Kako znanstveniki dajejo robotom človeška otipna čutila

Tam je nočna mora v filmu Guillerma del Tora iz leta 2006 Panov labirint v kateri se soočimo z zloveščim humanoidnim bitjem, imenovanim Pale Man. Brez oči na svoji pošastni glavi brez las Bledi mož, ki je podoben Voldemortu brez oči, vidi s pomočjo očesnih zrkl, vdelanih v dlani. Z uporabo teh okularno povečanih dodatkov, ki jih drži pred svojim brezočim obrazom kot očala, si Bledi mož lahko predstavlja in se premika po svoji okolici.

To do neke mere opisuje delo, ki ga izvajajo raziskovalci v laboratoriju za robotiko v Bristolu v Združenem kraljestvu - čeprav brez vidika grozljive telesne groze. Samo v njihovem primeru nadomestek Pale Man nima preprosto enega zrkla na dlani vsake roke; na vsakem prstu ima enega.

"V zadnjih štirih ali petih letih je prišlo do spremembe na področju taktilnega zaznavanja in robotike [v obliki] premika k uporabi kamer za senzorje," profesor Nathan Lepora, ki vodi 15-člansko raziskovalno skupino za taktilno robotiko za laboratorij za robotiko Bristol, je povedal za Digital Trends. »Imenuje se taktilno zaznavanje na osnovi optike in vida. Razlog, ki je bil ujet, je, ker obstaja razumevanje, da so informacije visoke ločljivosti vsebina s prstov je ključnega pomena za umetno inteligenco [potrebno] za nadzor teh sistemi."

Digital Trends prvič obravnavan Delo Lepore v letu 2017, ki opisuje zgodnjo različico projekta svoje ekipe kot »sestavljeno iz spletne kamere, ki je nameščena v 3D-natisnjena mehka konica prsta, ki sledi notranjim zatičem, zasnovana tako, da deluje kot receptorji za dotik pri ljudeh konice prstov.

Od takrat je delo vztrajno napredovalo. V ta namen je ekipa pred kratkim objavil novo raziskavo razkriva najnovejše korake v projektu: Ustvarjanje 3D-natisnjene otipljive kože, ki bo nekega dne dala protetične roke ali avtonomni roboti občutek za dotik veliko bolj v skladu s človekom iz mesa in krvi roke.

3D-natisnjena mreža je sestavljena iz zatiču podobnih papil, ki posnemajo podobno dermalno strukturo, ki jo najdemo med zunanjo epidermalno in notranjo dermalno plastjo na človeški koži. Ti lahko proizvajajo umetne živčne signale, ki so po merjenju podobni posnetkom pravih nevronov ki omogočajo mehanoreceptorjem telesa, da prepoznajo obliko in pritisk predmetov ali površin, ko dotaknil.

»Ko smo naredili to primerjavo signalov, ki prihajajo iz naših umetnih prstov, z resničnimi podatki, smo našli zelo podobno ujemanje med obema naboroma podatkov, z isto vrsto hribov in dolin [na obeh],« Lepora pojasnil.

Kombinacija teh 3D-natisnjenih informacij o kožnih receptorjih s podatki, vzetimi iz majhnih vgrajenih kamer, bi lahko ekipa upanja, biti ključ do uresničitve dolgoročnih sanj na področju umetne inteligence in robotike: umetni občutek za dotik.

Vseh pet čutov

Čeprav se vsi raziskovalci ne bi nujno strinjali, je morda najširši temeljni cilj umetne inteligence posnemanje človeška inteligenca (ali vsaj sposobnost izvajanja vseh nalog, ki so jih ljudje sposobni) znotraj računalnik. To pomeni odkrivanje načinov za poustvarjanje petih čutov – vida, sluha, vonja, okusa in dotika – v programski obliki. Šele takrat so lahko potencialni testi umetne splošne inteligence, kot je predlagani "Test kave” (resnično inteligenten robot bi moral biti sposoben stopiti v hišo in pridobiti potrebne sestavine in komponente, potrebne za pripravo skodelice kave).

Do danes je bilo veliko pozornosti in napredka narejenega, ko gre za prepoznavanje slike in zvoka. Manj pozornosti, a vseeno nekaj, je bilo posvečeno vonju in okusu. Pametni senzorji, opremljeni z umetno inteligenco, lahko prepoznajo na stotine različnih vonjav v bazi podatkov z razvojem "digitalni nos.” Digitalni testerji okusa, ki lahko dajo objektivna merila glede okusa, so prav tako predmet preiskave. Toda dotik ostaja mamljivo nedosegljiv.

