Последний штрих: как ученые наделили роботов тактильными ощущениями, подобными человеческим

В фильме Гильермо дель Торо 2006 года «Лабиринт Фавна » есть кошмарная сцена , в которой мы сталкиваемся со зловещим гуманоидным существом по имени Бледный Человек. Без глаз на своей чудовищной безволосой голове Бледный Человек, напоминающий безглазого Волан-де-Морта, видит с помощью глазных яблок, встроенных в ладони. Используя эти дополненные глазами придатки, которые он держит перед своим безглазым лицом, как очки, Бледный Человек может визуализировать и перемещаться по своему окружению.

Это в какой-то степени 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 держит по одному глазному яблоку на ладони каждой руки; у него по одному на каждом пальце.

«За последние четыре или пять лет в области тактильного восприятия и робототехники произошли изменения [в форме] перехода к использованию камер вместо датчиков», — говорит профессор Натан Лепора , возглавляющий 15-летнюю лабораторию. член Исследовательской группы тактильной робототехники Бристольской лаборатории робототехники, сообщил Digital Trends. «Это называется тактильным восприятием на основе оптики и зрения. Причина, по которой это стало популярным, заключается в том, что существует понимание того, что информация с высоким разрешением, поступающая с кончиков пальцев, имеет решающее значение для искусственного интеллекта [необходимого] для управления этими системами».

Digital Trends впервые осветил работу Лепоры в 2017 году, описав раннюю версию проекта его команды как «состоящую из веб-камеры, которая установлена ​​в мягком кончике пальца, напечатанном на 3D-принтере, который отслеживает внутренние штифты, разработанные так, чтобы действовать как сенсорные рецепторы в кончиках пальцев человека. .

С тех пор работа неуклонно продвигалась вперед. С этой целью команда недавно опубликовала новое исследование , раскрывающее последние шаги в проекте: создание тактильной кожи с помощью 3D-печати, которая однажды может дать протезам рук или автономным роботам чувство осязания, гораздо больше соответствующее человеческим рукам из плоти и крови. .

Сетка, напечатанная на 3D-принтере, состоит из булавкообразных сосочков, которые имитируют аналогичную структуру дермы, которая находится между внешним эпидермальным и внутренним слоями дермы 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 при прикосновении.

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

Команда надеется, что объединение этой 3D-печатной информации о кожных рецепторах с данными, полученными с крошечных встроенных камер, может стать ключом к реализации давней мечты в области искусственного интеллекта и робототехники: искусственного осязания.

Все пять чувств

Хотя не все исследователи обязательно с этим согласятся, возможно, самая широкая фундаментальная цель ИИ — воспроизвести человеческий интеллект (или, по крайней мере, способность выполнять все задачи, на которые способны люди) внутри компьютера. Это означает поиск способов воссоздания пяти чувств — зрения, слуха, обоняния, вкуса и осязания — в программной форме. Только тогда можно будет провести потенциальные тесты общего искусственного интеллекта, такие как предлагаемый « Кофейный 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 много внимания и прогресса было достигнуто, когда речь идет о распознавании изображений и аудио. Меньше внимания, но все же некоторое, уделялось запаху и вкусу. Интеллектуальные датчики с искусственным интеллектом могут идентифицировать сотни различных запахов в базе данных благодаря разработке « цифрового носа ». Цифровые тестеры вкуса , способные давать объективные оценки вкуса, также являются предметом исследования. Но прикосновение остается дразняще 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 ему большее значение с точки зрения того, что мы делаем каждый день. Но когда дело доходит до прикосновения, большую часть времени мы даже не осознаем, что используем его. И, конечно, не то, чтобы это было так важно, как сейчас. Однако, если вы уберете свое осязание, ваши руки будут совершенно бесполезны. С ними ничего нельзя было сделать».

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

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

Для этого есть веская причина: хотя ловкость в обращении является чем-то само собой разумеющимся для большинства людей, для машин это чрезвычайно сложно. Человеческое прикосновение чрезвычайно тонко. Кожа имеет очень сложную механическую структуру, с тысячами нервных окончаний только на кончиках пальцев, что обеспечивает чрезвычайно высокую чувствительность к мелким деталям и давлению. Нашими руками мы можем чувствовать вибрации, тепло, форму, трение и текстуру — вплоть до несовершенств субмиллиметрового или даже микронного уровня. (Для простого представления в низком разрешении о том, насколько сложна жизнь с ограниченными сенсорными возможностями, посмотрите, как легко вы можете прожить один день в толстых перчатках. Скорее всего, вы срываете 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 задание, мы получаем сенсорную обратную связь от окружающей среды. Что касается ловкости, когда мы используем руки, доминирующей сенсорной обратной связью является наше осязание. Это дает нам высокое разрешение, высокое содержание информации, ощущения и информацию об окружающей среде, чтобы направлять наши действия».

