一位身著藍色調的舞者起身，走上舞臺。在聚光燈下，她凝視著她的搭檔：一個高大、光滑的機械臂。當他們一起跳舞時，機器流暢的動作使其看起來不那麼刻板印象中的機器人——而且，研究人員希望，更值得信賴。
“當人類移動一個關節時，移動的不僅僅是那個關節。我們身體的其餘部分也會隨之移動，”佐治亞理工學院音樂技術研究生研究員阿米特·羅格爾說。“幾乎所有動物都具有這種輕微的連續性，這正是讓我們在動作中感到人性化的原因。” 羅格爾將這種微妙的後續動作程式設計到機械臂中，以幫助建立 FOREST，這是一個由佐治亞理工學院的研究人員、肯尼索州立大學的舞蹈演員和一群機器人合作表演的專案。該專案上個月首演，並於上週在音樂會上演出。
目標不僅是創作一場令人難忘的表演，而且要將研究人員在建立人與機器人之間的信任方面所學到的知識付諸實踐。機器人技術已經得到廣泛應用，協作機器人的數量（與人類一起工作，執行諸如照看工廠機器和檢查製造裝置等任務）預計在未來幾年將顯著增加。但是，儘管它們變得越來越普遍，但人們對它們的信任度仍然很低——這使得人類更不願意與它們合作。“人們可能不瞭解機器人如何運作，也不瞭解它想要完成什麼，”新加坡國立大學的計算機科學家 Harold Soh 說。他沒有參與該專案，但他的工作重點是人機互動和開發更值得信賴的協作機器人。
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雖然人類喜歡像 R2-D2 或 WALL-E 這樣可愛的虛構機器，但對於特定任務來說，最好的現實世界機器人可能不具有最友好的外觀，或者以最吸引人的方式移動。“當機器人的外觀和行為與人類明顯不同時，校準信任可能很困難，”Soh 說。然而，他補充說，即使是脫離實體的機械臂也可以被設計成以一種使其更易於理解的方式行動。“透過聲音和動作的結合來傳達情感和社會資訊是一種引人注目的方法，可以使互動更加流暢和自然，”他解釋說。
這就是佐治亞理工學院團隊決定對非人形機器進行程式設計，使其透過動作和聲音來表達情感的原因。羅格爾在該領域的最新工作建立在多年的研究基礎上。例如，為了弄清楚哪些聲音最能表達特定的情感，佐治亞理工學院的研究人員要求歌手和吉他手檢視一個名為“情緒輪”的圖表，選擇一種情感，然後唱歌或演奏音符以匹配這種感覺。然後，研究人員使用生成的資料集訓練了一個機器學習模型——他們計劃將其嵌入到機器人中。他們希望允許機器人產生範圍廣泛的聲音，有些聲音比其他聲音更復雜。“你可以說，‘我希望它有點快樂，有點興奮，也有點平靜，’”專案合作者、佐治亞理工學院音樂技術中心主任 吉爾·溫伯格 說。
接下來，團隊致力於將這些聲音與動作聯絡起來。去年，研究人員已經證明，在虛擬環境中（疫情促成的要求），將動作與基於情感的聲音相結合可以提高對機械臂的信任度。但是，該實驗只需要機器人執行四種不同的手勢來表達四種不同的情感。為了擴大機器的情感-運動選項，羅格爾為他的新研究（已被《Frontiers in Robotics and AI》有條件接受發表）深入研究了與人類肢體語言相關的研究。“對於每一種肢體語言[元素]，我都研究瞭如何將其適應於機器人的動作，”他說。然後，肯尼索州立大學附屬的舞蹈演員幫助科學家們改進了這些動作。當表演者以旨在表達情感的方式移動時，羅格爾和同事研究人員用攝像機和動作捕捉服記錄了他們，隨後生成了演算法，以便機器人能夠匹配這些動作。“我會問[羅格爾]，‘你能讓機器人呼吸嗎？’ 下週，機械臂就會 ‘吸氣’ 和 ‘呼氣’，”肯尼索州立大學舞蹈教授伊萬·普林卡拉說。
普林卡拉為 FOREST 表演編舞，將研究人員-舞蹈演員團隊在創作和部署基於情感的聲音和動作方面學到的知識付諸實踐。“我的方法是為機器人注入一種生命感，讓舞蹈演員[顯得]更 ‘機械化’，”普林卡拉在回顧合作之初時說。“我問，‘機器人如何才能擁有更多的情感身體？ 舞蹈演員又該如何回應呢？’”
據舞蹈演員說，這使得機器看起來更像人。克里斯蒂娜·馬薩德是一位自由職業專業舞蹈演員，也是肯尼索州立大學的校友，她回憶說，在專案開始時，她認為自己會在機器人周圍跳舞，而不是和機器人一起跳舞。但她說，當她看到機器人動作的流暢性時，她的想法就改變了，她很快開始將它們視為不僅僅是機器。“在第一次排練中，我不小心撞到了一個機器人，我立刻對它說，‘天哪，對不起，’”她說。“阿米特笑了，告訴我，‘沒關係，它只是個機器人。’ 但感覺它不僅僅是一個機器人。”
Soh 說他覺得表演很精彩，並認為它可能為人機關係領域帶來價值。“人機團隊中信任的形成和動態尚未得到充分理解，”他說，“這項工作可能會揭示團隊中信任的演變。”