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Du
côté des labos
"Repliee", ou l'inexorable marche vers le
robot androïde
?
par
Christophe Jacquemin
9 août 2005
Quatre
drôles d'hôtesses officient actuellement aux points
d'accueil généraux de l'exposition internationale
d'Aichi, qui se tient au Japon jusqu'au 25 septembre 2005(1).
Il faut généralement quelques secondes pour
que le public se rende compte qu'il ne s'agit pas d'êtres
humains, mais de... robots androïdes.
Les
quatre Actroïd, en exhibition à l'exposition d'Aichi.
Chacune est dotée d'un visage différent.
Les 3 premières officient en position assise dans leur
cabine "Robot Information".
La quatrième (photo à droite), situé
à la "Station des Robots", présente
en position debout les autres robots.
 Issus
des travaux de l'équipe du professeur Hiroshi Ishiguro
de l'Intelligent Robotic Laboratory - université
d'Osaka)(2)
et fabriquées en collaboration avec les sociétés
Kokoro(3)
et Advanced Media(4),
les Actroïd (contraction des mots Acteurs
et Droïd) sont des robots réceptionnistes dont
le rôle est de répondre aux questions des visiteurs
et de les aider à organiser leur visite, ceci en quatre
langues : japonais, coréen, anglais et chinois.
Chaque Actroïd est installé dans une cabine "Robot
Information" intégrant micro, caméras et
capteurs pour détecter les présences humaines.
Equipé du moteur de reconnaissance vocale AmiVoice®(5)
d'Advanced Media, l'un des plus avancés au monde, l'androïde
est capable de reconnaître n'importe quelle voix humaine
(et donc les intonations différentes) et ceci même
dans un endroit bruyant. De son côté, et bien
qu'elle soit  émise
par un synthétiseur, la voix de la machine est incroyablement
fluide et naturelle(6),
rythmant parfaitement celle des humains (voix synthétisée
à partir de celle d'une actrice).
Lorsque vous parlez à l'Actroïd, il va chercher
ce qui est dit dans sa base de données(7)
et propose une réponse en conséquence, qui n'est
souvent pas dénuée d'humour. Demandez-lui (en
anglais) si "elle" est un robot, "elle"
vous répondra "Y.e.s,
I. a.m. a. r.o.b.o.t" avec une voix qui semble sortir
d'une machine dont les piles sont usées, accompagnant
son discours de mouvements maladroits, pour vous cueillir
quelques instants plus tard avec un "je plaisante
bien sûr", exprimé d'une voix et expression
tout à fait normales. Posez-lui une question à
laquelle "elle" ne sait pas répondre et elle
s'en tirera d'une pirouette, du genre : "pour cela,
adressez-vous à un personnel plus compétent".
Félicitez-la, son visage s'illuminera ; moquez-vous
d'elle, elle se renfrognera.
L'Actroïd
possède plus de 40 000 phrases pour s'exprimer, mais
ce qui fait finalement tout son aspect humain vient aussi
de la texture de sa peau (du silicone), de ses cheveux, de
ses mains, des expressions de son visage qui varient en fonction
de la discussion(8),
du clignement de ses paupières, des mouvements de ses
lèvres, de ses yeux, de son corps... et même
de son buste qui se soulève régulièrement
comme si l'androïde respirait, produisant même
des micro-mouvements de ses épaules. Bref, tout ici
est fait ici pour avoir l'apparence la plus approchante de
celle d'un humain.
  Pour
assurer une bonne palette de mouvements, le robot dispose
de 42 degrés de liberté, soit 3 pour les yeux,
1 pour les sourcils, 1 pour les paupières, 1 pour les
joues, 7 pour la bouche, 3 pour le cou, 4 pour le torse, 9
(x2) pour chaque bras, 2 (x2) pour les doigts. Pour l'instant
seule la partie supérieure de son corps (au-dessus
de l'aine) est active.