Чтобы решить эту проблему, потребуются достижения как в аппаратном, так и в программном обеспечении: более гибкие, ловкие роботы-захваты с превосходными способностями распознавать, к чему они прикасаются, и вести себя соответствующим образом. Меньшие, более дешевые компоненты помогут. Например, подходы к роботизированным захватам, которые используют камеры для восприятия мира, восходят как минимум к 1970-м годам, с такими проектами, как новаторский робот Фредди Эдинбургского университета. Тем не менее, только совсем недавно камеры стали настолько крошечными, что их можно поместить в устройство размером с кончик человеческого пальца. «Пять лет назад самая маленькая камера, которую вы могли купить, была всего пару сантиметров в поперечнике, — сказал Лепора. «Теперь вы можете купить камеры размером всего пару миллиметров».

Предстоит еще много работы, прежде чем такие инновации, как распознавание мягких кончиков пальцев, можно будет внедрить в роботов, чтобы дать им тактильные способности восприятия. Но когда это произойдет, это изменит правила игры — будь то создание роботов, способных выполнять большее количество сквозных задач на рабочем месте (подумайте о полностью автоматизированном складе Amazon) или даже действовать в «высоких условиях». «прикосновения», такие как выполнение ролей по уходу.

По мере того, как роботы все теснее интегрируются в жизнь, какой мы ее знаем, способность безопасно взаимодействовать с окружающими будет становиться все более важной. С 1979 года, когда рабочий завода из Мичигана по имени Роберт Уильямс стал первым человеком в истории, убитым роботом, роботов часто отделяли от людей в качестве меры предосторожности. Предоставив им возможность безопасного прикосновения, мы могли бы начать разрушать этот барьер.

Сила прикосновения

Есть данные, свидетельствующие о том, что таким образом роботы могут повысить их признание людьми. Живые существа, как люди, так и другие, прикасаются друг к другу как средство социального общения — и нет, не только в сексуальном плане. 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 прикосновение руки к руке со стороны библиотекаря может привести к более благоприятным отзывам о библиотеке, а подобные «простые» прикосновения могут заставить нас дать больше чаевых в ресторане, потратить больше денег в ресторане или оценить «прикоснувшегося». более привлекательный.

В одном исследовании на эту тему, опубликованном в 2009 году под названием « Кожа как социальный орган », отмечается, что: «В целом исследования в области социальной нейробиологии, как правило, сосредоточены на зрительных и слуховых каналах как на 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 по-разному опосредовать социальное восприятие». Будет ли прикосновение робота вызывать у нас положительные чувства, заставляя нас чувствовать себя более нежно по отношению к машинам или иным образом успокаивать нас? Это вполне возможно.

Одно исследование 56 человек, взаимодействовавших с роботизированной медсестрой, показало, что участники в целом сообщали о благоприятной субъективной реакции на прикосновение, инициированное роботом, будь то для очистки кожи или обеспечения комфорта. В другом, более свежем исследовании под названием « Убедительная сила роботизированного прикосновения » также рассматривалась эта тема.

«[Предыдущее исследование показало], что люди относятся к компьютерам вежливо, поведение, которое на первый взгляд кажется неразумным по отношению к компьютерам», — Лаура Кунольд , доцент факультета психологии в области ориентированного на человека проектирования социо-цифровых систем в Рурском университете Германии. Бохум, рассказал Digital Trends. «Поскольку у роботов есть физические тела, я задался вопросом, могут ли положительные эффекты, такие как положительные эмоциональные состояния или уступчивость, которые известны из исследований межличностных прикосновений, также быть вызваны прикосновением робота». Она отметила: «Люди — учащиеся в нашей работе — обычно открыты для нефункциональных сенсорных жестов робота. В целом они были удивлены и описали этот жест как приятный и безвредный».

Поскольку взаимодействие с роботами становится все более распространенным явлением, прикосновение, вероятно, станет важным аспектом их социального признания. Как пишет Джордж Эллиот (следует не специально о роботах) в Миддлмарче , «кто измерит тонкость тех прикосновений, которые передают качества души так же, как и тела?»

Роботы постоянно становятся более способными. Несколько лет назад Массачусетский технологический институт построил мягкого робота, достаточно деликатного, чтобы ловить, а затем выпускать живую рыбу , плавающую в аквариуме. Роботы-сборщики фруктов и овощей также могут идентифицировать и затем собирать деликатные продукты, такие как помидоры, не раздавливая их в пассату. Надеюсь, скоро 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.