Ako vedci dávajú robotom ľudské hmatové zmysly

Existuje a nočná mora scéna vo filme Guillerma del Tora z roku 2006 Panov labyrint v ktorej sme konfrontovaní so zlovestným humanoidným tvorom zvaným Bledý muž. Bledý muž, ktorý sa podobá na bezočivého Voldemorta, bez očí vo svojej monštruóznej bezvlasej hlave vidí pomocou očných buliev vložených do dlaní. Pomocou týchto okulárnych príveskov, ktoré si drží pred svojou tvárou bez očí ako okuliare, je Bledý muž schopný vizualizovať a pohybovať sa vo svojom okolí.

To do istej miery opisuje prácu, ktorú vykonávajú výskumníci v britskom Bristol Robotics Laboratory – aj keď bez celého desivého hororového aspektu tela. Iba v ich prípade náhrada Pale Mana nemá jednoducho jednu očnú buľvu v dlani každej ruky; má jeden na každom prste.

„Za posledných štyri alebo päť rokov nastala zmena v oblasti hmatového snímania a robotiky [vo forme] posunu smerom k používaniu kamier pre senzory,“ profesor Nathan Lepora, ktorý vedie 15-člennú výskumnú skupinu taktilnej robotiky pre laboratórium Bristol Robotics Laboratory, povedal pre Digital Trends. „Nazýva sa to hmatové snímanie založené na optickom a videní. Dôvodom, prečo je to zachytené, je pochopenie, že informácie vo vysokom rozlíšení obsah z končekov prstov je kľúčový pre umelú inteligenciu [potrebnú] na ich ovládanie systémy.”

Digitálne trendy ako prvé Leporaova práca v roku 2017, pričom ranú verziu projektu svojho tímu opisuje ako „vytvorenú z webovej kamery, ktorá je namontovaná v a 3D vytlačená mäkká špička prsta, ktorá sleduje vnútorné kolíky, navrhnutá tak, aby fungovala ako dotykové receptory u ľudí končekmi prstov.

Odvtedy práca neustále napreduje. Za týmto účelom tím nedávno zverejnil nový výskum odhalenie najnovších krokov v projekte: Vytvorenie 3D tlačenej hmatovej pokožky, ktorá sa jedného dňa môže podariť protetické ruky alebo autonómne roboty zmysel pre dotyk oveľa viac v súlade s ľudským telom a krvou ruky.

3D tlačená sieťovina pozostáva z papíl podobných špendlíkom, ktoré napodobňujú podobnú dermálnu štruktúru, ktorá sa nachádza medzi vonkajšou epidermálnou a vnútornou dermálnou vrstvou na ľudskej koži. Tie môžu produkovať umelé nervové signály, ktoré sa pri meraní podobajú záznamom skutočných neurónov ktoré umožňujú mechanoreceptorom tela identifikovať tvar a tlak predmetov alebo povrchov, keď dotknutý.

„Keď sme porovnali signály vychádzajúce z našich umelých končekov prstov so skutočnými údajmi, zistili sme a veľmi podobná zhoda medzi týmito dvoma súbormi údajov, s rovnakým druhom kopcov a údolí [nachádzajú sa na oboch],“ Lepora vysvetlil.

Skombinovanie týchto 3D tlačených informácií o kožných receptoroch s údajmi získanými z malých vstavaných kamier by mohlo, tím nádeje, byť kľúčom k odomknutiu dlhodobého sna v oblasti umelej inteligencie a robotiky: Umelý zmysel pre dotyk.

Všetkých päť zmyslov

Hoci nie každý výskumník by nevyhnutne súhlasil, možno najširším základným cieľom AI je replikácia ľudská inteligencia (alebo aspoň schopnosť vykonávať všetky úlohy, ktorých sú ľudia schopní) vo vnútri a počítač. To znamená nájsť spôsoby, ako obnoviť päť zmyslov – zrak, sluch, čuch, chuť a dotyk – v softvérovej forme. Až potom môžu potenciálne testy umelej všeobecnej inteligencie, ako napríklad navrhované „Test kávy“ (skutočne inteligentný robot by mal byť schopný vstúpiť do domu a získať potrebné ingrediencie a komponenty potrebné na prípravu šálky kávy).

K dnešnému dňu sa veľa pozornosti a pokroku urobilo, pokiaľ ide o rozpoznávanie obrazu a zvuku. Vôni a chuti sa venovala menšia pozornosť, ale stále nejaká. Inteligentné senzory vybavené AI dokážu identifikovať stovky rôznych pachov v databáze prostredníctvom vývoja „digitálny nos.” Digitálne testery chuti, schopné poskytnúť objektívne opatrenia, pokiaľ ide o chuť, sú tiež predmetom vyšetrovania. Dotyk však zostáva dráždivo mimo dosahu.

