Nos expressions faciales jouent un rôle important dans l'établissement des relations sociales et de la confiance, et le sourire tout particulièrement. Les robots sont amenés à prendre une place de plus en plus importante dans nos vies, et de nombreuses équipes travaillent au développement de robots d’assistance aux enfants hospitalisés, aux résidents d’EHPAD ou encore aux aidants naturels. Cependant, la plupart des robots arborent toujours un visage vide sans expression. Cette équipe d’ingénieurs de l’Université de Columbia utilisent l'intelligence artificielle (IA) pour apprendre aux robots à adopter des expressions faciales humaines réactives appropriées, une capacité qui pourrait renforcer la confiance entre humains, robots et soignants. Une innovation présentée à l’International Conference on Robotics and Automation (ICRA).
Les chercheurs du Creative Machines Lab de Columbia Engineering travaillent maintenant depuis 5 ans à donner un sourire à EVA, un nouveau robot autonome au visage doux et expressif qui répond aux expressions des humains. «Le projet a pris forme il y a quelques années, lorsque mes étudiants m’ont fait remarquer que les robots de notre laboratoire nous regardent à travers des yeux en plastique, écarquillés et sans expression », raconte l’auteur principal, Hod Lipson, professeur de génie mécanique. Dans certains entrepôts où les robots sont déjà utilisés, les humains qui interagissent avec eux essaient de les humaniser avec une casquette ou un badge. Cette innovation répond aussi à ce besoin d’humanisation.
EVA, un robot qui répond aux émotions
Développer un visage robotique humain arborant une expression faciale appropriée à la situation constitue une prouesse informatique et technique considérable. Sur un plan technique, le corps du robot est généralement constitué de métal ou de plastique dur, qui sont des matériaux trop rigides pour bouger et se déformer comme les tissus humains. En dépit d’immenses progrès réalisés ces dernières années, les circuits, les capteurs et moteurs sont lourds, gourmands en énergie et encombrants.
Le robot EVA a été conçu au départ comme un buste désincarné qui serait capable d’exprimer les émotions de base : la colère, le dégoût, la peur, la joie, la tristesse et la surprise, ainsi qu'un éventail d'émotions plus nuancées, via la mobilisation de «muscles» artificiels c'est-à-dire de câbles qui tirent sur des points spécifiques du visage, imitant les mouvements de plus de 42 minuscules muscles attachés à divers points à la peau et aux os des visages humains. Ensuite, le système est suffisamment compact pour s'adapter au volume d'un crâne humain. L'impression 3D a permis de fabriquer des formes complexes qui s'intègrent de manière transparente et efficace autour du crâne. Enfin, un programme d’intelligence artificielle permet de guider les mouvements du visage d’EVA à partir de la lecture et de l’analyse des visages humains qui se trouvent à proximité. EVA est aujourd’hui capable de répondre à un large éventail d'expressions faciales humaines différentes. En synthèse, grâce à l’IA, EVA a appris à utiliser son propre système de muscles mécaniques pour générer une expression faciale spécifique et à lire les visages des humains pour répondre par une expression faciale appropriée.
Le mimétisme, une première étape : ce mimétisme dont est aujourd’hui capable EVA est encore loin des réponses complexes par lesquelles les humains communiquent à l'aide d'expressions faciales. Mais c’est un bel exemple déjà de la manière dont ces technologies progressent, avec à la clé de multiples applications utiles dans les lieux de travail, les hôpitaux, les écoles, les EHPAD ou le domicile.
« Une manière d'établir un début de confiance entre les humains et les machines », concluent les chercheurs.
Source: IEEE 2021 ICRA International Conference on Robotics and Automation 27 May, 2021 Smile Like You Mean It: Driving Animatronic Robotic Face with Learned Models
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