机器人可以模仿人的笑容，但我总觉得这个笑容……机器人面对人类只能是一张扑克脸，上面放着两个空心的塑料珠子吗？不一定，它也可以对你微笑！下面这位面容柔和的“小蓝人”可以模仿人类的微笑等表情。是这样的：“尴尬地笑”、“咬牙切齿”……把机器人形象改成“冷得发愣”。但是，传统上由金属或硬塑料制成的机器人是如何微笑的呢？由电线和电机制成的人造“肌肉”哥伦比亚工程公司创意机器实验室的研究人员长期以来一直对机器人如何与人类互动感兴趣。面部表情在建立信任方面发挥着巨大作用。随着机器人越来越多地应用于疗养院、医院等与人类密切合作的场所，我们需要比“冷”的机器人更敏感、更“暖”的机器人。机器人。于是研究人员花了五年的时间才创造出上述的机器人，称为EVA，它可以模仿人类的表情。EVA的机械设计包括以下四个模块，如下图所示：A为电机伺服模块（motorservomodule），EVA由其驱动，该模块由底部的树莓派4控制.“皮肤”通过尼龙绳连接10个电机，可以控制电机做出相应的表情。B是具有6个旋转自由度的眼睛模块，与前颅骨分离。C是一个RGB相机，用于人类表情的随机数据采集。D是具有6个自由度的颈部模块。除其他事项外，设计一个横跨机器人整个头部的系统，该系统足够紧凑以适应人类头骨的大小，同时仍具有足够的功能以产生各种面部表情，这绝非易事。里面有电路、传感器、电机等各种大东西。为此，研究人员决定利用3D打印技术制造形状复杂的零件，让这些零件无缝集成到EVA的大脑中。EVA表达愤怒、厌恶、恐惧、喜悦、悲伤和惊奇六种基本情绪，甚至更微妙的表情。“有一天我正忙着自己的事，突然EVA给了我一个大大的、友好的微笑，我知道那是纯机械的，但我发现自己条件反射地回以微笑。”《深度学习》读《人类表情，回应机械设计》以上，说明EVA这个机器人，有肢体做出各种表情的能力。那么它是如何自主完成模仿的呢？让我们揭开这个机器人的软件部分。由于人的面部表情过于复杂，预先设定的规则不足以适应这种情况。研究人员使用多个深度学习神经网络构建了EVA的“大脑”。这个大脑需要掌握两个能力：一是通过“读”人脸，知道该做哪些表情；另一种是能够通过控制面部“肌肉”来呈现这些表情。为了教会EVA识别自己的“脸”是什么样子，该团队拍摄了数小时的视频，让它制作各种“脸”。眉毛也可以移动——然后，就像一个人在Zoom中看着自己一样，EVA的内部神经网络学会将肌肉运动与视频剪辑中自己的脸“配对”。一旦EVA对自己的脸是如何“移动”有了原始感觉，它就很容易将自己与相机捕捉到的面部表情相匹配。经过多次改进和迭代，EVA终于获得了从摄像头读取人脸“姿势”并通过模仿人脸表情做出反应的能力。整个模仿过程如下：EVA的大脑主要有两个神经网络：生成网络和逆生成网络（inversenetwork）。给定一张由普通RGB相机拍摄的人脸图像，系统首先使用OpenPose提取面部特征点。OpenPose，人体手势识别项目，是卡内基梅隆大学（CMU）基于卷积神经网络和监督学习，基于caffe开发的开源库。然后将人脸特征点归一化为机器人尺寸，与静态机器人人脸图像连接到生成网络，合成表达后生成机器人图像。基于图像，逆向生成网络输出运动指令供机器人执行，最后机器人的脸上出现了人类的表情。再来看一组EVA仿品：发现EVA可以眨眼扭脖子，但是正面看表情还是有点僵硬。研究人员指出，EVA目前还只是实验室实验，只能模仿，离与真实的人类面部表情交流还很远。但他们相信，这项技术有一天会在现实世界中得到有益的应用。该研究于2021年5月30日在ICRA会议上进行了介绍，该机器人的蓝图已在Hardware-X（2021年4月）上开源。作者简介EVA机器人的研究团队由5名主要成员组成，其中3名中国人。机器人软件部分项目负责人陈博远，本科毕业于吉林大学，现为哥伦比亚大学博士研究生。计算机科学与技术专业，研究方向包括机器人、计算机视觉、机器学习。文中出现的胡宇航小哥也是哥伦比亚大学的博士生。本科毕业于厦门大学嘉庚学院。本科期间申请了多项国家专利并创办了公司。李连峰，哥伦比亚大学机器人与控制专业机械工程硕士。论文地址：https://arxiv.org/abs/2105.12724项目网址：http://www.cs.columbia.edu/~bchen/aiface/