Les mouvements, qui peuvent être très amples,
paraissent incroyablement humains, adaptés au contexte
et aux situations variées de la conversation. Le secret
? Les actuateurs du robot sont activés par l'envoi
d'air comprimé. Ceci a non seulement l'avantage d'assurer
une fluidité et une précision inégalée
des mouvements, mais aussi de les produire sans bruit(9),
si ce n'est le froissement de vêtement, comme chez les
humains...
Interaction
hommes/androïdes : le Japon en pointe
|
Robots
étonnants, sans aucun doute ! Cependant, la présentation
de ces prototypes d'Actroïd ne constitue nullement
une première. Mais si le grand public a déjà
pu découvrir de tels robots dès 2003 -
par exemple à Tokyo lors de l'International Robot
Exhibition (novembre 2003) - , chaque année apporte
son lot de nouvelles sophistications qui témoignent
de l'implication toujours plus croissante du Japon dans
l'industrie robotique (lire notre article "Robots
japonais de nouvelle génération : stratégies
et opportunités" du 5 mars 2004).
 
Tokyo
- International Robot Exhibition - novembre 2003
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Aichi,
2005
A gauche, il s'agit bien d'un androïde
|
Car outre
l'aspect commercial lié à la vente future de
ces Actroïd à des sociétés comme
robots réceptionnistes, se joue aussi ici toutes les
avancées de la recherche concernant la compréhension
de la communication entre l'homme et les humanoïdes.
Et là, le Japon officie bien seul dans la compétition
internationale.
 Bien
sûr d'autres pays s'intéressent aux "robots
sociaux" et étudient comment augmenter la communication
entre l'homme et le robot, dans laquelle réside aussi
l'aspect important des expressions émotionnelles, parties
intégrantes de la communication implicite, non verbale.
Expressions qui nécessitent un visage car c'est lui
qui permet le mieux de montrer et de comprendre les émotions.
On pourrait par exemple citer Cynthia Breazeal aux Etats-Unis,
chercheuse au laboratoire d'IA du MIT, avec son robot Kismet(10)
capable d'afficher de telles expressions émotionnelles.
Ses travaux prouvent que ce type de robot peut impliquer des
personnes dans une interaction sociale sans beaucoup ressembler
à un être humain. Mais ce visage n'a finalement
rien d'humain.
|
Préfériez-vous
interagir avec
cet androïde ou avec le visage
métallique d'un robot ?
|
Or
plus un robot présente un aspect humanoïde,
plus on s'attend à ce que son comportement soit
humain, et plus on est en disposition pour interagir
avec lui.
Et ceci ouvre un champ de recherche dans lequel le Japon
semble régner sans partage, justement ici du
fait qu'il est le seul pays à vouloir concevoir
des robots complètement androïdes, avec
l'appui d'une industrie en pointe dans le domaine et
collaborant avec le meilleur de la recherche universitaire(11).
|
 "Un
jour, les robots pourront nous duper en nous faisant croire
qu'ils sont humains", affirme sans hésitation
le professeur Hiroshi Ishiguro, qui mène depuis plus
de trois ans des recherches sur la communication avec les
androïdes. Le savant est à la base des
développements des prototypes d'Actroïd. Il y
a d'abord eu le "Repliee R1", prototype d'androïde
enfant, ensuite le Repliee Q1, androïde adulte, et aujourd'hui
sa version améliorée - le modèle "Q2"
- qui présente 16 degrés de libertés
rien que pour sa tête [3 pour les yeux 1 pour les sourcils,
1 pour les paupières, 1 pour les joues, 7 pour la bouche
et 3 pour le cou].
 "L'apparence
humaine donne au robot une grande sensation de présence"...
C'est sans nul doute ce qu'à pu découvrir
le public lors de la présentation du Q2 (mais sous
l'appellation "Repliee Q1 expo ?) par le chercheur le
6 juin dernier a Aichi. L'Actroid jouait ici le rôle
d'une journaliste interviewant un humain.
