Как ученые наделяют роботов человеческими тактильными ощущениями

Есть кошмарная сцена в фильме Гильермо дель Торо 2006 года. Лабиринт Пана в котором мы сталкиваемся со зловещим гуманоидным существом по имени Бледный Человек. Не имея глаз на своей чудовищной безволосой голове, Бледный Человек, похожий на безглазого Волан-де-Морта, видит с помощью глазных яблок, встроенных в ладони. С помощью этих дополненных глаз придатков, которые он держит перед своим безглазым лицом, как очки, Бледный Человек может визуализировать и перемещаться по своему окружению.

В некоторой степени это описывает работу, проводимую исследователями из Бристольской лаборатории робототехники в Великобритании, хотя и без ужасающего аспекта телесного ужаса. Только в их случае заменитель Бледного Человека не просто имеет по одному глазу на ладони каждой руки; у него по одному на каждом пальце.

«За последние четыре или пять лет произошли изменения в области тактильного зондирования и робототехники [в виде] перехода к использованию камер в качестве датчиков»,

профессор Натан Лепора, который возглавляет исследовательскую группу тактильной робототехники, состоящую из 15 человек, в Бристольской лаборатории робототехники, рассказал Digital Trends. «Это называется тактильным восприятием на основе оптического и зрительного восприятия. Причина, по которой это прижилось, заключается в том, что существует понимание того, что информация с высоким разрешением контент с кончиков пальцев имеет решающее значение для искусственного интеллекта, [необходимого] для контроля над этим системы».

Цифровые тенденции впервые освещены Работа Лепоры в 2017 году, описывая раннюю версию проекта своей команды как «состоящую из веб-камеры, установленной в Мягкий кончик пальца, напечатанный на 3D-принтере и отслеживающий внутренние контакты, действует как сенсорные рецепторы у человека. кончики пальцев.

С тех пор работа неуклонно продвигалась вперед. С этой целью команда недавно опубликовал новое исследование раскрывая последние шаги в проекте: создание тактильной кожи, напечатанной на 3D-принтере, которая однажды может дать протезы рук или автономные роботы, чувство осязания, гораздо более соответствующее человеческому Руки.

Сетка, напечатанная на 3D-принтере, состоит из булавовидных сосочков, которые имитируют структуру дермы, которая находится между наружным эпидермальным и внутренним дермальными слоями на коже человека. Они могут генерировать искусственные нервные сигналы, которые при измерении напоминают записи реальных нейронов. которые позволяют механорецепторам тела определять форму и давление предметов или поверхностей, когда коснулся.

«Когда мы сравнили сигналы, исходящие от наших искусственных кончиков пальцев, с реальными данными, мы обнаружили очень похожее совпадение между двумя наборами данных, с одинаковыми холмами и долинами [обнаружены в обоих]», — Лепора объяснил.

Объединив эту информацию о кожных рецепторах, напечатанную на 3D-принтере, с данными, полученными с крошечных встроенных камер, команда могла бы надежды, станет ключом к реализации долгосрочной мечты в области искусственного интеллекта и робототехники: искусственного чувства трогать.

Все пять чувств

Хотя не все исследователи с этим согласятся, возможно, самая широкая фундаментальная цель ИИ — воспроизвести человеческий интеллект (или, по крайней мере, способность выполнять все задачи, на которые способен человек) внутри компьютер. Это означает поиск способов воссоздать пять чувств — зрение, слух, обоняние, вкус и осязание — в программной форме. Только тогда можно будет провести потенциальные испытания общего искусственного интеллекта, такие как предлагаемыйКофейный тест(по-настоящему умный робот должен быть способен войти в дом и найти необходимые ингредиенты и компоненты, необходимые для приготовления чашки кофе).

На сегодняшний день в области распознавания изображений и аудио было достигнуто много внимания и достигнут прогресс. Меньше внимания, но все же, уделяется запаху и вкусу. Интеллектуальные датчики, оснащенные искусственным интеллектом, могут идентифицировать сотни различных запахов в базе данных посредством разработки «цифровой нос.” Цифровые дегустаторы, способные дать объективные оценки вкуса, также являются предметом исследования. Но прикосновение остается мучительно недосягаемым.

