Могут ли роботы общаться с людьми? 

Это может звучать как футуристический вопрос, но ученые уже сегодня фактически имеют решение, как машины могут понять человеческие эмоции. Очень перспективная технология в этом направлении - это тепловидение.

Машины входят в нашу повседневную жизнь, и поэтому нам нужно постоянно взаимодействовать с ними. На протяжении столетий мы используем различные автоматы и роботизированные машины, но все кардинально изменилось с тех пор, как машины превратились из чистых механических инструментов в сложных роботов, наделенных гуманоидными возможностями. Роботы уже начали покидать фабрики и начинают посещать наши школы, рабочие места и дома.

Сегодня уже становится актуальным то, что люди должны иметь возможность взаимодействовать с роботами таким образом, чтобы они были удобными и естественными для них. Общая ключевая задача роботов или искусственных помощников заключается в создании ситуационного взаимодействия. Это означает, что роботы должны не только реагировать на действия человека, но и реагировать таким образом, чтобы они соответствовали эмоциональному и психофизиологическому состоянию человека или собеседника. Последний аспект особенно важен для так называемых социальных роботов: роботов, разработанных прежде всего взаимодействию с человеческом, как собеседником. Возьмите, например, роботов-гидов в музеях и роботов, которые взаимодействуют с пожилыми людьми.

Распознавание эмоций человека

Предоставление роботам способности распознавать и интерпретировать психофизиологические и эмоциональные состояния человека представляет собой серьезную проблему в области человеко-машинного взаимодействия. Как правило, мониторинг психофизиологических и эмоциональных состояний осуществляется путем измерения нескольких параметров вегетативной нервной системы (ВНС), таких как реакция проводимости кожи, температура рук ладони, пульсация сердца и / или скорость дыхания, периферический тонус сосудов и выражение лица.

Обычная технология мониторинга активности вегетативной нервной системы обычно включает контактные датчики или устройства. Эти технологии, естественно, инвазивны по своей природе, и поэтому они могут обеспечить предвзятые оценки, поскольку требуется соответствующее участие индивидуума. С другой стороны, тепловое изображение все чаще рассматривается как потенциальное решение для регистрации термических индикаторов активности ВНС неинвазивно. Термическая визуализация позволяет проводить бесконтактную и неинвазивную регистрацию температур кожи путем измерения распределения тепла, излучаемого нашим телом. Поскольку лицо очень активно участвует в социальной коммуникации и взаимодействии, то тепловидение лица может успешно применяться в психофизиологии.

Фактически, благодаря термографии лица человека можно увидеть широкий спектр психофизиологических сигналов. Дыхательную активность можно контролировать с помощью тепловидения, поскольку окружающий воздух вдыхается через ноздри в легкие и нагретым выдыхается обратно. Низкие значения температуры указывают на вдох, а высокие значения указывают на выдох. Тепловое изображение также позволяет вычислять сердечный пульс посредством спектрального анализа тепловых колебаний при пульсации кровотока поверхностных сосудов. Кожные показатели перфузии крови и лицевого потоотделения являются другими примерами явлений, которые могут быть обнаружены, зарегистрированы и количественно оценены с помощью тепловидения.

Инфракрасная термография вазомоторной реакции и усиления потоотделения на стресс (справа). По данным A. Merla

Инфракрасная термография вазомоторной реакции и усиления потоотделения на стресс (справа). По данным A. Merla

Эмоции также могут распознаваться при помощи термографии или могут характеризоваться активностью вегетативной нервной системы, которая, в свою очередь, формирует свои термографические признаки. Фактически, тепловая визуализация была указана как потенциальный инструмент для создания атласа термических проявлений эмоциональных состояний с учетом правильных алгоритмов классификации. Удивление, страдание, страх, сексуальное возбуждение и даже обман все имеют специальные термические сигнатуры, которые могут быть обнаружены с помощью тепловизионных камер. Одно из исследований, например, показало, что мониторинг температуры и кожного кровообращения одного из периорбитальных сосудов во время допроса обеспечивает точность 87,2% при изучении лиц, склонных к обману.

Инфракрасная термография при различных эмоциях

Инфракрасная термография реакции мать и дитя на стресс. Адаптировано Ebisch, 2012.

