Comment faire sourire un robot

Dans une toute nouvelle ride sur le vieil adage, Sourire et le monde sourit avec vous, froncez les sourcils et vous froncez les sourcils seul, les chercheurs japonais produisent une génération de robots capables d'identifier les expressions faciales humaines et ensuite d'y répondre. Une équipe dirigée par Fumio Hara, professeur de génie mécanique à l'Université des sciences de Tokyo, a construit une tête robotique féminine qui peut à la fois reconnaître et exprimer la peur, le bonheur, la surprise, la tristesse, la colère et le dégoût.

L'objectif principal du projet de Hara, qui est soutenu par une subvention de 3 millions de dollars sur cinq ans du gouvernement japonais, n'est pas simplement de produire une version robotique de singe-voir, singe-do. Au lieu de cela, l'objectif est de créer des robots qui sympathiseront avec nous et nous mettrons à l'aise lorsqu'ils liront les changements émotionnels exprimés sur nos visages. Les chercheurs s'attendent à ce que de tels robots visuellement émotifs soient appréciés par les ouvriers d'usine obligés de partager la ligne avec des collègues de travail électroniques. Les robots peuvent même être utiles comme supports pédagogiques pour certains enfants autistes qui ont un trouble de la communication qui les empêche de comprendre les expressions faciales et d'y répondre correctement.

Cette histoire faisait partie de notre numéro d'octobre 1997

• Voir le reste du numéro
• S'abonner

Une caractéristique surprenante des recherches de Hara est sa genèse. Au cours de la grande expansion économique du Japon dans les années 1970, des accidents ont commencé à se produire dans des usines chimiques nouvellement construites. Hara a supposé que les opérateurs d'usine avaient des difficultés à détecter les problèmes en lisant des banques de panneaux de lecture numérique. Je pensais qu'ils avaient besoin d'une vue plus globale de ce qui se passait dans l'usine, dit-il, et si quelque chose n'allait pas, cela pourrait être exprimé, par exemple, par un visage triste.

Hélas, les ingénieurs ont rapidement été confrontés à des obstacles majeurs. Ils ont découvert qu'il était non seulement difficile d'attribuer des expressions faciales au large éventail de problèmes opérationnels - d'un sol d'usine en désordre aux changements dangereux de température ou de pression dans le processus de fabrication - mais aussi que les opérateurs humains individuels interprétaient les mêmes expressions de différentes manières. . La tâche consistant à lier les expressions faciales aux conditions de la plante s'est finalement avérée si complexe que Hara a abandonné la recherche.

Mais au milieu des années 1980, lorsqu'un de ses étudiants a exprimé son intérêt pour la recherche en robotique, Hara s'est demandé si l'approche de l'expression faciale, bien qu'un échec au niveau de la plante, pourrait fonctionner entre les robots individuels et les humains. Il a commencé par utiliser les travaux de Paul Ekman, professeur de psychologie à l'Université de Californie à San Francisco, qui a divisé les mouvements des expressions faciales humaines en 44 catégories, ou unités d'action. Chaque unité d'action correspondrait à un mouvement individuel, comme des sourcils qui montent ou descendent ou des lèvres pincées. La combinaison d'unités d'action de diverses manières a produit des expressions différentes. Par exemple, le dégoût consiste à baisser les sourcils, à plisser le nez et à relever le menton.

À partir des années 1990, le groupe de Hara s'est mis à créer six expressions - la peur, le bonheur, la surprise, la tristesse, la colère et le dégoût - qui, selon Ekman, sont universelles dans toutes les cultures humaines. L'équipe a construit une tête de robot en aluminium avec 18 microactionneurs entraînés par pression d'air - en substance, de minuscules engrenages - qui pourraient imiter 26 mouvements du visage. L'étape suivante consistait à mouler un visage en caoutchouc de silicone à partir d'un moule prélevé sur l'un des étudiants masculins du laboratoire. Parce que le groupe entièrement masculin souhaitait une présence féminine dans le laboratoire, ils ont féminisé le visage masculin en ajoutant une perruque en cheveux naturels, des joues rouges et du rouge à lèvres. La tête était également munie de fausses dents.

Par essais et erreurs, les chercheurs ont relié de minuscules fils des actionneurs à des points sur le masque qui, une fois déplacés, recréaient les unités d'action nécessaires pour reproduire les six expressions souhaitées. La tête et les globes oculaires du robot ont également été conçus pour effectuer des mouvements humains. Enfin, les ingénieurs japonais ont placé une minuscule caméra dans l'œil gauche du robot pour scanner un visage humain lorsqu'il est placé à environ un mètre de distance. Un ordinateur connecté à la caméra a déterminé l'expression de la personne en recherchant des variations de luminosité dans différentes zones du visage.

L'ordinateur a observé des changements dans les zones sombres - les yeux, la bouche, le nez et les sourcils - qui se produisent lorsqu'un visage passe de son expression neutre et sans émotion à celle montrant l'une des six émotions. À l'aide d'un programme d'auto-apprentissage basé sur un réseau de neurones, l'ordinateur a finalement pu reconnaître en 60 millisecondes comment les changements dans les modèles de luminosité du visage d'un individu étaient liés aux expressions d'un sentiment donné. Une telle vitesse de traitement combinée à des raffinements dans la conception des actionneurs a permis au visage en silicone du robot de répondre aux changements d'expression avec une vitesse humaine.

Le robot était étonnamment précis, devinant correctement les expressions des sujets de test, en moyenne, 85 % du temps. Il s'en sort aussi aussi bien en tant qu'acteur facial. En fait, un groupe d'étudiants a correctement identifié les expressions du robot 83 % du temps. En comparaison, les mêmes étudiants ont identifié les expressions faciales des acteurs professionnels 87 pour cent du temps.

Depuis que les récits des performances du robot sont apparus pour la première fois au début des années 1990, Hara a été approché par des personnes inattendues. Il s'agissait notamment d'un artiste intéressé par la création de ce qu'il pense être une nouvelle forme d'art - des humains et des robots réagissant aux expressions des autres - et plusieurs psychologues au Japon qui pensent qu'un tel robot pourrait aider certains enfants handicapés à surmonter les difficultés à manifester des expressions appropriées. Les psychologues voudraient que le robot agisse comme une sorte d'invite à double sens, par exemple, démontrant à quoi ressemble un sourire heureux et, après avoir adopté une expression neutre, indiquant quand l'enfant a souri en souriant en retour.

Plus immédiatement, l'équipe de Hara travaille sur un robot buccal dont les actionneurs imiteraient de manière réaliste les mouvements des lèvres pendant la parole. Un tel robot pourrait aider les personnes ayant des troubles de la parole ou du langage, dit Hara, car des études montrent que plus de 50 pour cent de la compréhension de la parole provient de
l'expression et les mouvements du visage.

cacher