Lidskost tváře robotu

Výraz tváře se často označuje jako okno do duše. V současné době získávají lidský výraz i roboty, jak se návštěvníci veletrhu CES v Las Vegas v USA dozvěděli při osobním setkání s nejnovějším britským robotem Ameca, který dostal možnost vyjadřovat svůj stav lidským výrazem.

Jeho výrobce, britská společnost Engineered Arts, je přední britský tvůrce a výrobce humanoidních zábavních robotů. Pro vědecká centra, zábavní parky a podniky, které chtějí přilákat návštěvníky, jsou jejich roboty zážitkem, na který účastníci, delegáti a publikum nikdy nezapomenou.

„Společnost Engineered Arts začala svůj život jako naše roboty,“ říká Morgan Roe, provozní ředitel společnosti Engineered Arts. „Byl to nápad našeho zakladatele a generálního ředitele Willa Jacksona. S touto vizí začal shromažďovat skupinu talentovaných místních umělců a inženýrů, aby vytvořili instalace smíšených médií ve vědeckých centrech a muzeích Spojeného království.“

Byl to úspěšný koncept. Brzy byla robotická stvoření předváděna návštěvníkům v místech, jako jsou v Británii mechanické divadlo Eden Project, střediska Glasgow Science Centre, Royal Botanic Gardens Kew nebo v Polsku varšavské Centrum Kopernik. Z projektu Eden vzešel Robot Thespian Mark 1.
Díky pozoruhodné schopnosti převzít jakoukoliv roli byl robot schopen potěšit diváky v různých situacích.

Morgan Roe vysvětluje: „Ale to jsme teprve začínali. Nejprve jsme pracovali s jednoduchými mechanickými figurkami a standardními průmyslovými ovladači. Ale v našich srdcích byla touha vytvořit něco opravdu fascinujícího. To přání se po mnohaletém úsilí splnilo. Prvním opravdu fascinujícím polidštěným robotem je Ameca. Je navržen také jako platforma pro budoucí vývoj humanoidních robotů vhodných pro interakci člověka a robotické techniky.“

Počátkem prosince minulého roku společnost Engineered Arts oznámila, že nový robot vystaví na veletrhu CES 2022 v Las Vegas.

V tomto čísle se čtenáři dozvědí také o robotech americké společnosti Boston Dynamics, které umějí běhat, skákat přes překážky a dělat kotrmelce, ale žádný z nich ani zdaleka nepřipomíná obyčejného člověka.

Přestože se Ameca zatím neumí ani procházet po místnosti, dokáže dokonale napodobit pohyby a výrazy lidské tváře a podpořit je pohybem horní části těla (obr. 1). Důkazem výjimečnosti robotu Ameca je, že první loňská prosincová videa představující neuvěřitelnou škálu výrazů robotické tváře šokovala diváky, kteří mysleli, že je to celé pouze počítačová grafika.

Uvedení funkčního robotu Ameca před návštěvníky veletrhu CES v Las Vegas přesvědčilo všechny nevěřící. Od 5. do 8. ledna byl předváděn v pavilonu Velké Británie a Severního Irska v hale G-Tech West Hall.

Robotovo tělo je celé z kovu a plastu, jeho tvář je záměrně bezpohlavní a neutrálně šedá. V hlavě má sedmnáct samostatných motorů, které ovládají jeho pohyby a výrazy. Ale rysy jeho obličeje jsou překvapivě živé a emotivní. A právě tato kombinace umělého a živého vypovídá o vizi toho, jak by mohly humanoidní roboty vypadat v budoucnu.

„Byli jsme překvapeni,“ doplňuje Morgan Roe. „Přes noc se z Amecy stala senzace. Na jednom příspěvku na Twitteru jsme získali 24 milionů zhlédnutí.“

Roboty Mesmer navržené podle skenů skutečných osob

Toto není první humanoidní robot, který v Engineered Arts vytvořili. Poslední čtyři roky společnost konstruovala řadu „výrazových“ robotů Mesmer a předváděla je návštěvníkům konferencí a výstav.

