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仿人機器人“小慧” :皮膚有溫度,會16種表情

2021-10-21 12:33 性質:轉載 作者:賀方程 來源:長江日報
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今年6月,中國首個AI(人工智能)虛擬學生“華智冰”入讀清華大學計算機系。“華智冰”以甜美的歌喉出現在清華大學校園,邊彈邊唱,一曲《男孩》令人百聽不厭,...

今年6月,中國首個AI(人工智能)虛擬學生“華智冰”入讀清華大學計算機系。“華智冰”以甜美的歌喉出現在清華大學校園,邊彈邊唱,一曲《男孩》令人百聽不厭,人見人愛。“華智冰”在今年“十一”期間大放異彩,一度登上熱搜。1000公里之外的上海,由清蕓機器人團隊制作的仿人機器人“小慧”不僅能說會跳,膚白貌美,在情緒表達和思維上因向真人靠近而名噪一時。10月12日,長江日報記者獲悉,清蕓機器人團隊將為“華智冰”賦予仿真肉身,“華智冰”將由虛擬走向實體。

“小慧”才半歲,已迭代了3次

上海市楊浦區智慧坊,一座百年歷史的紡織車間迸發新的活力,吸引不少高科技企業入駐。制作仿人機器人“小慧”的清蕓機器人團隊,就扎根在智慧坊。

“楊先生您好,歡迎來到我們上海清蕓機器人團隊參觀……”9月29日,當記者踏入智慧坊時,美艷的“小慧”笑臉相迎,溫馨的問候配合著肢體語言,熱情友善,寒暄結束還邀請記者一起做了個比心的手勢。

不是人的“小慧”,居然給人以人的感覺。“‘小慧’早就認識你了,在你來上海之前我們就把你的圖像傳給了她,她就記在大腦里了。當你踏進門后,她眼睛看到你了,就會和你打招呼。”一旁的工作人員解釋,對話內容都是“小慧”自己組織的語言,全部來自云端搜索。

0.3版的“小慧”,身高1.68米,五官端正,膚如凝脂,身材苗條,一頭褐色長發一襲連衣裙。“‘小慧’才半歲,但已完成了3次技術迭代,從0.1版到0.3版,動作和智能較之出生時提升很多。”清蕓機器人團隊負責人王磊告訴記者,仿人機器人處于人工智能的技術頂端,技術進步空間很大,團隊瞄準的是國內外前沿技術,這也是他們短時間內不斷迭代的原因。

今年45歲的王磊畢業于清華大學,獲得3個碩士學位,曾工作于美國斯坦福大學人工智能與應用項目。一年前,王磊放棄一家智能制造上市公司副總裁兼首席運營官職位,組建清蕓機器人團隊,匯聚清華大學、復旦大學、同濟大學、西北工業大學等一批名校的青年學子,專注于仿人機器人研發與制作。團隊平均年齡只有30歲,他們的共同理想是打造一款“無限接近于人的仿人機器人”。

王磊說,“華智冰”是AI虛擬人,并非實體仿人機器人,和“小慧”有很多相似的地方,尤其是“華智冰”的歌聲和人類生物學特征全部由人工智能完成,肢體動作則由團隊成員訓練完成。虛擬機器人相對容易實現各種動作,實體仿人機器人實現各種動作并不容易,需要不停調試和學習。虛擬機器人方面,微軟亞洲研究院的“小冰”,以及目前的“華智冰”,都已達到國際領先水平。

目前,美國和日本在仿人機器人領域暫時領跑。在無限接近真人的仿人機器人技術上全球競爭激烈,各國都在不斷突破技術瓶頸,王磊相信“小慧”很快就會跟上。

16種表情呈現喜怒哀樂

在智慧坊,清蕓機器人團隊占據了兩層樓,“小慧”誕生于樓內一條20多人組成的生產線上。

在設計師岳瑩手中,一兩天的時間就可以勾勒出一具活靈活現的人物圖紙。“我們一般自己設計面孔,而不是選取明星的面孔,以避免法律糾紛。”

1∶1的三維人物圖形傳到了下一個環節——結構安裝。結構工程師舒斌在一堆如山的材料中為仿人機器人選擇骨骼,重點是選擇腰、胸、手、腿等部位的骨骼。

舒斌說,手掌的運動控制,市場上都是采用兩節,實際上人的手掌由三節構成,有6個自由度。“小慧”只實現了5個自由度,少的一個自由度是大拇指左右側動不了,對抓握有一定影響,與真人略有區別。主要原因是在結構布局上受限于空間,0.4版將可以克服。

另一名結構工程師黃子欽負責手臂的骨骼設計。黃子欽大學時屢次參加機器人大賽,主要承擔機器人上下肢結構的制作。“手軸的運轉角度越小越靈活,理想的角度是20度到30度間,而不是目前的90度。”

黃子欽說,耗時最多的是手臂上的手軸設計,需要反復調試。很多骨骼部件都是他們3D打印完成的,手軸角度的調試空間還很大,需要尋找更適合的材料。另外,有些材料運轉時容易發出機械噪音,處理不慎可達到60分貝。