 Sensible
au toucher, l'androïde réagissait aux mouvements
(lever par exemple le bras pour se protéger si vous
faites un geste menaçant...), reconnaissant les gestes
des personnes grâce à des caméras multidirectionnelles
et des senseurs tactiles, ces derniers étant installés
sous un tapis. Des capteurs à haute sen sibilité
répartis sur le front, les joues, les épaules,
la partie supérieure des bras, les avant-bras et les
paumes des mains produisent une valeur différente selon
la vitesse d'enfoncement de la peau, permettant une variété
de réponses de l'androïde selon la manière
dont il est touché. De son côté, la peau
en silicone donne vraiment à l'humain l'impression
de toucher un de ses congénères.
"L'androïde peut nous faire croire qu'elle est
humaine pendant quelques dizaines de secondes", note
Hiroshi Ishiguro, "mais si nous sélectionnons
soigneusement les choses en fonction de la situation, il me
semble possible d'arriver à prolonger ce genre d'effet
sur plusieurs minutes". Les démonstrations
montrent que les gens oublient que Repliee est un androïde.
De façon consciente, on voit qu'il s'agit d'un robot,
mais inconsciemment, nous réagissons comme s'il s'agissait
vraiment d'une femme", constate le chercheur.
On l'aura
compris : le but de ce savant est de développer des
robots capables d'interagir naturellement avec l'homme. Et
selon lui, seul le développement de robots d'aspect
androïde peut nous permettre de comprendre l'essence
de ce qui fait l'interaction entre humains, étude qui
ne semble pas envisageable à partir de robots à
d'aspect métallique, aussi sophistiqués soient-ils.
En d'autres termes, sa recherche vise à découvrir
les principes sous-jacents à la communication naturelle
entre individus afin d'établir une méthodologie
conduisant au développement de réels androïdes.
Comment reconnaissons-nous qu'un humain est un humain ? De
telles études intégrant le développement
de véritables androïdes avec la recherche sur
le comportement humain, constituent un nouveau secteur de
recherche dont tous les pays - à part le Japon - sont
presque absents(12).
Ceci s'explique certainement par la nécessité
d'un mariage profond entre la science et technologie, technologie
de pointe dans laquelle le Japon excelle. Si les sciences
cognitives et les sciences sociales ont énormément
apportées au développement de robots communicants,
c'est maintenant la robotique qui va énormément
apporter à ces dernières.
Qu'est-ce
qui est le plus important chez un robot pour influencer l'interaction
entre l'humain et ce robot ? Son comportement (ses mouvements)
ou son apparence ? Bien sûr, les deux aspects jouent,
mais comment quantifier la part de chacun ? Est-elle vraiment
intimement liée ? Comment étudier chacun de
ces aspects ? C'est ici l'androïde qui peut le permettre
et conduire à des tests adéquats pour évaluer
les modèles d'interactions.
Existe-t-il une différence de comportement entre un
enfant ou un adulte face à un robot ? L'idée
d'humanité que l'on se fait d'un androïde provient-elle
de son regard ? Comment générer chez un robot
des mouvements paraissant vraiment naturels ?... Voici le
type de questions auxquelles s'attellent le chercheur et son
équipe en cherchant à repousser toujours plus
loin l'effet de la "Vallée mystérieuse"
(uncanny valley) mis à jour par Masahiro Mori dans
un article publié dès 1970(13).
Celui-ci a m ontré
que plus un robot ou une poupée nous ressemblait, plus
notre réponse émotionnelle à son encontre
était positive. Mais arrivé à un certain
point, quand le robot pouvait presque être considéré
comme humain, une brusque chute de ce sentiment positif se
produisait, lorsqu'une petite différence révélait
soudain qu'il n'en était pas un, produisant alors un
choc psychologique. Ainsi donner une apparence humaine risque
d'aboutir à l'effet opposé de celui poursuivi
dans la mesure où le robot ne répond plus aux
attentes, ce qui peut décevoir ou troubler, et rendre
plus difficile la pleine utilisation de ses capacités
spécifiques.
