一位身着蓝色调的舞者起身，走上舞台。在聚光灯下，她凝视着她的搭档：一个高大、光滑的机械臂。当他们一起跳舞时，机器流畅的动作使其看起来不那么刻板印象中的机器人——而且，研究人员希望，更值得信赖。
“当人类移动一个关节时，移动的不仅仅是那个关节。我们身体的其余部分也会随之移动，”佐治亚理工学院音乐技术研究生研究员阿米特·罗格尔说。“几乎所有动物都具有这种轻微的连续性，这正是让我们在动作中感到人性化的原因。” 罗格尔将这种微妙的后续动作编程到机械臂中，以帮助创建 FOREST，这是一个由佐治亚理工学院的研究人员、肯尼索州立大学的舞蹈演员和一群机器人合作表演的项目。该项目上个月首演，并于上周在音乐会上演出。
目标不仅是创作一场令人难忘的表演，而且要将研究人员在建立人与机器人之间的信任方面所学到的知识付诸实践。机器人技术已经得到广泛应用，协作机器人的数量（与人类一起工作，执行诸如照看工厂机器和检查制造设备等任务）预计在未来几年将显著增加。但是，尽管它们变得越来越普遍，但人们对它们的信任度仍然很低——这使得人类更不愿意与它们合作。“人们可能不了解机器人如何运作，也不了解它想要完成什么，”新加坡国立大学的计算机科学家 Harold Soh 说。他没有参与该项目，但他的工作重点是人机交互和开发更值得信赖的协作机器人。
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虽然人类喜欢像 R2-D2 或 WALL-E 这样可爱的虚构机器，但对于特定任务来说，最好的现实世界机器人可能不具有最友好的外观，或者以最吸引人的方式移动。“当机器人的外观和行为与人类明显不同时，校准信任可能很困难，”Soh 说。然而，他补充说，即使是脱离实体的机械臂也可以被设计成以一种使其更易于理解的方式行动。“通过声音和动作的结合来传达情感和社会信息是一种引人注目的方法，可以使互动更加流畅和自然，”他解释说。
这就是佐治亚理工学院团队决定对非人形机器进行编程，使其通过动作和声音来表达情感的原因。罗格尔在该领域的最新工作建立在多年的研究基础上。例如，为了弄清楚哪些声音最能表达特定的情感，佐治亚理工学院的研究人员要求歌手和吉他手查看一个名为“情绪轮”的图表，选择一种情感，然后唱歌或演奏音符以匹配这种感觉。然后，研究人员使用生成的数据集训练了一个机器学习模型——他们计划将其嵌入到机器人中。他们希望允许机器人产生范围广泛的声音，有些声音比其他声音更复杂。“你可以说，‘我希望它有点快乐，有点兴奋，也有点平静，’”项目合作者、佐治亚理工学院音乐技术中心主任 吉尔·温伯格 说。
接下来，团队致力于将这些声音与动作联系起来。去年，研究人员已经证明，在虚拟环境中（疫情促成的要求），将动作与基于情感的声音相结合可以提高对机械臂的信任度。但是，该实验只需要机器人执行四种不同的手势来表达四种不同的情感。为了扩大机器的情感-运动选项，罗格尔为他的新研究（已被《Frontiers in Robotics and AI》有条件接受发表）深入研究了与人类肢体语言相关的研究。“对于每一种肢体语言[元素]，我都研究了如何将其适应于机器人的动作，”他说。然后，肯尼索州立大学附属的舞蹈演员帮助科学家们改进了这些动作。当表演者以旨在表达情感的方式移动时，罗格尔和同事研究人员用摄像机和动作捕捉服记录了他们，随后生成了算法，以便机器人能够匹配这些动作。“我会问[罗格尔]，‘你能让机器人呼吸吗？’ 下周，机械臂就会 ‘吸气’ 和 ‘呼气’，”肯尼索州立大学舞蹈教授伊万·普林卡拉说。
普林卡拉为 FOREST 表演编舞，将研究人员-舞蹈演员团队在创作和部署基于情感的声音和动作方面学到的知识付诸实践。“我的方法是为机器人注入一种生命感，让舞蹈演员[显得]更 ‘机械化’，”普林卡拉在回顾合作之初时说。“我问，‘机器人如何才能拥有更多的情感身体？ 舞蹈演员又该如何回应呢？’”
据舞蹈演员说，这使得机器看起来更像人。克里斯蒂娜·马萨德是一位自由职业专业舞蹈演员，也是肯尼索州立大学的校友，她回忆说，在项目开始时，她认为自己会在机器人周围跳舞，而不是和机器人一起跳舞。但她说，当她看到机器人动作的流畅性时，她的想法就改变了，她很快开始将它们视为不仅仅是机器。“在第一次排练中，我不小心撞到了一个机器人，我立刻对它说，‘天哪，对不起，’”她说。“阿米特笑了，告诉我，‘没关系，它只是个机器人。’ 但感觉它不仅仅是一个机器人。”
Soh 说他觉得表演很精彩，并认为它可能为人机关系领域带来价值。“人机团队中信任的形成和动态尚未得到充分理解，”他说，“这项工作可能会揭示团队中信任的演变。”