"Bolj zavestno se zavedamo področij, kot je vid," je dejala Lepora in pojasnila, zakaj so bili raziskovalci pogosto osredotočeni drugje. »Zaradi tega ji pripisujemo večji pomen glede na to, kaj počnemo vsak dan. Ko pa gre za dotik, se največkrat niti ne zavedamo, da ga uporabljamo. In zagotovo ne, da je tako pomembno, kot je. Če pa bi vam odvzeli občutek za dotik, bi bile vaše roke popolnoma neuporabne. Z njimi nisi mogel storiti ničesar.”

To ne pomeni, da so se roboti izognili interakciji s predmeti iz resničnega sveta. Že več kot pol stoletja so na tovarniških tekočih trakovih uporabljeni industrijski roboti z omejenimi osmi gibanja in preprostimi dejanji, kot sta prijemanje in vrtenje. V Amazonovih centrih za dostavo imajo roboti ključno vlogo pri zagotavljanju enodnevnega postopka dostave. Po zaslugi prevzema robotskega podjetja Kiva leta 2012 so v Amazonovih skladiščih armade škatlastih robotov, podobnih velike Roombe, ki se premikajo po policah z izdelki in jih pripeljejo do človeških »nabiralcev«, da izberejo prave izdelke od.

Vendar pa oba postopka močno skrajšata čas, ki bi ga ljudje potrebovali za dokončanje teh nalog ti roboti brez pomoči izvajajo le omejeno funkcionalnost – prepuščajo ljudem, da izvajajo večino natančnosti delo.

Za to obstaja dober razlog: čeprav je spretno rokovanje nekaj, kar večina ljudi jemlje kot samoumevno, je to nekaj, kar je za stroje izjemno težko. Človeški dotik je izjemno niansiran. Koža ima zelo zapleteno mehansko strukturo, s tisoči živčnih končičev samo v konicah prstov, kar omogoča izjemno visoko ločljivost občutljivosti na drobne podrobnosti in pritisk. Z rokami lahko občutimo tresljaje, toploto, obliko, trenje in teksturo – do submilimetrskih ali celo mikronskih nepopolnosti. (Za preprosto vizijo nizke ločljivosti o tem, kako težko je življenje z omejenimi zmožnostmi dotika, si oglejte, kako gladko lahko preživite en dan, ko nosite debele rokavice. Verjetno jih boste strgali veliko pred poldnevom!)

Senzorična povratna informacija

"Stvar, ki daje ljudem to prožnost in spretnost, so senzorične povratne informacije, ki jih dobimo," je dejal Lepora. »Ko opravljamo nalogo, dobimo senzorične povratne informacije iz okolja. Pri spretnosti, ko uporabljamo roke, je ta prevladujoča senzorična povratna informacija naš občutek za dotik. Daje nam vsebino z visoko ločljivostjo, veliko informacij, občutke in informacije o našem okolju, ki vodijo naša dejanja.«

Za reševanje te težave bo potreben napredek v strojni in programski opremi: bolj prilagodljiva, spretna robotska prijemala z vrhunskimi sposobnostmi prepoznavanja, česa se dotikajo, in ustrezno vedenje. Manjše, cenejše komponente bodo pomagale. Na primer, pristopi k prijemalom robotov, ki uporabljajo kamere za zaznavanje sveta, segajo vsaj v sedemdeseta leta prejšnjega stoletja s projekti, kot je Univerza v Edinburghu. pionirski robot Freddy. Vendar pa so šele pred kratkim kamere postale dovolj majhne, ​​da jih je možno namestiti v kos strojne opreme velikosti konice človeškega prsta. "Pred petimi leti je bila najmanjša kamera, ki ste jo lahko kupili, velika nekaj centimetrov," je dejal Lepora. "Zdaj lahko kupite kamere, ki merijo [le nekaj] milimetrov."

Še vedno je treba opraviti veliko dela, preden bodo lahko v robote vključili inovacije, kot je zaznavanje mehkih konic prstov, da bi jim omogočili taktilno zaznavanje. Toda ko se bo to zgodilo, bo to spremenilo igro – ne glede na to, ali gre za izdelavo robotov, ki so sposobni izvajati večje število opravila od konca do konca na delovnem mestu (pomislite na popolnoma avtomatizirano Amazonovo skladišče) ali celo opravljajte »hitro-touch« dela, kot je negovalne vloge.