„Každý robot Mesmer (obr. 2) je navržen a vyroben na základě 3D skenů skutečných lidí, což nám umožňuje přesvědčivě napodobit strukturu lidské lebky, kůže a mimické pohyby,“ popisuje webová stránka Engineered Arts. „Mesmer je navržen jako modulární, takže hlavu můžete jedním kliknutím vyjmout a bez použití nástrojů ji vyměnit za jinou.“ Název Mesmer je odvozen ze slova „mesmerize“, tedy „fascinovat“.

V řadě robotů Mesmer společnost Engineered Arts velmi náročným vývojovým a konstrukčním postupem vytvořila „téměř lidské“ postavy podle přání zákazníků. Vzhledově podobný objekt je usazen uprostřed fotogrammetrického zařízení, aby bylo možné snímky snímat z každého úhlu. Fotografie jsou pořizovány současně 36 fotoaparáty. Fotogrammetrie funguje tak, že zachycuje několik překrývajících se digitálních fotografií téhož objektu z různých úhlů. Poté jsou porovnáním barev pixelů a definováním kotevních bodů digitálně rekonstruovány do 3D modelu.

Datová 3D figurína je převzata do modelovacího softwaru. Jsou upraveny podrobnosti a odstraněny vlasy, aby se vytvořil čistý 3D model. Výsledný 3D model je před 3D tiskem pečlivě kontrolován z hlediska přesné podobnosti. Posléze je dutá forma digitálního modelu vyrobena na stereolitografické 3D tiskárně. Silikonový materiál se vstřikuje do formy, aby vytvořil realistickou pokožku robotu. Vlasy a jemné detaily se na silikonové bustě vytvářejí ručně.

Pro závěrečnou integraci je silikonová busta umístěna na speciálně vyrobenou robotickou hlavu a jsou připojeny potřebné elektromechanické akční členy. Pro každou postavu je upraven software s požadovanými gesty a zvukovými výstupy. Pohybové sekvence a zvuk jsou přidány pomocí cloudového softwaru Virtual Robot od Engineered Arts. Výsledný robot Mesmer bude mluvit téměř o čemkoliv, co si uživatel přeje, inspirovat k smíchu koulením očí, a dokonce si s lidmi potřese rukou.

Robotická malířka Ai-Da

V uměleckém světě se roku 2019 proslavil robot Ai-Da v ženské postavě (obr. 3). Byl to nápad galeristy Aidana Mellera.¹⁾ Konstruovala ho také společnost Engineered Arts, robotickou kreslířskou inteligenci vyvinuli výzkumníci počítačové umělé inteligence na Oxfordské univerzitě a kreslicí paže jsou dílem inženýrů sídlících v Leedsu. Robotická malířka maluje na základě obrazu snímaného kamerami v jejích očích. Umělecká umělá inteligence robotu vedla k mnoha živým představením a spolupráci s mnoha progresivními umělci. Například v květnu 2021 absolvovala Ai-Da své první umělecké hostování v ateliérech Porthmeor Studios v St. Ives v britském Cornwallu. Pracovala ve Studiu 5, známém jako ateliér abstraktního malíře Bena Nicholsona, který v něm tvořil ve
30. a 40. letech 20. století.

Technický koncept a vývoj robotu Ameca

Vývoj výrazů tváře robotu vyžadoval spolupráci velmi talentovaných členů vývojového týmu. S použitím sedmnácti interních motorků v hlavě robotu, řízených pokročilým softwarem, dosáhl téměř neuvěřitelné expresivnosti mnoha výrazů (obr. 4). Několik z nich mohou čtenáři vidět na obrázcích. Velmi překvapivé je ale sledovat plynulý přechod robotovy tváře mezi jednotlivými výrazy, navíc v reakci na vnější podněty, zatímco se robot otáčí a sleduje osoby a jejich akce do vzdálenosti až 2 m (obr. 5).