除骨骼外,“小慧”的心臟、頭部和肉身構成也是科技含量最高的要件。心臟是“小慧”的控制系統,類似于電腦的中央處理器,對身體的各部位發出指令。技術難度最大的則是頭部功能的實現。

35歲的李龍是團隊中的“老人”。他負責“小慧”頭部控制系統的設計及布局,包括視覺系統、聽覺系統、語言系統等。他說,除了手勢等肢體語言外,“小慧”主要通過面部表情來實現喜怒哀樂。

“人豐富的面部表情依賴于44塊面部肌肉,‘小慧’的情緒表達也需要面部肌肉來完成。”李龍從8塊面部肌肉開始起步,逐步調試到今天的20塊,可以實現16種面部表情。如要表達笑這一種表情,小慧可輕松做出“大笑”“傻笑”“張口笑”“吐舌笑”等不同笑的表情。

李龍正在嘗試采用低于人的面部肌肉數量來實現“小慧”接近于人的面部表情。在0.4版的“小慧”身上,在電機帶動下,通過算法控制面部肌肉的聯動,可以展現出“小慧”的細微表情,這一點在國際上也是領先的。

在語言系統,李龍開發出云腦系統,讓詞匯量無限大,“小慧”采取網上搜索答案的辦法實現人機對話。因為采用算法規劃語言路徑,“小慧”不僅能言善辯而且有問必答,在對話交流中很少卡殼。李龍說,“小慧”的這一優勢在9月23日南京溧水舉行的全球農產品直播電商節上大展風頭,不僅帶貨的農產品被大賣,游客還排隊跟“小慧”合影。

帶有體溫的人造皮膚

在硬件工程師、軟件工程師和結構工程師的幫助下,從平面設計到三維設計,再到電機芯片、支架組成的骨架,和軟件與硬件的匹配選型,流水線作業的最后一步,是給“小慧”賦予人的外形——皮膚。

在智慧坊一間獨立的工作室,48歲的造型藝術師陳均承擔了“小慧”最后的皮膚造型工程。泥土、硅膠、模具——陳均在不同的材料中間來回穿梭,對照著設計好的三維圖形,先用泥巴造型,然后用硅膠代替,8小時后拆模定型,修剪加工,72小時后完全定型,一套栩栩如生的人造皮膚便新鮮出爐。

“皮膚是人體最大的器官,要做到以假亂真需要不停打磨,汗毛、色斑都不能落下。”陳均說,尤其是頭部皮膚,加工難度最大。“小慧”需要植眉毛、睫毛、頭發,若是男性仿人機器人,胡須和胸毛乃至汗毛也要考慮進去。最復雜的還是臉皮,需要與頭部的機芯相匹配,才能保證五官的動作協調,如眨眼、眼球轉動和張嘴說話都牽扯到臉皮的運動,同時也帶來表情的變化。

參與清蕓機器人團隊之前,陳均在蠟像館工作了30年,每天跟泥巴和硅膠打交道,做出來的蔬菜模型、蛋糕模型讓人眼饞,很難從外觀辨真假。“雕出人物靈魂的關鍵體現在面部,尤其是表情和肌肉感,看一眼必須忘不掉。”陳均對塑造的人物外形非常講究,在頂級鉑金硅膠的幫助下,“小慧”不僅外觀與真人無異,膚如凝脂,還帶有體溫,皮膚表面血管也清晰可見。

借助研究機器人研究人類

機器人一般根據不同應用需求被設計成不同形狀,如運用于工業的機械臂、輪椅機器人、步行機器人等。而仿人機器人研究集機械、電子、計算機、材料、傳感器、控制技術等多門科學于一體,代表著一個國家的高科技發展水平。

“實體機器人的主要差距應該在控制算法和硬件設計上。”華中科技大學人工智能與自動化學院伍冬睿教授表示,目前人工智能都還是弱人工智能,即不具備自我意識,且不能解決一般性問題和思考、推理。在事先設計好的場景里面可以正常表現,但是遇到新問題就不會變通。

伍冬睿認為,目前仿人機器人的運動功能已經比較完善了,主要缺點是思維和情緒功能,“不然的話,家里的保姆機器人就是一個冷冰冰的鋼鐵機器,可能很多人不會喜歡”。

“小慧”的思維和情緒功能的突破,讓王磊感覺壓力很大。一邊是要網羅國內頂尖的機器人技術人才,一邊要不停融資。他還要緊盯國內外仿人機器人動向,尤其是國外。

在國內,很多對手跟他們并不在一個賽道。如人形機器人,只是看起來是人形,與真人相去甚遠,而他們要無限接近于真人。王磊說:“團隊的這些人才都是從全國網羅來的,除了頂尖技術外,最大公約數是有共同的奮斗目標——打造全球領先的中國仿人機器人。”

在王磊看來,“小慧”從0.1走到0.3版,包括即將推出的0.4版,“小慧”都像自己的孩子一樣,憑借興趣和理想才走下來的。大自然創造了人類,他們是要借助研究機器人來研究人類自己的行為、認識人類自己。王磊說:“實體機器人和虛擬機器人是元宇宙的兩大基石,清蕓機器人團隊將會是未來元宇宙的一個基礎設施公司。”

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