymi recenzjami biblioteki i podobnymi „prostymi” dotknięcia mogą sprawić, że w restauracji będziemy dawać więcej napiwków, wydawać więcej pieniędzy w restauracji lub oceniać „dotykającego” jako więcej atrakcyjny.

Jedno z badań na ten temat, artykuł z 2009 roku zatytułowany „Skóra jako organ społeczny” zauważa, że: „Ogólnie rzecz biorąc, badania z zakresu neuronauki społecznej skupiają się na kanałach wizualnych i słuchowych jako drogach przekazywania informacji społecznych. Ponieważ jednak skóra jest miejscem wydarzeń i procesów kluczowych dla naszego sposobu myślenia, odczuwania i interakcji z innymi, dotyk może pośredniczyć w postrzeganie społeczne na różne sposoby.” Dotyk robota wywołuje u nas pozytywne uczucia, sprawiając, że czujemy się bardziej przywiązani do maszyn lub innych rzeczy uspokajać? Jest to całkowicie możliwe.

Jedno badanie z 56 osób mających kontakt z pielęgniarką-robotem stwierdziło, że uczestnicy ogólnie oceniali pozytywnie subiektywna reakcja na dotyk inicjowany przez robota, niezależnie od tego, czy miał on na celu oczyszczenie skóry, czy zapewnienie czegoś komfort. Kolejna, nowsza praca badawcza, zatytułowana „Przekonująca siła dotyku robota”, również badałem ten temat.

„[Poprzednie badania wykazały], że ludzie traktują komputery grzecznie, co na pierwszy rzut oka wydaje się nierozsądne w stosunku do komputerów” Laurę Kunold, adiunkt na wydziale psychologii w projektowaniu systemów społeczno-cyfrowych skupionych na człowieku na niemieckim Uniwersytecie Ruhr w Bochum, powiedział Digital Trends. „Ponieważ roboty mają ciała fizyczne, zastanawiałem się, czy pozytywne efekty, takie jak pozytywne stany emocjonalne lub podporządkowanie się, które są znane z kontaktu interpersonalnego badań można również uzyskać za pomocą dotyku robota”. Zauważyła: „Ludzie — studenci naszej pracy — są na ogół otwarci na niefunkcjonalne gesty dotykowe robot. Byli ogólnie rozbawieni i opisali ten gest jako przyjemny i nieszkodliwy.”

W miarę jak interakcje robotów stają się coraz bardziej powszechne, dotyk prawdopodobnie stanie się ważnym aspektem ich akceptacji społecznej. Jak pisze George Elliot (nie, należy powiedzieć, konkretnie o robotach) w Środkowymarsz„kto zmierzy subtelność tych dotknięć, które oddają jakość duszy i ciała?”

Roboty cały czas zyskują coraz większe możliwości. Kilka lat temu Massachusetts Institute of Technology zbudował miękkiego robota, na tyle delikatnego, że można to zrobić złapać, a następnie wypuścić żywą rybę jak pływa w zbiorniku. Roboty zbierające owoce i warzywa mogą również identyfikować, a następnie zbierać delikatne produkty, takie jak pomidory bez zgniatania ich w passatę. Miejmy nadzieję, że wkrótce będą na tyle niezawodne, że będą w stanie zrobić to samo ludzkimi rękami.

Dzięki takim pracom prowadzonym przez naukowców z Bristol Robotics Laboratory stale się do siebie zbliżają.

Zalecenia redaktorów

• Nagrody Digital Trends „Tech For Change” na targach CES 2023
• Skąd będziemy wiedzieć, kiedy sztuczna inteligencja faktycznie stanie się świadoma?
• Architektura algorytmiczna: czy powinniśmy pozwolić A.I. projektować dla nas budynki?
• Sztuczna inteligencja wyczuwająca emocje już tu jest i może pojawić się podczas Twojej następnej rozmowy kwalifikacyjnej
• Targi Światowe 2.0: Misja wskrzeszenia największych targów technologicznych wszechczasów