«Мы более осознанно осведомлены о таких областях, как зрение», — сказал Лепора, объясняя, почему исследователи часто фокусируются на чем-то другом. «Из-за этого мы придаем этому больше значения с точки зрения того, что мы делаем каждый день. Но когда дело доходит до прикосновения, большую часть времени мы даже не осознаем, что его используем. И уж точно не то, чтобы это было так важно. Однако, если вы лишите осязания, ваши руки станут совершенно бесполезными. С ними ничего не поделаешь».

Это не значит, что роботы избегают взаимодействия с объектами реального мира. Уже более полувека на заводских сборочных линиях используются промышленные роботы с ограниченными осями движения и простыми действиями, такими как захват и вращение. В центрах выполнения заказов Amazon роботы играют решающую роль в обеспечении возможности однодневной доставки. Благодаря приобретению в 2012 году робототехнической компании Kiva на складах Amazon появились армии коробчатых роботов, похожих на большие роботы-пылесосы, которые перемещаются по полкам с товарами, доставляя их людям, которые выбирают нужные товары. от.

Однако, хотя оба эти процесса значительно сокращают время, необходимое людям для выполнения этих задач. без посторонней помощи эти роботы выполняют лишь ограниченную функциональность, оставляя людям большую часть точной работы. работа.

Для этого есть веская причина: хотя большинство людей считают ловкое обращение чем-то само собой разумеющимся, машинам это чрезвычайно сложно. Человеческое прикосновение чрезвычайно тонко. Кожа имеет очень сложную механическую структуру: только на кончиках пальцев находятся тысячи нервных окончаний, что обеспечивает чувствительность к мелким деталям и давлению с чрезвычайно высоким разрешением. Своими руками мы можем чувствовать вибрации, тепло, форму, трение и текстуру — вплоть до дефектов субмиллиметрового или даже микронного уровня. (Для простого представления с низким разрешением о том, насколько сложна жизнь с ограниченными сенсорными возможностями, посмотрите, насколько гладко вы можете прожить один день, надевая толстые перчатки. Скорее всего, вы сорвете их задолго до полудня!)

Сенсорная обратная связь

«То, что дает людям такую ​​гибкость и ловкость, — это сенсорная обратная связь, которую мы получаем», — сказал Лепора. «Выполняя задачу, мы получаем сенсорную обратную связь от окружающей среды. Что касается ловкости, когда мы используем руки, доминирующей сенсорной обратной связью является наше чувство осязания. Он дает нам высокоинформативный контент, ощущения и информацию о нашей окружающей среде, чтобы направлять наши действия».

Для решения этой проблемы потребуются достижения как в аппаратном, так и в программном обеспечении: более гибкие и ловкие роботы-захваты с превосходными способностями распознавать, к чему они прикасаются, и вести себя соответствующим образом. В этом помогут более мелкие и дешевые компоненты. Например, подходы к роботам-захватам, которые используют камеры для восприятия мира, появились как минимум в 1970-х годах, когда были реализованы такие проекты, как проект Эдинбургского университета. новаторский робот Фредди. Однако лишь совсем недавно камеры стали настолько маленькими, что их можно было поместить в аппаратное обеспечение размером с кончик человеческого пальца. «Пять лет назад самая маленькая камера, которую можно было купить, была всего пару сантиметров в поперечнике», — сказала Лепора. «Теперь вы можете купить камеры размером [всего пару] миллиметров».

Еще предстоит проделать большую работу, прежде чем такие инновации, как распознавание мягких кончиков пальцев, можно будет внедрить в роботов, чтобы дать им тактильные сенсорные способности. Но когда это произойдет, это изменит правила игры – будь то создание роботов, способных выполнять большее количество операций. комплексные задачи на рабочем месте (представьте себе полностью автоматизированный склад Amazon) или даже выполнять «высококвалифицированные» задания, такие как выполнение роли по уходу.