Lidská konverzace zahrnuje nejen slova, ale i výraz tváře, podporovaný pohyby hlavy, krku a ramen, které spolu vytvářejí rámec pro sdílenou informaci. Napodobování pohybů hlavy a krku pro efektivní simulaci lidské konverzace je tudíž pro robot velmi žádoucí. Na obr. 6 je vidět, jak vývojáři Engineered Arts řešili pro robot Ameca potřebnou škálu pohybů. Podobné pohybové řešení pomocí elektrických motorků je použito pro pohyby paží ramen, zápěstí a jednotlivých prstů.

Řídicí software

Obrovský ohlas, který si robot Ameca získal na veletrhu CES a následně ve videích na YouTube, je výsledkem především řídicího softwaru Tritium. Společnost Engineered Arts o něm uvádí: „Unikátní roboty potřebují jedinečný software. Všechny naše roboty využívají náš nejmodernější software Tritium. Unikátní softwarové prostředí Tritium, vyvíjené interně a zdokonalované více než dvanáct let, udržuje naše roboty v pohybu inovativním způsobem, který bere dech. Software je vytvořen s ohledem na flexibilitu a dokáže obsluhovat téměř jakoukoliv hardwarovou komponentu z téměř jakékoliv hardwarové platformy. Můžete si být jisti, že RoboThespian, Mesmer, Quinn a naše zakázkové roboty poběží pod kontrolou Tritia ve všech ohledech spolehlivě a bezpečně.“

Tritium bylo navržené, aby dokázalo číst téměř jakýkoliv programovací jazyk a pracovat s téměř jakýmkoliv softwarem. Komunikuje s roboty Mesmer prostřednictvím téměř jakéhokoliv kódovacího jazyka a jeho nadstavby umožňují integrovat zásuvný software od jiných dodavatelů.

Software je možné spouštět lokálně nebo pomocí cloudové služby. Software Tritium je navržen tak, aby fungoval ve webovém prohlížeči z jakéhokoliv zařízení připojeného k internetu. S jedním jednoduchým přihlášením může provozovatel robot snadno udržovat, aktualizovat a upravovat.

Je např. možné přenášet hlas herce nebo komentátora přes oceán a při reprodukci využí­vat všechny mimické a pohybové schopnosti robotu Ameca.

Engineered Arts nabízí také vzdálenou podporu a diagnostiku. Podle prohlášení společnosti je Ameca koncipován hlavně jako vývojová platforma, která v reál­ném čase umožňuje vyzkoušet nové aplikace a vylepšovat výraz i pohyby před publikem.

Systémy umělé inteligence a strojového učení lze testovat a vyvíjet na robotu Ameca spolu s výkonným operačním systémem pro roboty Tritium. V blízké budoucnosti lze tedy očekávat další překvapující využití robotů v mnoha každodenních situacích, nejen v divadelním nebo výstavním prostředí.

(foto a grafika: Engineered Arts)

Petr V. Liška

Obr. 1. Tři výrazy robotu Ameca

Obr. 2. Robot Mesmer měl obličej vytvořený na základě skenu hlavy reálných osob

Obr. 3. Robotická malířka Ai-Da (videoukázka z TEDxOxford: https://youtu.be/XaZJG7jiRak)

Obr. 4. Výrazy robotu Ameca vyjadřující různé emoce (video: https://youtu.be/IPukuYb9xWw)

Obr. 5. Robot reaguje na osoby do vzdálenosti přibližně 2 m

Obr. 6. Realizace pohybu krku: náklon a přikyvování

¹⁾    Pozn. red.: Ačkoliv vypadá, že robot byl pojmenován podle křestního jména Aidana Mellera, podle svých tvůrců dostal jméno po Augustě Adě Kingové, hraběnce z Lovelace (1815–1852), anglické matematičce známé především svou prací na mechanickém univerzálním počítači navrženém jejím přítelem Charlesem Babbagem. Poprvé navrhla algoritmizaci úloh, a proto bývá považována za pramáti počítačových programátorů.