"Sme si vedomejšie vedomí oblastí, ako je vízia," povedal Lepora a vysvetlil, prečo sa výskumníci často zameriavali inde. „Preto mu pripisujeme väčší význam z hľadiska toho, čo robíme každý deň. Ale keď príde na dotyk, väčšinou si ani neuvedomujeme, že ho používame. A určite nie, že je to také dôležité, ako to je. Ak by ste však stratili zmysel pre hmat, vaše ruky by boli úplne zbytočné. Nemohla si s nimi nič urobiť."

To neznamená, že roboti sa vyhli interakcii s objektmi skutočného sveta. Už viac ako pol storočia sa na výrobných linkách používajú priemyselné roboty s obmedzenými osami pohybov a jednoduchými činnosťami, ako je uchopenie a otáčanie. V distribučných centrách Amazonu zohrávajú roboty kľúčovú úlohu pri zabezpečovaní jednodňového procesu doručenia. Vďaka akvizícii robotickej spoločnosti Kiva v roku 2012 sa v skladoch Amazonu nachádzajú armády krabicových robotov podobných veľké Roombasy, ktoré sa prehadzujú po poličkách s produktmi a privádzajú ich k ľudským „vyberačom“, aby si vybrali tie správne položky od.

Aj keď oba tieto procesy výrazne skrátili čas, ktorý by ľuďom trvalo dokončenie týchto úloh bez pomoci vykonávajú tieto roboty iba obmedzené funkcie – veľkú časť presnosti ponechávajú na ľudí práca.

Má to dobrý dôvod: Aj keď je zručná manipulácia niečo, čo väčšina ľudí považuje za samozrejmosť, je to niečo, čo je pre stroje mimoriadne náročné. Ľudský dotyk je mimoriadne jemný. Koža má vysoko komplexnú mechanickú štruktúru s tisíckami nervových zakončení len v končekoch prstov, čo umožňuje extrémne vysoké rozlíšenie citlivosti na jemné detaily a tlak. Rukami cítime vibrácie, teplo, tvar, trenie a textúru – až po submilimetrové alebo dokonca mikrónové nedokonalosti. (Pre jednoduchú víziu s nízkym rozlíšením o tom, aký ťažký je život s obmedzenými dotykovými schopnosťami, uvidíte, ako hladko prejdete jediným dňom s hrubými rukavicami. Je pravdepodobné, že ich odtrhnete dlho predpoludním!)

Senzorická spätná väzba

"Vec, ktorá dáva ľuďom flexibilitu a obratnosť, je zmyslová spätná väzba, ktorú dostávame," povedal Lepora. „Keď robíme úlohu, dostávame zmyslovú spätnú väzbu z prostredia. Pre obratnosť, keď používame ruky, dominantnou zmyslovou spätnou väzbou je náš hmat. Poskytuje nám obsah vo vysokom rozlíšení, vysoký obsah informácií, vnemy a informácie o našom prostredí, aby sme mohli riadiť naše akcie.“

Riešenie tohto problému si vyžiada pokroky v hardvéri aj softvéri: Flexibilnejšie, obratnejšie uchopovače robotov s vynikajúcimi schopnosťami rozpoznať, čoho sa dotýkajú, a podľa toho sa správať. Pomôžu menšie, lacnejšie komponenty. Napríklad prístupy k robotickým uchopovačom, ktoré využívajú kamery na vnímanie sveta, sa datujú prinajmenšom do 70-tych rokov minulého storočia, s projektmi ako University of Edinburgh. priekopnícky robot Freddy. Je to však len veľmi nedávno, čo sa fotoaparáty stali dostatočne maličkými, aby sa mohli zmestiť do kusu hardvéru veľkosti ľudského prsta. „Pred piatimi rokmi mala najmenšia kamera, ktorú ste si mohli kúpiť, priemer možno niekoľkých centimetrov,“ povedal Lepora. "Teraz si môžete kúpiť kamery, ktoré majú [iba pár] milimetrov."

Je potrebné vykonať ešte veľa práce, kým bude možné do robotov začleniť inovácie, ako je snímanie mäkkých končekov prstov, ktoré im poskytne hmatové snímacie schopnosti. Keď sa to však stane, bude to zmena hry – či už ide o stavbu robotov, ktoré sú schopné vykonávať väčší počet komplexné úlohy na pracovisku (predpokladajte úplne automatizovaný sklad Amazonu) alebo dokonca pracujte v „high-touch“ úlohách, ako je vykonávanie opatrovateľské role.