Интерактивные роботы с использованием термографии

Польза от тепловидения для психофизиологических целей заключается в том, что он может получать физиологическую информацию неинвазивно и без прямого взаимодействия с человеком, а значит, не вмешиваться в деятельность человека. В этом отношении тепловидение может открыть путь для вспомогательных роботов, например, для пожилых людей или для мониторинга регулярной дыхательной активности новорожденных. Автоматические агенты, предназначенные для контроля условий окружающей среды, например, внутри автомобиля или дома, могли бы работать с помощью теплового мониторинга жизненно важных признаков человека, это даст возможность системам адаптироваться к пользователю.

Таким образом, теоретически, тепловидение может быть особенно эффективным для роботов, функциональность которых основана на распознавании эмоций и роботов, предназначенных для улучшения и персонализации стратегий обучения или лечения на основе измерений психофизиологической обратной связи пользователя.

Термография для контроля водителей

В исследовании, проведенном Arcangelo Merla и соавторами Infrared Imaging Lab, ITAB (Chieti, Италия) была продемонстрирована возможность мониторинга в реальном времени водителей посредством тепловидения. Одним из важнейших требований повышения безопасности как в частном, так и в общественном транспорте является дистанционный мониторинг состояния бодрствования/сонливости, внимания и состояния водителя.

Самые передовые технологии, разработанные до сих пор, используют мультисенсорные подходы, включая электроэнцефалографию, контактные термисторы, камеры ближнего инфракрасного или видимого диапазона (особенно для мониторинга мигания глаз). К сожалению, помимо камер все предложенные подходы требуют использования контактных датчиков, которые могут отвлечь водителя и препятствовать полному и безопасному управлению транспортным средством. Вот почему некоторые исследования были выполнены на симуляторах-тренажерах, а не непосредственно на борту реального транспортного средства.

Изменения параметров, такие как дыхание, пульс и скорость мигания глаз, являются очень эффективными показателями физического состояния человека, началом сонливости или потерей бдительности. В исследовании Merla тепловое изображение оказалось эффективным решением для регистрации почти всех этих важных жизненных признаков.

Современная камера для исследований FLIR

В исследовании использовалась тепловизионная камера FLIR SC660 для контроля активности и скорости дыхания, скорости мигания и изменения частоты сердечных сокращений. Наблюдались также колебания температуры в лицевых областях симпатических (вегетативных) проявлений, которые обеспечивали дополнительную информацию, такую как поддержание или потеря внимания, путем измерения температуры лба, реагирования на опасные условия путем мониторинга периорбитальной реакции и возбуждения путем оценки температуры вокруг рта и носа.

На лобовом стекле автомобиля была установлена автофокусирующаяся камера FLIR SC660 (640x480 FPA; NETD @ 30 ° C: 0,06 K), направленная на лицо водителя. Термографическое видео было получено с полной частотой кадров 15 кадров в секунду. Для референтности, жизненно важная информация (частота сердечных сокращений, частота дыхания, гальваническая реакция кожи, температура ладоней) собиралась с помощью системы сбора данных ADInstruments PowerLab. И водитель, и дорога были также сняты с помощью видеокамеры с высоким разрешением.

Контрольные зоны на лице (КЗЛ) включали: глаза, периорбитальную и периоральную зоны, кончик носа, подбородок и области лба. Для каждого КЗЛ вычислялось среднее стандартное отклонение, минимальное и максимальное распределение температуры. Показатели моргания глаз оценивалась с помощью изменения средней температуры в орбитальной области, поскольку открытые и закрытые глаза имеют совершенно другое распределение температуры. Предлагаемая методология полностью неинвазивна, пассивная и подходит для непрерывного мониторинга на борту, не мешая вождению и без ограничений для водителя.

Голова водителя выполняет сложные движения для контроля ситуации на дороге и управления транспортным средством. В этом подходе мы использовали простой, но эффективный метод отслеживания, способный правильно следовать контрольные зоны лица, когда голова водителя двигалась, не покидая фронтальной плоскости или поворачивалась в определенном диапазоне.

Тепловая визуализация является чрезвычайно перспективным решением проблемы бесконтактного, неинвазивного, применимого во всех условиях для оценки физического состояния водителя. Этот метод также можно выполнять в ночное время, когда бдительность, внимание и состояние водителя скорее всего будут нарушены.

говорит автор исследования Arcangelo Merla, Infrared Imaging Lab, ITAB (Chieti, Италия)

Популярные

  • Неделя

  • Месяц

  • Все