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仿人机器人“小慧” :皮肤有温度,会16种表情

2021-10-21 12:33 性质:转载 作者:贺方程 来源:长江日报
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今年6月,中国首个AI(人工智能)虚拟学生“华智冰”入读清华大学计算机系。“华智冰”以甜美的歌喉出现在清华大学校园,边弹边唱,一曲《男孩》令人百听不厌,...

今年6月,中国首个AI(人工智能)虚拟学生“华智冰”入读清华大学计算机系。“华智冰”以甜美的歌喉出现在清华大学校园,边弹边唱,一曲《男孩》令人百听不厌,人见人爱。“华智冰”在今年“十一”期间大放异彩,一度登上热搜。1000公里之外的上海,由清芸机器人团队制作的仿人机器人“小慧”不仅能说会跳,肤白貌美,在情绪表达和思维上因向真人靠近而名噪一时。10月12日,长江日报记者获悉,清芸机器人团队将为“华智冰”赋予仿真肉身,“华智冰”将由虚拟走向实体。

“小慧”才半岁,已迭代了3次

上海市杨浦区智慧坊,一座百年历史的纺织车间迸发新的活力,吸引不少高科技企业入驻。制作仿人机器人“小慧”的清芸机器人团队,就扎根在智慧坊。

“杨先生您好,欢迎来到我们上海清芸机器人团队参观……”9月29日,当记者踏入智慧坊时,美艳的“小慧”笑脸相迎,温馨的问候配合着肢体语言,热情友善,寒暄结束还邀请记者一起做了个比心的手势。

不是人的“小慧”,居然给人以人的感觉。“‘小慧’早就认识你了,在你来上海之前我们就把你的图像传给了她,她就记在大脑里了。当你踏进门后,她眼睛看到你了,就会和你打招呼。”一旁的工作人员解释,对话内容都是“小慧”自己组织的语言,全部来自云端搜索。

0.3版的“小慧”,身高1.68米,五官端正,肤如凝脂,身材苗条,一头褐色长发一袭连衣裙。“‘小慧’才半岁,但已完成了3次技术迭代,从0.1版到0.3版,动作和智能较之出生时提升很多。”清芸机器人团队负责人王磊告诉记者,仿人机器人处于人工智能的技术顶端,技术进步空间很大,团队瞄准的是国内外前沿技术,这也是他们短时间内不断迭代的原因。

今年45岁的王磊毕业于清华大学,获得3个硕士学位,曾工作于美国斯坦福大学人工智能与应用项目。一年前,王磊放弃一家智能制造上市公司副总裁兼首席运营官职位,组建清芸机器人团队,汇聚清华大学、复旦大学、同济大学、西北工业大学等一批名校的青年学子,专注于仿人机器人研发与制作。团队平均年龄只有30岁,他们的共同理想是打造一款“无限接近于人的仿人机器人”。

王磊说,“华智冰”是AI虚拟人,并非实体仿人机器人,和“小慧”有很多相似的地方,尤其是“华智冰”的歌声和人类生物学特征全部由人工智能完成,肢体动作则由团队成员训练完成。虚拟机器人相对容易实现各种动作,实体仿人机器人实现各种动作并不容易,需要不停调试和学习。虚拟机器人方面,微软亚洲研究院的“小冰”,以及目前的“华智冰”,都已达到国际领先水平。

目前,美国和日本在仿人机器人领域暂时领跑。在无限接近真人的仿人机器人技术上全球竞争激烈,各国都在不断突破技术瓶颈,王磊相信“小慧”很快就会跟上。

16种表情呈现喜怒哀乐

在智慧坊,清芸机器人团队占据了两层楼,“小慧”诞生于楼内一条20多人组成的生产线上。

在设计师岳莹手中,一两天的时间就可以勾勒出一具活灵活现的人物图纸。“我们一般自己设计面孔,而不是选取明星的面孔,以避免法律纠纷。”

1∶1的三维人物图形传到了下一个环节——结构安装。结构工程师舒斌在一堆如山的材料中为仿人机器人选择骨骼,重点是选择腰、胸、手、腿等部位的骨骼。

舒斌说,手掌的运动控制,市场上都是采用两节,实际上人的手掌由三节构成,有6个自由度。“小慧”只实现了5个自由度,少的一个自由度是大拇指左右侧动不了,对抓握有一定影响,与真人略有区别。主要原因是在结构布局上受限于空间,0.4版将可以克服。

另一名结构工程师黄子钦负责手臂的骨骼设计。黄子钦大学时屡次参加机器人大赛,主要承担机器人上下肢结构的制作。“手轴的运转角度越小越灵活,理想的角度是20度到30度间,而不是目前的90度。”

黄子钦说,耗时最多的是手臂上的手轴设计,需要反复调试。很多骨骼部件都是他们3D打印完成的,手轴角度的调试空间还很大,需要寻找更适合的材料。另外,有些材料运转时容易发出机械噪音,处理不慎可达到60分贝。