По мере того, как роботы будут более тесно интегрированы в жизнь, какой мы ее знаем, способность безопасно взаимодействовать с окружающими станет более важной. С 1979 года, когда рабочий фабрики из Мичигана по имени Роберт Уильямс стал первым человеком в истории, убитым роботом, роботов часто отделяли от людей в целях безопасности. Дав им возможность безопасно прикасаться, мы могли бы начать разрушать этот барьер.

Сила прикосновения

Есть данные, позволяющие предположить, что таким образом роботы могут повысить их признание людьми. Живые существа, как люди, так и другие существа, прикасаются друг к другу как средство социального общения – и нет, не только в сексуальной форме. Детеныши обезьян, лишенные тактильного контакта с фигурой матери, могут испытывать стресс и плохо питаться. У людей похлопывание по спине заставляет нас чувствовать себя хорошо. Щекотка заставляет нас смеяться. Кратковременное рукопашное прикосновение библиотекаря может привести к более благоприятным отзывам о библиотеке и тому подобным «простым» прикосновения могут заставить нас давать больше чаевых в ресторане, тратить больше денег в ресторане или оценивать «прикосновение» как более привлекательный.

Одно исследование по этому вопросу, статья 2009 года под названием «Кожа как социальный орган», отмечает, что: «В целом исследования в области социальной нейробиологии имеют тенденцию сосредотачиваться на визуальных и слуховых каналах как путях передачи социальной информации. Однако, поскольку кожа является местом событий и процессов, имеющих решающее значение для того, как мы думаем, чувствуем и взаимодействуем друг с другом, прикосновение может быть посредником. социальные восприятия различными способами». Прикосновение робота вызовет у нас положительные чувства, заставит нас чувствовать больше нежности к машинам или чему-то еще. успокоить? Это вполне возможно.

Одно исследование из 56 человек, взаимодействующих с роботизированной медсестрой, обнаружили, что участники сообщили в целом о благоприятном субъективная реакция на прикосновение робота, будь то очистка кожи или предоставление комфорт. Еще одно, более свежее исследование, озаглавленное «Убедительная сила Robot Touch», тоже исследовал эту тему.

«[Предыдущие исследования показали], что люди вежливо относятся к компьютерам, и такое поведение по отношению к компьютерам на первый взгляд кажется неразумным», Лаура Кунольд, доцент факультета психологии человекоцентрированного проектирования социально-цифровых систем Рурского университета в Бохуме, Германия, рассказал Digital Trends. «Поскольку у роботов есть физические тела, я задавался вопросом, являются ли такие положительные эффекты, как положительные эмоциональные состояния или уступчивость, которые известны при межличностном контакте, исследования, также могут быть вызваны прикосновением робота». Она отметила: «Люди — студенты в нашей работе — обычно открыты для нефункциональных сенсорных жестов, начиная с робот. В целом они были удивлены и описали этот жест как приятный и неоскорбительный».

Поскольку взаимодействие роботов становится все более распространенным явлением, прикосновения, вероятно, станут важным аспектом их социального признания. Как пишет Джордж Эллиот (следует сказать, не конкретно о роботах) в Миддлмарч«Кто измерит тонкость тех прикосновений, которые передают качество души и тела?»

Роботы постоянно становятся все более способными. Несколько лет назад Массачусетский технологический институт создал мягкого робота, достаточно хрупкого, чтобы поймать, а затем выпустить живую рыбу как он плавает в танке. Роботы, собирающие фрукты и овощи, также могут идентифицировать и затем собирать нежные продукты, такие как помидоры не раздавливая их в пассату. Будем надеяться, что вскоре они станут достаточно надежными, чтобы делать то же самое человеческими руками.

Благодаря такой работе, которую проводят исследователи Бристольской лаборатории робототехники, они все время становятся ближе.

Рекомендации редакции

• Награды Digital Trends Tech For Change CES 2023
• Как мы узнаем, когда ИИ действительно станет разумным?
• Алгоритмическая архитектура: стоит ли позволять ИИ проектировать для нас здания?
• Чувствующий эмоции искусственный интеллект здесь, и это может быть на вашем следующем собеседовании
• Всемирная выставка 2.0: миссия возродить величайшую технологическую выставку всех времен