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ROBÓTICA

Así es EVA, el robot autónomo capaz de reflejar miedo, ira, alegría o tristeza

EL IMPARCIAL
martes 01 de junio de 2021, 18:17h

Si bien nuestras expresiones faciales juegan un papel muy importante en la construcción de confianza, la mayoría de los robots todavía lucen el frío rostro, típico de un jugador de póquer profesional. Sin embargo, a medida que las relaciones entre robots y humanos van volviéndose más estrechas, desde hogares de ancianos hasta almacenes y fábricas, la necesidad de un robot más realista y con mayor capacidad de respuesta es cada vez más urgente.

Interesados ​​durante mucho tiempo por estas cuestiones, investigadores del Laboratorio de Máquinas Creativas de la Universidad de Columbia han estado trabajando durante cinco años para crear EVA, un nuevo robot autónomo con un rostro amable y expresivo que trata de imitar las expresiones de los humanos. "La idea de EVA tomó forma hace unos años, cuando mis estudiantes y yo comenzamos a notar que los robots en nuestro laboratorio nos miraban a través de ojos plásticos y saltones", indica Hod Lipson, director del Laboratorio de Máquinas Creativas. Lipson observó una tendencia similar en la tienda de comestibles, donde se encontró con robots de reabastecimiento que llevaban insignias con su nombre y, en un caso, vestían una gorra tejida a mano. "La gente parecía estar humanizando a sus colegas robóticos dándoles ojos, una identidad o un nombre", explica. "Esto nos hizo preguntarnos, si los ojos y la ropa funcionan, ¿por qué no hacer un robot que tenga un rostro humano súper expresivo y receptivo?", se pregunta.

Aunque esto pueda parecer simple, crear una cara robótica convincente ha sido un desafío formidable para los especialistas en robótica. Durante décadas, las partes robóticas del cuerpo han estado hechas de metal o plástico duro, materiales que eran demasiado rígidos para fluir y moverse como lo hace el tejido humano. El hardware robótico ha sido igualmente tosco y difícil de trabajar: los circuitos, sensores y motores son pesados, consumen mucha energía y son voluminosos.

La primera fase del proyecto comenzó en el laboratorio de Lipson hace varios años cuando el estudiante de pregrado Zanwar Faraj dirigió un equipo de estudiantes en la construcción de la "maquinaria" física del robot. Diseñaron a EVA como un busto incorpóreo que puede expresar las seis emociones básicas: ira, disgusto, miedo, alegría, tristeza y sorpresa, así como una serie de emociones más matizadas, mediante el uso de "músculos" artificiales (es decir, cables y motores), imitando los movimientos de los más de 42 pequeños músculos unidos en varios puntos a la piel y los huesos de los rostros humanos.

"El mayor desafío en la creación de EVA fue diseñar un sistema que fuera lo suficientemente compacto como para caber dentro de los confines de un cráneo humano, sin dejar de ser lo suficientemente funcional como para producir una amplia gama de expresiones faciales", señala Faraj.

Para superar este reto, el equipo empleó la impresión 3D para fabricar piezas con formas complejas que se integraron de manera perfecta y eficiente con el cráneo de EVA. Después de semanas de tirar de cables para hacer que EVA sonriera, frunciese el ceño o se vea molesta, el equipo notó que el rostro azul e incorpóreo de EVA podía provocar respuestas emocionales de sus compañeros de laboratorio. "Estaba ocupándome de mis propios asuntos un día cuando EVA de repente me dio una gran sonrisa amistosa", recordó Lipson. "Sabía que era puramente mecánico, pero me encontré devolviéndole la sonrisa por reflejo".

Una vez que el equipo estuvo satisfecho con la "mecánica" de EVA, comenzaron a abordar la segunda fase principal del proyecto: programar la inteligencia artificial que guiaría los movimientos faciales de EVA. Pese a que durante años se han utilizado robots animatrónicos realistas en parques temáticos y estudios de cine, el equipo de Lipson logró dos avances tecnológicos sin precedentes. EVA utiliza inteligencia artificial de aprendizaje profundo para "leer" y luego reflejar las expresiones en rostros humanos cercanos. Y la capacidad de EVA para imitar una amplia gama de diferentes expresiones faciales humanas se aprende por ensayo y error al ver videos de sí misma.

Las actividades humanas más difíciles de automatizar involucran movimientos físicos no repetitivos que tienen lugar en entornos sociales complicados. Boyuan Chen, el estudiante de doctorado de Lipson que dirigió la fase de software del proyecto, rápidamente se dio cuenta de que los movimientos faciales de EVA eran un proceso demasiado complejo para regirse por conjuntos de reglas predefinidos. Para abordar este desafío, Chen y un segundo equipo de estudiantes crearon el cerebro de EVA utilizando varias redes neuronales de aprendizaje profundo. El cerebro del robot necesitaba dominar dos capacidades: primero, aprender a usar su propio sistema complejo de músculos mecánicos para generar cualquier expresión facial en particular y, segundo, saber qué caras hacer "leyendo" las caras de los humanos.

Para enseñarle a EVA cómo era su propia cara, Chen y su equipo filmaron horas de imágenes de EVA con muestras de gestos al azar. Luego, como un humano que se mira a sí mismo en Zoom, las redes neuronales internas de EVA aprendieron a emparejar el movimiento de los músculos con las imágenes de video de su propia cara. Ahora que EVA tenía un sentido primitivo de cómo funcionaba su propio rostro (conocido como "imagen de sí mismo"), utilizó una segunda red para hacer coincidir su propia imagen de sí mismo con la imagen de un rostro humano capturada en su cámara de video. Después de varios refinamientos e iteraciones, EVA adquirió la capacidad de leer los gestos del rostro humano desde una cámara y de responder reflejando la expresión facial de ese humano.

Los investigadores señalan que EVA es un experimento de laboratorio, y la mímica por sí sola todavía está muy lejos de las formas complejas en las que los humanos se comunican mediante expresiones faciales. Pero estas tecnologías habilitadoras podrían algún día tener aplicaciones beneficiosas en el mundo real. Por ejemplo, los robots capaces de responder a una amplia variedad de lenguaje corporal humano serían útiles en lugares de trabajo, hospitales, escuelas y hogares.

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