Une chose est sûre : un très long chemin reste
à parcourir pour éviter cet effet de la "Vallée
mystérieuse", ne serait-ce que par l'"intelligence"
que le robot pourrait témoigner à notre égard.
Mais chaque chose en son temps. Les recherches ici ne font
que... continuer.
|
Les modèles "Repliee" de l'équipe
du professeur Hiroshi Ishiguro
(Intelligent Robotic Laboratory - Université d'Osaka)
Diplômé de l'université Yamanashi
en 1986 et 1988 (où il sera assistant chercheur
en 1991) puis diplômé de l'université
d'Osaka (1991) - où il devient assistant chercheur
en 1992 au Département d'ingénierie des
systèmes, Hiroshi Ishiguro y developpe jusqu'à
1994 des systèmes de visions pour les robots
mobiles, menant plus particulièrement ses recherche
sur la vision active et multidirectionnelle.
Il passe ensuite professeur associé au Département
des sciences de l'information (université d'Osaka)
et commence des recherches sur la vision distribuée,
utilisant pour cela des caméras omnidirectionnelles.
Après un séjour de 1998 à 1999
à l'université de Californie aux USA (Department
of Electrical and Computer Engineering), il devient
chercheur invité à l'ATR Media Integration
and Communications Research Laboratories (Kyoto) où
il développe le robot humanoïde interactif
"Robotvie".
 Après
un passage à l'université de Wakayama,
il rejoint PREST, l'agence japonaise des sciences et
des technologies Japan Science and Technology Agency
puis fonde la société Vstone Co. Ltd.(http://www.vstone.co.jp/e/etop.html),
qui produit notamment des senseurs omnidirectionnels
utilisés pour la détection des mouvements,
pour les déplacements intelligents des robots...
[société dont le robot humanoïde
autonome Vision à une fois de plus gagné
la RoboCup cette année].
Hiroshi Ishiguro dirige aujourd'hui l'Intelligent Robotic
Laboratory à l'université d'Osaka, laboratoire
dont les recherches s'orientent dans 4 domaines principaux:
robots sociaux ; perception de l'environnement par les
robots ; vision active et omnivision ; science des androïdes.
C'est au sein de ce dernier thème qu'il met au
point avec son équipe des prototypes d'androïdes
(les "Repliee") toujours plus sophistiqués,
avec cette question en tête: si le test de Turing
est une évaluation de l'intelligence d'un ordinateur,
quelle évaluation peut-être utilisée
dans le cas d'un robot ? C'est ce qu'on appel le "total
Turing test" : si une personne ne peut reconnaître
un robot d'un humain lorsqu'elle le voit et communique
avec lui, alors ce robot peut être considéré
comme "l'ultime robot intelligent". Et c'est
l'objectif que vise le savant.
Les
différents prototypes
Repliee
R1
 Le
premier prototype développé a été
celui d'un androïde à l'apparence d'une
enfant japonaise de cinq ans. Ce modèle baptisé
"R1" (R pour Repliee) présente 9 degré
de liberté : 5 pour les yeux, 1 pour la bouche
et 3 pour le cou. Il peut réagir au toucher de
son bras gauche, grâce à 4 senseurs disposés
sous sa peau de silicone et qui en permette l'analyse
de sa déformation.
Doté
de la parole, l'androïde à tout d'abord
servi à l'étude des mouvements des yeux
et de la direction du regard de l'humain (comportement
semi-inconscient) lorsqu'il conversait avec le robot.
