Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/0907/68278.html    Veröffentlicht: 10.07.2009 10:23    Kurz-URL: https://glm.io/68278

Einstein lernt lächeln

Software lernt Gesichtsausdrücke

Wissenschaftler aus Kalifornien haben einem Roboter mit Einsteins Gesicht Mimik beigebracht. Eine von ihnen entwickelte Software analysiert die Bewegungen der künstlichen Muskeln in dem Robotergesicht und lernt daraus, selbstständig Gesichtsausdrücke zu erzeugen.

Der von Robotiker David Hanson entwickelte Einstein-Roboter sieht seinem historischen Vorbild verblüffend ähnlich. Wie sein menschliches Vorbild kann auch das Robotergesicht ein verschmitztes Lächeln aufsetzen, traurig dreinschauen oder das Gegenüber böse anschauen. Für diese Mimik sorgen künstliche Muskeln - 31 Servomotoren, die die Gesichtshaut aus einem von Hanson entwickelten Polymerschaum namens "Frubber" verziehen. Frubber ist leicht und sehr flexibel, so dass die Kraft der kleinen Motoren ausreicht, um ein Lächeln auf Einsteins Gesicht zu zaubern.

Bislang wird Einsteins Mimik aber noch manuell umgesetzt. Das bedeutet, ein Mensch muss die Befehle für Servomotoren programmieren, damit sie die Gesichtsausdrücke umsetzen.

Eine Gruppe von Wissenschaftlern am California Institute for Telecommunications and Information Technology (Calit2) der Universität von Kalifornien in San Diego (USCD) hat sich an die Entwicklung einer Software gemacht, die den Prozess automatisiert. Statt Einstein die Gesichtsausdrücke vorzugeben, soll er sie selbst lernen. Dazu haben die Wissenschaftler Methoden aus der Entwicklungspsychologie und des maschinellen Lernens eingesetzt.

Kinder und Roboter lernen durch Ausprobieren

Entwicklungspsychologen vermuten, dass kleine Kinder durch systematisches Ausprobieren von Bewegungen lernen, ihren Körper zu kontrollieren. Das gilt auch für das Sprechen, das die Kleinkinder durch Plappern lernen. Nach einem vergleichbaren Konzept haben die Wissenschaftler dem Roboter Mimik beigebracht, erklärt Javier Movellan, Direktor des Machine Perception Laboratory.

Entsprechend musste Einstein sein Gesicht in alle möglichen Richtungen drehen und verziehen. "Körperbrabbeln" nennen die Wissenschaftler um Movellan das. Dabei hielten sie dem Roboter einen Spiegel vor, in dem er sehen konnte, wie er sein Gesicht verzieht. Die von den Wissenschaftlern entwickelte Software, die Computer Expression Recognition Toolbox (CERT), analysierte die Gesichtsausdrücke und leitete daraus Algorithmen über den Zusammenhang von Mimik und Bewegungen der Motoren ab. In dem Moment, in dem der Roboter den Zusammenhang zwischen dem Gesichtsausdruck und den Bewegungen seiner künstlichen Muskeln, die dazu nötig waren, um den Gesichtsausdruck zu erzeugen, begriffen hatte, konnte er Grimassen ziehen, die er vorher nicht kannte.

Ausgefallener Motor war kein Problem

Der Prozess lief nicht ohne Schwierigkeiten ab. So überhitzte ein falsch konfigurierter Servomotor und brannte durch - das Experiment musste mit einem Motor weniger weitergehen. Doch zur Überraschung der Wissenschaftler machte das nichts: Die Software setzte einfach andere Motoren in der Nähe ein, die die Aufgaben des ausgefallenen übernahmen.

"Unseres Wissen nach hat noch keine andere Forschungsgruppe maschinelles Lernen dazu eingesetzt, einem Roboter Gesichtsausdrücke beizubringen", sagt Wu Tingfan. Nachdem die Gruppe das erreicht hat, arbeitet sie jetzt an einem besseren Modell für die Erzeugung von Gesichtsausdrücken.

Mit Hilfe des Einstein-Roboters wollen die Wissenschaftler mehr über die Interaktion von Robotern und Menschen lernen. "Wenn ein Roboter in einer Art und Weise interagiert, die wir als menschlich empfinden, dann können wir nicht anders, als darauf zu reagieren. Die Entwicklung eines solchen Roboters zeigt, wie empfänglich wir für biologische Bewegungen und Gesichtsausdrücke sind. Wenn wir das richtig hinbekommen, ist das schon sehr erstaunlich", sagt Movellan.

Weitere Einsatzmöglichkeiten sind Unterhaltungsanwendungen oder die kognitive Verhaltenstherapie. Außerdem wollen sie den Roboter in die Schule bringen. Ihre Idee: Der Einstein-Roboter soll bei den Schülern Interesse an Mathematik, Physik und anderen Naturwissenschaften wecken. Ganz wie sein menschliches Vorbild: Einstein half Schülern gern beim Lösen von Hausaufgaben.  (wp)


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Links zum Artikel:
California Institute for Telecommunications and Information Technology (.net): http://www.calit2.net/

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