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除了聽覺視覺,人工智慧也有觸覺了!祖克柏推ReSkin進軍元宇宙

在元宇宙也有觸覺! Meta 養成 ReSkin 人工智慧模擬真實肌膚感知

讓臉書 CEO 祖克柏​​熱血沸騰的「元宇宙」(Metaverse)新虛擬世界,目前是以有限的形式存在,我們只要戴上 VR 眼鏡便可抵達!祖克柏日前更將 Facebook 母公司改名 「Meta」,展現將「元宇宙」深入現實世界的野心!緊跟著「元宇宙」的腳步,祖克柏在十一月宣布:自家公司研發了新的觸覺感測器「ReSkin」,質感如真人皮膚,可安裝在 AI 機器人身上、​​收集人工智慧的觸覺資料。

祖克柏:人工智慧皮膚ReSkin,讓我們離「元宇宙」更近

根據祖克柏日前在 Facebook 的貼文所述,自家公司「Meta」設計了高階觸控感測器 ReSkin;並與引導全球人工智慧趨勢的「卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University)」合作,創造機器人及穿戴式裝置專用的塑膠薄皮膚。這能「帶領我們,進一步邁向『元宇宙』擬真虛擬物件與實質肢體的互動」。

Meta AI (前身為 Facebook AI)的研究人員與卡內基美隆大學合作研發的 ReSkin,快速、大規模地提升了人工智慧夠在感測器和系統間共享數據。

Meta 將發佈 ReSkin 的設計、相關文檔、代碼和基礎模型,讓人工智慧的研究人員毋需搜集或訓練他們自己的數據庫,就能立即使用 ReSkin。如此一來,反而有利於提高人工智能的觸覺感應技能。

ReSkin觸覺感應範圍廣,助人工智慧執行高靈敏工作

人造皮膚 ReSkin 能感應到的觸覺非常廣泛,這優點幫助人工智慧能進行多種以觸覺為主的工作,包含物件分類、肌肉運動知覺(本體感覺)和機器人抓取等;另外,訓練過觸覺感知能力的人工智慧模型,有能力從事需要高度靈敏度的工作,如醫療保健機構的工作、或是需要更高靈巧度的工作:如操作小的、柔軟的、敏感的物體等。

ReSkin 還能與其他的感測器結合,在實驗室外等不可控的非結構化環境中,搜集視覺、聽覺和觸覺的數據。

不到3mm的輕薄柔軟、不到6美元的低成本

由於人工智慧應用與技術的研發,往往需要巨量的數據來產生機器學習模型。所以致力於人工智慧發展Meta AI 部門,對觸覺 sensor 的需求大。

過往機器人皮膚需要內建電子設備,來監控皮膚與表面接觸時產生的電流變化。然而厚度不到 3mm 的可塑型皮膚 ReSkin ,只需要靠近監控設備即可,這意味著我們可以花更低的成本屬於,偵測到寬度不到 1 釐米、力道僅 0.1 牛頓的物件。

Meta 研究科學家古塔(Abhinav Gupta)說:如果生產 100 件以上的 ReSkin,則每一件的材料成本將低於 6 美元。皮膚的薄度可以重複使用 50000 多次,就算磨損,也非常容易搭上磁性粒子替換(更換過程如下方影片所示)。

90%的精確度,能搜集到過去無法得知的數據

ReSkin 的時間解析率高達 400Hz,1 毫米的空間解析度則有 90% 的精確度。這種精準度使其在元宇宙上能具備多種應用,像是機械手臂、觸感手套、袖套、以及任何能追蹤走路、跑步、運動和休息的鞋子(寵物也可用)等,因此它可協助研究人員蒐集過去無法得知的多種觸覺資料。此外,ReSkin 還提供高頻 3 軸觸覺訊號,可執行靈巧的操作動作,如丟、抓、拍手、滑等。

古塔認為這是未來。他說:「當你戴上這些耳機時,你想要產生愈來愈豐富的體驗——而關鍵是觸覺。」

ReSkin的人工智慧原理-磁場x影像SENSOR打造擬人觸覺

依 Meta AI 的研究科學家古塔(Abhinav Gupta)等人的撰文內容表示,目前希望這樣的觸覺感知能力賦予在 AI 機器人身上,使其獲得更人性化的互動方式。例如:機器手臂順利地拿起桌上的蛋,而不會施予過度的力道讓蛋破碎。

當研究人員想要賦予機器人觸覺時,首先想到的是能不能也給機器人跟人類一樣的皮膚,讓機器人全身都有觸感?紐約大學電腦科學的助理教授 Lerrel Pinto 表示,獲得可信賴的觸覺感知數據,是目前機器技術的重大瓶頸。現有的感應器很昂貴、解析度差且重量不輕,ReSkin 將克服以往的這些問題。

ReSkin感測器-內建磁性顆粒,一摸就生成磁場

由 Meta AI 的合作對象——卡內基梅隆大學打造的 ReSkin 感測元件,可模擬「觸覺」:透過模仿人類皮膚的設計,在接觸其他表面時,本身內嵌入的磁性顆粒產生成磁場,進而形成觸覺;感測器會記錄磁流量(magnetic flux)的變化,反饋數據給人工智慧軟體分析,幫助 AI 機器人辨識物體觸感、重量、溫度及狀態等,因此可讓機器手臂隨著力道增加,而判斷物品受力程度。

