Video: Gesichts-Roboter „Emo“ zeigt seine Fähigkeit zur synchronen Mimik mit einem menschlichen Partner. © Yuhang Hu
Gewinnende Robo-Mimik durch Feinmotorik und künstliche Intelligenz: Forschende haben ihrem Gesichts-Roboter „Emo“ beigebracht, ein menschliches Lächeln anhand subtiler Anzeichen vorherzusehen, um es dann möglichst gleichzeitig selbst zu erzeugen. Wie sie erklären, spielt hohe Synchronität in der Mimik eine wichtige Rolle für das Empfinden von Verbundenheit beim Menschen. Das Konzept könnte deshalb erheblich dazu beitragen, die technischen “Wesen“ sympathischer zu gestalten, sagen die Entwickler.
Sie können sich raffiniert bewegen, sehen menschlich aus und werden mit „Verstand“ sowie Sprachfähigkeiten ausgerüstet: In den letzten Jahren sind immer leistungsfähigere Roboter mit humanoiden Zügen entstanden. Doch in einem Bereich hinkt die Entwicklung hinterher: Die Roboter wirken oft noch befremdlich technisch. Eine wichtige Ursache dafür ist die fehlende oder unzureichende Mimik, die für den Menschen eine wichtige Rolle bei der emotionalen Verbindungsaufnahme spielt. Es wurden zwar bereits Roboter entwickelt, die emotionale Gesichtsausdrücke ihres Gegenübers spiegeln können. Doch durch unnatürlich wirkende Verzögerungen erscheint auch diese Fähigkeit oft noch eher gespenstisch als sympathisch.
Wie aus Untersuchungen der menschlichen nonverbalen Kommunikation hervorgeht, spielt Synchronität der Mimik zwischen zwei Partnern eine wichtige Rolle für die Wahrnehmung von Verbundenheit: „Soziale Ausrichtungsverhaltensweisen, wie beispielsweise gleichzeitiges Lächeln, sind wichtig für erfolgreiche soziale Interaktionen, da sie auf gegenseitiges Verständnis und gemeinsame Emotionen hinweisen“, schreiben die Forscher um Yuhang Hu von der Columbia University in New York. Aufbauend auf ihren früheren Entwicklungen präsentieren sie nun den Prototyp eines Gesichts-Roboters, der soziale Synchronität mit einem menschlichen Partner aufbauen kann.
Ein lernfähiges Köpfchen
„Emo“ ist ein menschenähnlich gestalteter Kopf mit einer flexiblen Haut aus Silikon. Sie ist über magnetische Befestigungspunkte mit einem darunterliegenden System aus 26 Aktuatoren ausgestattet ist. Diese erzeugen feinmotorische Bewegungen, die durch die Übertragung auf die Silikonhaut eine breite Palette nuancierter Gesichtsausdrücke hervorbringen können. In den „Augen“ von Emo sitzen hochauflösende Kameras, die präzisen Augenkontakt zu einem menschlichen Gegenüber aufnehmen können. Sie erfassen dabei auch die Signale der nonverbalen Kommunikation des Partners.
Den „Verstand“ des Gesichts-Roboters bilden eingebaute Computereinheiten, die mit künstlicher Intelligenz ausgestattet sind. Es handelt sich dabei um sogenannte neuronale Netze, die eine eigenständige Lernfähigkeit besitzen. Zunächst brachten die Entwickler dem Roboter damit bei, bestimmte Gesichtsausdrücke zu erzeugen. Sie setzten ihn dazu vor eine Kamera und ließen ihn zufällige Bewegungen ausführen. Die Aufnahmen wurden der KI dabei wieder als Feedback zugeführt. Nach ein paar Stunden erlernte der Roboter dann den Zusammenhang zwischen seinem Gesichtsausdruck und den motorischen Befehlen – ähnlich wie Menschen Gesichtsausdrücke vor einem Spiegel üben. Diesen Prozess nennt das Team Selbstmodellierung.
Erfolgreich auf das Erkennen subtiler Zeichen trainiert
Anschließend wurden dem Roboter Videos von menschlichen Gesichtsbewegungen im Rahmen sozialer Interaktion präsentiert. Dabei konnte er lernen, welche mimischen Details zu bestimmten Gesichtsausdrücken führen. Wie sich zeigte, war er nach dem mehrstündigen Training tatsächlich in der Lage, schon Sekundenbruchteile vor einem Lächeln zu erkennen, dass sein Gegenüber diesen Gesichtsausdruck gleich bilden würde. Entsprechend konnte Emo dann sehr früh seine mimische Feinmotorik in Gang setzten, um ein synchrones Lächeln hervorzubringen. „Der Roboter ist in Echtzeit zu gemeinsamen nonverbalen Signalen mit einem Menschen fähig. Damit wird nicht nur die Interaktionsqualität verbessert, sondern es wird auch der Aufbau von Vertrauen zwischen Mensch und Maschine gefördert“, so Hu.
Die Forschenden wollen sich nun der weiteren Entwicklung und dem Ausbau des Konzepts widmen. Beispielsweise planen sie, Emo auch mit verbalen Kommunikationsfähigkeiten auszurüsten, indem sie Systeme wie ChatGPT integrieren. Die Anwendungsmöglichkeiten für derart hochentwickelte humanoide Roboter erscheinen dabei vielfältig, betonen die Entwickler. „Indem wir Roboter kreieren, die menschliche Ausdrucksformen genau interpretieren und nachahmen können, kommen wir einer Zukunft näher, in der sie sich nahtlos in unser tägliches Leben integrieren können. Dadurch könnten Roboter uns Gesellschaft und Unterstützung leisten und sogar Empathie hervorbringen“, sagt Seniorautor Hod Lipson von der Columbia University.
Manch einer mag dabei allerdings auch an Risiken denken, die mit dieser Technisierung des sozialen Umfelds des Menschen verbunden sein könnten. Dieser Aspekt spielt offenbar auch für Lipson eine Rolle: „Obwohl die immer menschenähnlicheren Systeme eine Fülle positiver Anwendungen ermöglichen, stehen Entwickler und Nutzer aber auch in der Pflicht, ethische Aspekte zu beachten“, meint der Wissenschaftler.
Quelle: Columbia University School of Engineering and Applied Science, Fachartikel: Science Robotics, doi: 10.5061/dryad.gxd2547t7
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