Keď sa roboty stanú užšie integrovanými so životom, ako ho poznáme, schopnosť bezpečne interagovať s ľuďmi okolo nich bude dôležitejšia. Od roku 1979, keď sa robotník z Michiganu menom Robert Williams stal prvou osobou v histórii, ktorú zabil robot, boli roboty z bezpečnostných dôvodov často oddelené od ľudí. Tým, že im dáme možnosť bezpečne sa dotýkať, by sme mohli začať búrať túto bariéru.

Sila dotyku

Existujú dôkazy, ktoré naznačujú, že tým môžu roboty zvýšiť ich akceptáciu ľuďmi. Živé bytosti, ľudské aj iné, sa navzájom dotýkajú ako prostriedok sociálnej komunikácie – a nie, nie len sexuálnym spôsobom. Opičie dojčatá, ktoré nemajú hmatový kontakt s postavou matky, môžu byť vystresované a zle vyživované. U ľudí sa cítime dobre poklepaním po pleci. Tykanie nás rozosmeje. Krátky osobný dotyk od knihovníka môže viesť k priaznivejším recenziám knižnice a podobným „jednoduchým“ dotyky nás môžu prinútiť viac prepitného v reštaurácii, míňať viac peňazí v reštaurácii alebo hodnotiť „dotykač“ ako viac atraktívne.

Jedna štúdia na túto tému, dokument z roku 2009 s názvom „Koža ako sociálny orgán“ poznamenáva, že: „Vo všeobecnosti sa výskum sociálnej neurovedy zameriava na vizuálne a sluchové kanály ako cesty pre sociálne informácie. Avšak, keďže pokožka je miestom udalostí a procesov, ktoré sú rozhodujúce pre spôsob, akým o sebe premýšľame, cítime sa a komunikujeme, dotyk môže sprostredkovať sociálne vnímanie rôznymi spôsobmi.“ Dotyk robota v nás vyvoláva pozitívne pocity, vďaka čomu sa cítime milšie k strojom alebo iným spôsobom upokojiť? Je to úplne možné.

Jedna štúdia 56 ľudí interagujúcich s robotickou sestrou zistilo, že účastníci hlásili všeobecne priaznivé subjektívna reakcia na dotyk iniciovaný robotom, či už išlo o čistenie pokožky alebo o poskytnutie služby pohodlie. Ďalší, novší výskum s názvom „Presvedčivá sila dotyku robota,“ skúmal aj túto tému.

„[Predchádzajúce výskumy ukázali], že ľudia sa k počítačom správajú zdvorilo, čo je správanie, ktoré sa na prvý pohľad zdá byť voči počítačom nerozumné,“ Laura Kunoldová, odborný asistent na fakulte psychológie v dizajne sociálno-digitálnych systémov zameraných na človeka na nemeckej Ruhr University Bochum, povedal pre Digital Trends. „Keďže roboty majú fyzické telá, zaujímalo ma, či pozitívne účinky, ako sú pozitívne emocionálne stavy alebo poddajnosť, ktoré sú známe z medziľudského dotyku výskum, možno vyvolať aj dotykom robota.“ Poznamenala: „Ľudia – študenti v našej práci – sú vo všeobecnosti otvorení nefunkčným dotykovým gestám od robota. Celkovo ich to pobavilo a toto gesto opísali ako príjemné a nezraňujúce.“

Keď sa interakcie s robotmi stanú bežnejšími, dotyk bude pravdepodobne dôležitým aspektom ich spoločenského prijatia. Ako píše George Elliot (nie, malo by sa povedať, konkrétne o robotoch) v Middlemarch„Kto zmeria jemnosť tých dotykov, ktoré vyjadrujú kvalitu duše aj tela?

Roboty sú stále schopnejšie. Pred niekoľkými rokmi Massachusettský technologický inštitút postavil mäkkého robota, ktorý je dostatočne citlivý chytiť a potom vypustiť živú rybu ako pláva v nádrži. Roboty na zber ovocia a zeleniny dokážu identifikovať a následne vybrať jemné produkty ako paradajky bez toho, aby ste ich roztlačili do passaty. Dúfajme, že čoskoro budú dostatočne spoľahlivé na to, aby urobili to isté s ľudskými rukami.

Vďaka práci, ktorú vykonávajú výskumníci z Bristol Robotics Laboratory, sú stále bližšie.

Odporúčania redaktorov

• Ocenenia CES 2023 Tech For Change od Digital Trends
• Ako budeme vedieť, kedy sa AI skutočne stane vnímavou?
• Algoritmická architektúra: Mali by sme nechať A.I. navrhovať budovy pre nás?
• A.I. je tu a mohlo by to byť na vašom ďalšom pracovnom pohovore
• World’s Fair 2.0: Misia vzkriesiť najväčšiu technologickú výstavu všetkých čias