L'idée était de montrer que le comportement
du regard de l'humain variait avec l'apparence du robot
et celle de la complexité de son comportement
durant l'échange. Les comparaisons ont été
effectuées durant 3 interactions différentes
: humain conversant avec une réelle petite fille
de 5 ans, humain conversant avec l'androïde rendu
statique, humain conversant avec l'androïde doté
des mouvement de ses yeux, de ses lèvres et de
son cou. L'expérience a été réalisée
avec 18 étudiants japonais (10 garçons
et 8 filles)
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Interaction
avec le robot (à gauche) - Interaction
avec une véritable petite fille
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Visage
de Repliee R1
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Le
même sans la peau
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Repliee
Q1
 Cet
androïde dont le visage a été réalisé
à partir de la superposition de plusieurs visages
de femmes japonaises (pour l'obtention d'un visage "moyen")
est doté de 31 degrés de libertés
dans la partie supérieure du corps (5 pour les
yeux, 1 pour la bouche, 3 pour le cou, 9x2 pour les
bras, 4 pour le torse) et de 8 senseurs tactiles haute
précision.
Outre des mouvements fluides (le robot peut-être
autonome ou contrôlé par capture de mouvement),
il montre une riche une variété de micro
mouvements (faisant croire par exemple que l'androïde
respire...).
D'une grande sophistication, il permet d'approfondir
les études déjà lancées
avec le R1, et vise l'obtention de méthodes hiérarchiques
pour la production automatique de mouvements toujours
plus naturels, faisant penser qu'ils sont réellement
humains.
Repliee
Q2
 Dernier-né
de la famille, cet androïde est aujourd'hui doté
de 42 degrés de liberté, ce qui lui permet,
en plus de Q1, de produire toute une palette d'expressions
du visage, et des mouvements des doigts.
Pour donner toujours plus la sensation de mouvements
humains, l'idée est de décomposer les
mouvements complexes selon une représentation
compacte de sinusoïdales, ce qui revient à
contrôler le mouvement de chaque joint par une
onde sinusoïdale spécifique ou par la superposition
de telles ondes, en jouant sur leur phase, fréquence
et amplitude. L 'équipe se focalise également
sur l'imitation de la production des mouvements humains,
telle qu'elle se produit à la surface du corps.
Ci
dessous, quelques vues de Repliee Q2 en action (Ces
photos proviennent d'un reportage diffusé en
mars dernier sur Discovery Channel)
|
Notes
:
(1) Voir
notre actualité du 30/5/05.
Placée sous le double sceau de l'innovation et de la
nature, l'Exposition regroupe plus de 121 pays faisant la
démonstration de leur savoir-faire... Cela dit, le
Japon semble capter tous les regards avec ses robots qui,
à notre avis, sont finalement les véritables
vedettes de cette manifestation. 
(2)
http://ed-02.ams.eng.osaka-u.ac.jp/lab/introduction/home_eng.php;
voir aussi http://www.irc.atr.jp/~ishiguro
et http://www.ams.eng.osaka-u.ac.jp/home_eng.htm.
(3)
http://www.kokoro-dreams.co.jp/indexe.htm
(4)
http://www.advanced-media.co.jp/english/main.html
(5)
http://www.advanced-media.co.jp/english/amivoice/index.html
(6)
Voir par
exemple http://www.kokoro-dreams.co.jp/WMV/actroid-mc/actroid-mc.wmv
(7)La
reconnaissance se fait ici globalement, par phrase, et non
mot par mot.
(8)
L'androïde
adopte des expressions faciales différentes en fonction
des 2000 types de réponse qu'il peut donner.
(9)
Et aussi
sans émission de chaleur.
(10)
Voir notre article "Un chercheur nommé Rodney
Brooks" : http://www.automatesintelligents.com/labo/2000/mar/brooks.html
et http://www.ai.mit.edu/projects/humanoid-robotics-group/kismet/kismet.html
(11)
Voir le site "Robotics Research
in Japon http://robotics.aist-nara.ac.jp/jrobres/index-e.html
 (12)
Citons cependant la présence du Japonais
Hiroshi Kobayashi comme post-doctorant au laboratoire d'intelligence
artificielle (département d'informatique) de l'université
de Zürich, d'avril 1996 à mars 1998 (http://www.ifi.unizh.ch/groups/ailab/people/hiroshi.html).