DIGIT感測元件-內建攝影鏡頭,一壓就啟動影像辨識

Meta AI 對於 ReSkin 的設計過程中,以可辨識指尖按壓力度的 DIGIT 感測元件及可模擬「觸覺」的 ReSkin 感測元件,讓機器人可以自主判斷機器手臂的按壓力道。DIGIT 感測元件採 15 美元造價成本、可識別高解析度影像設計,表面覆蓋一層透明矽膠用於接觸;內部則包含照明用 LED 燈組,用於影像識別的攝影鏡頭。當機器手臂指尖開始進行壓按動作時,系統就會透過影像識別方式判斷指尖施與力道。

配合先前機器人觸覺感知的訓練數據,當指尖識別影像對應到玻璃杯、保麗龍等易碎材質時,就會採取較小夾取力道,依照夾取物品外觀大小作調整力道,以便順利將物品成功夾取。

不過,包含 DIGIT、ReSkin 在內的兩種感應器的設計,都必須透過深度學習方式進行訓練,意味著機器人雖可學習觸覺,但仍然會侷限在預先訓練的使用資料範圍內,但預期未來將能透過不同的學習框架,讓機器人可學習到更多「觸覺」,藉此反應在真實互動中所使用力道。

幫助人工智慧喊痛叫癢

除了應用在機器人觸覺,目前此技術也能應用在更多智慧穿戴裝置的觸控互動,例如應用在衣物等軟性表面物品,藉此產生觸控操作反應;甚至還能應用在機器人身上,模擬產生「痛覺」或「搔癢」

過往收集不到的觸覺,ReSkin 做到了!人工智慧發展大突破

為了展現 ReSkin 的實用性、並展示它如何幫助研究人員,利用過往難以收集到的各種觸覺數據,以推進人工智慧發展的,Meta AI 在下列幾個不同的試驗中,展現 ReSkin 突出的實用性:

像人類般,完整拿取藍莓、葡萄等脆弱的水果

ReSkin 擁有絕佳的觸覺感知能力,可用於研發「訓練機器人用鑰匙打開門、抓住葡萄或藍莓等精緻物體」的人工智慧。

上面影片是測試當機器夾爪抓起脆弱的藍莓時,無安裝 ReSkin 以及有安裝 ReSkin 的差異:

影片一開始是沒有裝 ReSkin 的對照組,單單透過夾爪的內建力道感應拿起藍莓,不但容易破壞水果,也無法完成採樣與評估力道;而影片的後半段顯示:只要透過 ReSkin,它就卻能夠好地感應力回饋以控制抓取力道。

ReSkin 做成狗鞋子,蒐集動物於野外活動的觸覺資料

ReSkin 製成狗的鞋子,蒐集狗在野外行走的觸覺資料。其感測器可追踪狗在休息、行走、跑步的施力大小與方向。

ReSkin 做成手套,捕捉人類用手接觸物品的力道

ReSkin 同時可用於感測人類與物體交互過程(例如用手拿起東西、或是推東西)中,所施予的力道大小。影片中,研究人員在右手食指放置了一張 ReSkin 皮膚和一塊電路板、並戴上橡膠手套製作紅豆麵包時。過程中,感測器測量、並輸出數據。

大範圍面積的接觸定位

ReSkin 還可以按比例放大,在更大的表面積上進行接觸定位。有些模型建構,是需要知道目標位置在哪裡的。例如:要訓練機器人靠近地面撿起物體,則需要知道它要從哪裡接觸物體、要用多少力道。而 ReSkin 可在大範圍面積上接觸定位的特性,有利於建構此類模型。

ReSkin 未來在人工智慧的應用

Meta AI 研發了具有細膩觸覺感知的 ReSkin,低成本、靈敏度高且能恆久使用。柔軟的外皮,像繃帶般容易更換,換後可以立即使用——這是一個強大的人工智慧工具,可以幫助研究人員建立多種人工智慧模型。

Meta AI 進一步表示:希望將觸覺感知作為人工智慧研究的一個領域,並大力推進。除了 ReSkin,他們還同時宣布處理物件觸覺的開源生態系統,包含高分辨率觸摸感應硬體 DIGIT 、模擬器 TACTO 、基準測試 PyTouch 和數據集等等。

團隊相信相關進展將能提升人工智慧的感知能力,使其不再侷限於視覺和聲音方面,從而提高觸覺感知的應用。另外,團隊非常期待研究界將如何利用所述工具以進一步推進人工智慧領域的發展。

結合人工智慧開發「ReSkin」皮膚實現觸覺的體驗,在接觸其他表面時,本身內嵌入的磁性顆粒產生成磁場,進而形成觸覺,感測器會記錄磁流量(magnetic flux)的變化,反饋數據傳輸給人工智慧軟體分析,幫助 AI 機器人辨識物體觸感、重量、溫度及狀態等。

Meta 研究科學家古普塔(Abhinav Gupta)10月29日曾在記者電話會議表示,觀察 AI 人工智慧在過去十年的發展,可發現電腦視覺雖大有長進,包括聲音、語言也很有進展,在觸覺的開發過程,感測器數據取得不易與耗費成本,因此在研究上有所限制。然而,人類從嬰兒到成人的學習經驗,歷經視覺、聲音、觸覺、味覺、嗅覺等感官學習建立對世界的理解。所以希望將觸覺融入 AI 人工智慧的模型,透過真實般的觸摸感知,獲得更貼近人類生活的互動。

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