隨著生成式人工智能取得突破性發展，機器人能夠完成的工作已經突破了科幻小說的想象，承擔陪伴、護理、家務等復雜工作的人形機器人，距離走進離千家萬戶更近了一步。
柔性面具的制造過程。（浙大供圖）
但是，你有想過機器人的臉長什么樣嗎？
浙江大學機械工程學院教授鄒俊課題組研制出一種可穿戴的變臉面具，實現了一張面具在多個相貌之間的無痕切換，為人類和機器人的面部變裝和面部表達提供了全新思路。
一切為了“人”
老齡人口不斷增加、護理人員供不應求的困境在社會生活中日益嚴峻，家用人形機器人是產業發展大勢。
鄒俊課題組聚焦于流體動力柔性驅動的前沿探索研究。隨著大團隊對人形機器人研究的不斷深入，課題組思考如何突破應用的困局，將前沿技術轉化為實際價值。
機器人的“剛”與柔性元件的“軟”，剛柔并濟又會碰撞出什么樣的火花？
“人與人溝通時，面部表情是表達真情實感的重要途徑，在傳遞人物內心思想方面有著舉足輕重的作用。”鄒俊說，生動的面部表情在人形機器人研究領域是個有意思的方向，這吸引他們開啟“人格化”機器人探索的新篇章。
經過多年的研究，2022年課題組研發出了人形機器人表情系統“ZJ-Face”。該項技術已經實現讓機器人通過眨眼、皺眉、微笑、張嘴的豐富動作，來表達驚訝、難過、喜悅等多種人類的情緒。
團隊早在2019年就開始思考，這個技術可以應用在人身上嗎？古有孫悟空“七十二變”，今朝我們是否也能夠擁有科技“動態變臉”？
“研究最初的難點在于做出像‘人臉’的面具。”鄒俊笑著說，最初的幾代面具，面部系統都無法識別出它是“人”。機械工程背景的研究人員沒有想到，制作出兼具實感和美感的面具就成了第一道“攔路虎”。
“0到1確實是很難的，不懂就去學。”在沒有前人經驗可借鑒的情況下，研究人員迎難而上，一旦涉及學科之外的技能與知識，便主動學習補充，既拓寬了研究道路，也豐富了個人的綜合能力。
大家都耐著性子，從2019年開始，5年間，把能夠想到的方法挨個嘗試。終于在迭代到第7版時，一個可穿戴的變臉面具初具雛形。
從0到1
小小的面具如何短時間內變色又變形？
研究員唐威介紹，當前版本的面具由變色層和變形層組成，所有的控制裝置都集成在一個僅有腰包大小的驅動裝置中。
“我們先嘗試將多種不同變色顆粒嵌入面具的表層。”通過調節面具表層溫度，實現了面具從黑色到黃色等多種膚色的過渡變化。
人面部由40余塊柔軟靈活的肌肉組成，賦予了我們生動又獨特的面部表情。用于模擬面部的肌肉，在變色層下方，研究人員巧妙嵌入了多個不同大小的腔體，可以柔軟地貼合在面部。變化腔體中氣體體積的大小，調節面部的輪廓形狀。
別出心裁的是，課題組自主研發了一套由可編程化學反應驅動的便攜裝置。“溫度升高或降低使化學反應產生或者吸收氣體，使得面具的‘面部肌肉’自由變換形態。”唐威介紹，可編程化學反應驅動使得整個變臉過程不僅更加靜音、安全，更是可編程化，僅調節溫度就能精準切換到想要面部形態。
為了使面具更加便攜、具有可穿戴性，課題組在設計過程中充分考慮了體積、重量、溫度、厚度等影響因素。“面具內部溫度控制在室溫附近，厚度已經優化到1厘米左右，能夠實現貼近真實的臉部模擬。”唐威說，今后課題組將會繼續追求技術突破，不斷優化技術讓面具更輕、更薄、表情更生動。
從1到72
研發之路艱辛漫長，卻抵擋不住課題組成員奔赴他們的“星辰大海”。
課題組利用開源網站信息，在實際操作前進行線上數字面部模擬，確保制作出的面具正確且美觀。在制作了近十種面具樣機的嘗試后，目前已有一張面具可以切換至少8種不同的臉型。
課題組正嘗試利用現有技術進行創新，并結合人工智能、大模型技術，為人形機器人定制外貌、音色、皮膚、年齡等個性化特征，以期實現未來變臉面具“72變”。
“夢想”正在逐步變為現實，人形機器人進入到人類日常生活成為不再遙遠的可能。未來甚至可以做到不同年齡階段的面部切換，給老年人群體帶來如真實家人般溫馨的陪伴與呵護，提升生活質量，增強人文關懷。
“我們的技術已經走進博物館這個大課堂了。”鄒俊介紹，最新的“新白娘子”機器人，即將走進杭州中國傘博物館。從此，博物館的機器人“講解員”可以具備豐富表情與互動能力，為觀者提供沉浸式、交互式的生動體驗，開啟人形機器人“文化之旅”。
面向人形機器人廣闊的新藍海，課題組研究人員表示，將持續探索更加多變的原材料，讓面具更輕薄、反應更迅速，積極促進科技與生活深度融合，用科技服務民生，讓智能人形機器人走進千家萬戶。
本文鏈接：浙大機器人完成“72變”動態變臉http://www.lensthegame.com/show-11-18396-0.html
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