Kobahyashi est un précurseur de la réalisation
de visages androïdes expressifs. Le chercheur travaille
maintenant au Japon, dans son propre laboratoire, le Kobayaschi
Lab à l'université des sciences de Tokyo http://kobalab.com/research/research.htm.
Même chose pour le Japonais Fumio Hara (Fumio Hara Laboratory
http://hafu0103.me.kagu.sut.ac.jp/haralab/)
qui travaille aujourd'hui également à l'université
des sciences de Tokyo
 Mentionnons
aussi toutefois la réalisation américaine d'un
androïde à l'image du célèbre écrivain
de S.F. Philip K. Dick, projet mené par David Hanson
et qui réunit le Hanson Robotics, le FedEx Institute
of Technology, l'Université du Texas Arlingon - Département
Recherche/Robotique/Automation, et l'Université de
Memphis, et qui combine robotique, intelligence artificielle
et sculpture traditionnelle (http://www.pkdandroid.org/
et http://pkdandroid.blogspot.com/).
Mais le résultat semble pour l'instant en deçà
de ce savent produire les Japonais (le robot a été
présenté fin juin dernier à Chicago).
Voir notamment ce film vidéo réalisé
par Hanson Robotics http://www.hansonrobotics.com/movies/sci_ch_NeXtFesT.asf).
(13)
"Bukini no tani [the uncanny valley], article
paru en japonais dans Energy, vol 7, n°4, pages 33-35.
Pour
en savoir plus
Intelligent
Robotic Laboratory - Département des machines adaptatives
(université Osaka):
http://ed-02.ams.eng.osaka-u.ac.jp/lab/introduction/home_eng.php
Articles
- Does gaze reveal the human likeness of an Android
?, par Iroshi Ishiguro & al, in Proc. of the 4th IEEE
International Conference on Development and Learning, pp.106-111,
Jul. 2005 http://ed-02.ams.eng.osaka-u.ac.jp/~minato/papers/Minato05a.pdf
- Generating Natural Motion in an Android by mapping human
motion, par Iroshi Ishiguro & al, communication in
Proc. of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent
Robots and Systems, pp.1089-1096, Aug. 2005
http://www.androidscience.com/Publications/Matsui2005NaturalMotionIROS.pdf
- Development of an android robot for studying human-robot
interaction, par Iroshi Ishiguro & al, in Applied
Artificial Intelligence ; Proc. of the Seventeenth International
Conference on Industrial and Engineering Applications of Artificial
Intelligence and Expert Systems (IEA/AIE), pp.424-434, May
2004 :
http://www.androidscience.com/Publications/Matsui2005NaturalMotionIROS.pdf
Films
- Repliee Q1 http://ed-02.ams.eng.osaka-u.ac.jp/lab/research/Android/DevAndroid/img/ReplieeQ1.mpg
et http://ed-02.ams.eng.osaka-u.ac.jp/lab/development/Humanoid/ReplieeQ2/img/ReplieeQ1expo_Demo1.mpg
(robot intervieweur)
- Repliee R1: http://ed-02.ams.eng.osaka-u.ac.jp/lab/research/Android/DevAndroid/img/ReplieeR1.mpg
Kokoro
Company, qui fabrique le robot de réception ACTROID
http://www.kokoro-dreams.co.jp/ng/actroid/act_top1.html
(lire notamment http://www.kokoro-dreams.co.jp/ng/actroid/pdf/press_english.pdf),
avec Advanced Media Inc (qui implémente le système
vocal du robot ) : http://www.advanced-media.co.jp/english/main.html
Différents Actroids (films): http://www.kokoro-dreams.co.jp/WMV/actroid-der/actroid_der.wmv
et http://www.kokoro-dreams.co.jp/WMV/actroid-mc/actroid-mc.wmv
et
http://www.kokoro-dreams.co.jp/WMV/actroid-info/actroid-info.wmv
et http://www.corriere.it/Media/Video/2003/12_Dicembre/05/vDSL_actroid051203.ram
Android World, site dédié aux androïdes
: http://www.androidworld.com/
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