Ko bodo roboti postali tesneje povezani z življenjem, kot ga poznamo, bo zmožnost varne interakcije s tistimi okoli njih postala pomembnejša. Vse od leta 1979, ko je tovarniški delavec Robert Williams iz Michigana postal prva oseba v zgodovini, ki jo je ubil robot, so bili roboti pogosto ločeni od ljudi kot varnostni ukrep. Če jim omogočimo varen dotik, lahko začnemo podirati to oviro.

Moč dotika

Obstajajo dokazi, ki kažejo, da lahko s tem roboti izboljšajo njihovo sprejemanje pri ljudeh. Živa bitja, tako ljudje kot druga, se dotikajo drug drugega kot sredstvo družbene komunikacije – in ne, ne samo na spolni način. Opičji mladiči, ki so prikrajšani za taktilni stik z materjo, so lahko pod stresom in slabo prehranjeni. Pri ljudeh se počutimo dobro ob trepljanju po ramenu. Žgečkanje nas spravlja v smeh. Kratek dotik knjižničarja lahko povzroči ugodnejše ocene knjižnice in podobne »preproste« zaradi dotikov lahko dobimo več napitnine v restavraciji, zapravimo več denarja v restavraciji ali pa ocenimo, da je »dotik« več privlačna.

Ena študija na to temo, dokument iz leta 2009 z naslovom "Koža kot socialni organ,« ugotavlja, da: »Na splošno se raziskave socialne nevroznanosti osredotočajo na vizualne in slušne kanale kot poti za družbene informacije. Ker pa je koža mesto dogodkov in procesov, ki so ključni za naš način razmišljanja, čustvovanja in interakcije drug z drugim, lahko dotik posreduje družbene percepcije na različne načine.« Dotik robota bi iz nas vzbudil pozitivne občutke, zaradi česar bi imeli bolj naklonjeni stroji ali kako drugače pomiriti? To je povsem mogoče.

Ena študija 56 ljudi, ki so sodelovali z robotsko medicinsko sestro, so ugotovili, da so udeleženci poročali o na splošno ugodnih subjektivni odziv na dotik, ki ga sproži robot, ne glede na to, ali je šlo za čiščenje kože ali zagotavljanje udobje. Druga, novejša raziskava z naslovom "Prepričevalna moč robotskega dotika,« je raziskal tudi to temo.

"[Prejšnje raziskave so pokazale], da ljudje z računalniki ravnajo vljudno, kar se na prvi pogled zdi nerazumno do računalnikov," Laura Kunold, docent na fakulteti za psihologijo na človekovem osredotočenem oblikovanju družbeno-digitalnih sistemov na nemški univerzi Ruhr Bochum, je povedal za Digital Trends. »Ker imajo roboti fizična telesa, sem se spraševal, ali so pozitivni učinki, kot so pozitivna čustvena stanja ali skladnost, ki jih poznamo iz medosebnega dotika, raziskav, bi lahko izvabili tudi z dotikom robota.« Opozorila je: »Ljudje – učenci pri našem delu – so na splošno odprti za nefunkcionalne poteze dotika a robot. Na splošno so bili navdušeni in gesto so opisali kot prijetno in neškodljivo.«

Ko bodo interakcije robotov postale bolj običajne, bo dotik verjetno pomemben vidik njihove družbene sprejemljivosti. Kot piše George Elliot (ne, treba je reči, posebej o robotih) v Middlemarch, "kdo bo izmeril subtilnost tistih dotikov, ki izražajo kakovost duše in telesa?"

Roboti vedno bolj zmogljivi. Pred nekaj leti je Massachusetts Institute of Technology izdelal mehkega robota, ki je dovolj občutljiv za ujeti in nato izpustiti živo ribo ko plava v rezervoarju. Roboti za pobiranje sadja in zelenjave lahko tudi prepoznajo in nato poberejo občutljivi proizvodi, kot je paradižnik ne da bi jih zmečkali v passato. Upajmo, da bodo kmalu dovolj zanesljivi, da bodo naredili isto stvar s človeškimi rokami.

Zahvaljujoč takšnemu delu, ki ga izvajajo raziskovalci v laboratoriju za robotiko v Bristolu, sta si ves čas bližje.

Priporočila urednikov

• Nagrade Digital Trends Tech For Change CES 2023
• Kako bomo vedeli, kdaj umetna inteligenca dejansko postane čuteča?
• Algoritemska arhitektura: Ali naj pustimo A.I. projektirati zgradbe za nas?
• A.I., ki zaznava čustva je tukaj in bi lahko bil na vašem naslednjem razgovoru za službo
• Svetovni sejem 2.0: misija oživitve največjega tehnološkega sejma vseh časov