新潮科技讓安卓情感更自然

對於那些與看起來非常像人的機器人互動過的人來說，許多人會感覺到某種「不對勁」。這種現象不僅僅是外表的問題，還深深根植於機器人如何表達情感和保持情感的一致性。換句話說，就是它們缺乏人類般的能力。

雖然現代的機器人可以巧妙地模仿個別的面部表情，但挑戰在於創造自然的過渡和保持情感的一致性。傳統系統過於依賴預先編程的表情，就像翻閱一本書的頁面，而不是自然地從一種情感流轉到另一種情感。這種僵硬的方式常常會造成我們所看到的與我們認為的真實情感表達之間的脫節。

這些限制在長時間互動中尤為明顯。一個機器人可能在某一時刻微笑得很完美，但在自然地過渡到下一個表情時卻很掙扎，這種突兀的經歷提醒我們，我們正在與一個機器而不是擁有真實情感的存在互動。

基於波動的解決方案

這時，大阪大學的一些新研究就派上用場了。科學家們開發了一種創新的方法，從根本上重新想像機器人如何表達情感。這項新技術不再將面部表情視為孤立的動作，而是將它們視為自然流動的相互關聯的運動波。

就像多種樂器融合成一首交響曲，這個系統將各種面部動作結合在一起——從微妙的呼吸模式到眨眼——形成一個和諧的整體。每一個動作都被表示為一個波，可以實時調節並與其他波結合。

這種方法的創新之處在於其動態性。系統不再依賴預錄的序列，而是通過重疊這些不同的運動波有機地生成表情。這樣就創造出更流暢和自然的外觀，消除了經常打破自然情感表達幻覺的機械過渡。

這項技術的創新在於研究人員所稱的「波形調制」。這使得機器人的內部狀態能夠直接影響這些表達波的表現，創造出機器人編程的情感狀態與其物理表達之間更真實的聯繫。

實時情感智慧

想像一下，讓一個機器人表達它感到困倦。這不僅僅是眼皮下垂，還需要協調多種微妙的動作，這些動作是人類無意識中識別的困倦跡象。這個新系統通過巧妙的運動協調方法來解決這一複雜的挑戰。

動態表達能力

這項技術協調了九種基本的運動類型，這些運動通常與不同的興奮狀態相關：呼吸、自發性眨眼、眼球移動、打瞌睡、搖頭、吸吮反射、擺動性眼震（有節奏的眼球運動）、頭部側擺和打哈欠。

每一種這些動作都由研究人員所稱的「衰減波」控制——這是一種數學模式，決定了動作隨時間的變化。這些波並不是隨機的；它們是使用五個關鍵參數精心調整的：

振幅：控制動作的明顯程度阻尼比：影響動作的穩定速度波長：決定動作的時間振盪中心：設置動作的中立位置再激活周期：控制動作重複的頻率

內部狀態反映

這個系統的突出之處在於它如何將這些動作與機器人的內部興奮狀態聯繫起來。當系統顯示高興奮狀態（興奮）時，某些波參數會自動調整——例如，呼吸動作變得更加頻繁和明顯。在低興奮狀態（困倦）下，你可能會看到較慢、更明顯的打哈欠動作和偶爾的點頭。

這個系統通過研究人員所稱的「時間管理」和「姿勢管理」模塊來實現。時間模塊控制動作發生的時間，而姿勢模塊確保所有面部組件自然地協同工作。

石原久志 (Hisashi Ishihara) 是這項研究的主要作者，也是大阪大學工學研究所機械工程系的副教授。

石原表示：「與其創造表面的動作，不如進一步發展一個系統，使內部情感反映在機器人每個動作的細節中，這可能會導致創造出被認為擁有心的機器人。」

表達困倦情緒的兒童機器人 (圖片來源：石原久志 (Hisashi Ishihara))

過渡的改善

與傳統系統在預錄表情之間切換不同，這種方法通過不斷調整這些波參數來創造平滑的過渡。這些動作通過一個複雜的網絡協調，確保面部動作自然地協同工作——就像人類的面部動作無意識地協調一樣。

研究團隊通過實驗條件展示了這一點，顯示該系統能有效地傳達不同的興奮水平，同時保持自然的表情。

未來的影響

這種基於波動的情感表達系統的發展為人機互動打開了迷人的可能性，未來可能與具身人工智慧 (Embodied AI) 等技術結合。雖然目前的機器人在長時間互動中常常會讓人感到不安，但這項技術可能有助於縮小那個不舒服的區域——即機器人看起來幾乎像人類，但又不完全像。

這一關鍵突破在於創造真實的情感存在。通過生成流暢、符合情境的表情來匹配內部狀態，機器人可以在需要情感智慧和人際聯繫的角色中變得更加有效。

大塚浩一 (Koichi Osuka) 是這項研究的資深作者，也是大阪大學機械工程系的教授。

大塚解釋說，這項技術「可以大大豐富人類與機器人之間的情感交流。」想像一下，能夠表達適當關心的醫療伴侶、能夠表現熱情的教育機器人，或能夠傳達真誠關注的服務機器人。

這項研究在表達不同興奮水平方面顯示出特別有希望的結果——從高能量的興奮到低能量的困倦。這種能力在機器人需要：

傳達長期互動中的警覺水平在治療環境中表達適當的能量水平使其情感狀態與社交情境相匹配在長時間對話中保持情感一致性

該系統生成自然過渡的能力使其在需要持續人機互動的應用中尤其有價值。

通過將情感表達視為一種流動的、基於波動的現象，而不是一系列預編程的狀態，這項技術為創造能夠以情感上有意義的方式與人類互動的機器人開啟了許多新的可能性。研究團隊的下一步將專注於擴展系統的情感範圍，並進一步完善其傳達微妙情感狀態的能力，影響我們在日常生活中如何思考和與機器人互動。