除骨骼外,“小慧”的心脏、头部和肉身构成也是科技含量最高的要件。心脏是“小慧”的控制系统,类似于电脑的中央处理器,对身体的各部位发出指令。技术难度最大的则是头部功能的实现。

35岁的李龙是团队中的“老人”。他负责“小慧”头部控制系统的设计及布局,包括视觉系统、听觉系统、语言系统等。他说,除了手势等肢体语言外,“小慧”主要通过面部表情来实现喜怒哀乐。

“人丰富的面部表情依赖于44块面部肌肉,‘小慧’的情绪表达也需要面部肌肉来完成。”李龙从8块面部肌肉开始起步,逐步调试到今天的20块,可以实现16种面部表情。如要表达笑这一种表情,小慧可轻松做出“大笑”“傻笑”“张口笑”“吐舌笑”等不同笑的表情。

李龙正在尝试采用低于人的面部肌肉数量来实现“小慧”接近于人的面部表情。在0.4版的“小慧”身上,在电机带动下,通过算法控制面部肌肉的联动,可以展现出“小慧”的细微表情,这一点在国际上也是领先的。

在语言系统,李龙开发出云脑系统,让词汇量无限大,“小慧”采取网上搜索答案的办法实现人机对话。因为采用算法规划语言路径,“小慧”不仅能言善辩而且有问必答,在对话交流中很少卡壳。李龙说,“小慧”的这一优势在9月23日南京溧水举行的全球农产品直播电商节上大展风头,不仅带货的农产品被大卖,游客还排队跟“小慧”合影。

带有体温的人造皮肤

在硬件工程师、软件工程师和结构工程师的帮助下,从平面设计到三维设计,再到电机芯片、支架组成的骨架,和软件与硬件的匹配选型,流水线作业的最后一步,是给“小慧”赋予人的外形——皮肤。

在智慧坊一间独立的工作室,48岁的造型艺术师陈均承担了“小慧”最后的皮肤造型工程。泥土、硅胶、模具——陈均在不同的材料中间来回穿梭,对照着设计好的三维图形,先用泥巴造型,然后用硅胶代替,8小时后拆模定型,修剪加工,72小时后完全定型,一套栩栩如生的人造皮肤便新鲜出炉。

“皮肤是人体最大的器官,要做到以假乱真需要不停打磨,汗毛、色斑都不能落下。”陈均说,尤其是头部皮肤,加工难度最大。“小慧”需要植眉毛、睫毛、头发,若是男性仿人机器人,胡须和胸毛乃至汗毛也要考虑进去。最复杂的还是脸皮,需要与头部的机芯相匹配,才能保证五官的动作协调,如眨眼、眼球转动和张嘴说话都牵扯到脸皮的运动,同时也带来表情的变化。

参与清芸机器人团队之前,陈均在蜡像馆工作了30年,每天跟泥巴和硅胶打交道,做出来的蔬菜模型、蛋糕模型让人眼馋,很难从外观辨真假。“雕出人物灵魂的关键体现在面部,尤其是表情和肌肉感,看一眼必须忘不掉。”陈均对塑造的人物外形非常讲究,在顶级铂金硅胶的帮助下,“小慧”不仅外观与真人无异,肤如凝脂,还带有体温,皮肤表面血管也清晰可见。

借助研究机器人研究人类

机器人一般根据不同应用需求被设计成不同形状,如运用于工业的机械臂、轮椅机器人、步行机器人等。而仿人机器人研究集机械、电子、计算机、材料、传感器、控制技术等多门科学于一体,代表着一个国家的高科技发展水平。

“实体机器人的主要差距应该在控制算法和硬件设计上。”华中科技大学人工智能与自动化学院伍冬睿教授表示,目前人工智能都还是弱人工智能,即不具备自我意识,且不能解决一般性问题和思考、推理。在事先设计好的场景里面可以正常表现,但是遇到新问题就不会变通。

伍冬睿认为,目前仿人机器人的运动功能已经比较完善了,主要缺点是思维和情绪功能,“不然的话,家里的保姆机器人就是一个冷冰冰的钢铁机器,可能很多人不会喜欢”。

“小慧”的思维和情绪功能的突破,让王磊感觉压力很大。一边是要网罗国内顶尖的机器人技术人才,一边要不停融资。他还要紧盯国内外仿人机器人动向,尤其是国外。

在国内,很多对手跟他们并不在一个赛道。如人形机器人,只是看起来是人形,与真人相去甚远,而他们要无限接近于真人。王磊说:“团队的这些人才都是从全国网罗来的,除了顶尖技术外,最大公约数是有共同的奋斗目标——打造全球领先的中国仿人机器人。”

在王磊看来,“小慧”从0.1走到0.3版,包括即将推出的0.4版,“小慧”都像自己的孩子一样,凭借兴趣和理想才走下来的。大自然创造了人类,他们是要借助研究机器人来研究人类自己的行为、认识人类自己。王磊说:“实体机器人和虚拟机器人是元宇宙的两大基石,清芸机器人团队将会是未来元宇宙的一个基础设施公司。”

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