文本 | 行业象限，作者 | 钱江，编辑 | 山茶
脸有啥用？
在我们的社会里，“面子”几乎是人们相互识别的第一个标签。
但除此之外，“人脸”在我们的生活中还具有一些其他的含义：比如在刷脸支付中，人脸将是我们确认支付的许可；比如在门禁识别中，人脸是我们在很多地方能够顺利行动的保证。
甚至很多时候我们会愤怒地问别人，你还有羞耻心吗？这时候，面子还包括了尊严、道德、责任等很多无形的价值。
显然，脸几乎是一个人最重要的特征。以至于当元宇宙热潮来临时，人们需要进入一个世界时做的第一件事就是给自己做一张“脸”。
但一个有趣的现象是，在人形机器人蓬勃发展的当下，这种致力于模仿人类形象的东西却几乎从来没有被认真讨论过它的脸应该是什么样子。
人形机器人不需要脸吗？还是说这个话题在目前的技术条件下不值得讨论？如果机器人必须有脸，应该怎么做？
机器人不需要“脸”，但人才需要
人形机器人应该有脸吗？答案是显而易见的。
回顾我们记忆中那些令人印象深刻的机器人，无论是《变形金刚》里的大黄蜂、擎天柱，还是鸟山明创作的阿拉蕾，又或者是独自在地球上捡垃圾的瓦力，它们几乎都拥有一张生动鲜明的面孔。
但在早期，人形机器人的“面子”问题被忽视了。
波士顿动力公司前首席执行官马克很早就认为，对于人形机器人来说，“功能就是一切”，“能力、灵巧、感知和智能是机器人的关键功能，其他的都不重要”。
因此直到 2024 年 Atlas 电动版发布之前，波士顿动力公司的机器人几乎不会有明显的面部特征。
2021年，波士顿动力公司液压版Atlas的互动视频《你爱我吗？》在网上走红，Marc改变了想法。这让Marc意识到，形态之美可以增强机器人的仿生动作，而脸部正是形态之美最重要的特征。
同样在2021年，这一概念得到了另一家机器人公司的证实。
今年，英国机器人制造商Arts发布了一款名为Ameca的人形机器人，由于其逼真的面部表情而迅速走红。
与马克不同，Ameca 的创始人威尔认为“人类的面部是我们拥有的带宽最高的交流工具”，表情能够传达的信息远比声音和肢体语言多。
阿美卡的走红也间接证明了大众其实更喜欢表情丰富、有温度、能表达情绪的伴侣，而不是只有力量的一块铁。
2009 年的科幻电影《月球》讲述了同样的故事。
电影中，男主角山姆·贝尔经常向自己的机器人工作伙伴格蒂吐露心声，而格蒂也总是一边回答一边做出生动的表情，以表达对山姆遭遇的同情。
Gerty的本质是一串串的计算机符号，而这张脸将冷冰冰的数学运算抽象成平易近人的表情，不仅在言语上安慰Sam，更通过视觉交流拉近了人们与机器的距离。
▲图片来源：《月球》电影
显然，相比于机器人，人类其实更需要机器人拥有一张脸。但这张脸到底该如何实现，业界还没有统一的答案。
目前主流的机器人公司在设计人脸时主要采用两种策略：
一是基于集体文化共识选取中性、抽象的形象，通过象征性的情感交流，满足人类对情感表达的基本需求，从而捕捉和传达情感的本质。
另一类是追求极端的真实感，力求真实再现人脸的细节，试图通过贴近现实的人脸实现更深层次的情感共鸣与互动。
然而，这两种解决方案的实施都面临诸多挑战。
人形机器人让 成为象征
现实中，一个合格的人形机器人需要拥有一个坚固耐用、抗冲击的头部，以适应各种作业环境和任务。
因此，包括特斯拉的擎天柱、波士顿动力公司的Atlas在内的人形机器人的头部基本都是由金属合金和高强度塑料制成的。
不过，要在如此“硬”的头上装出一张活泼自然的脸可不是件容易的事。
因此，目前主流的人形机器人并没有在面部表情上进行精妙的研究和设计，而是像Gerty一样采用抽象的“动画脸”或者“卡通脸”，毕竟这样的面孔几乎可以被所有种族的人接受，而且更容易打造。
▲图：主流人形机器人面部设计行业形象局限性图
《产业象限》整理了几款当前主流的人形机器人的脸部图片，可以看到，它们的脸部均采用“头盔式”的“玻璃面罩”，内置摄像头或以LED灯带进行包边。
比如，你仔细观察致远机器人，会发现它在操作矿泉水瓶的时候，脸上带着微笑：
宇树科技近期发布的最新一代人形机器人直接采用了内凹式屏幕面部设计，顶部配置了摄像头等部件，脸部周围环绕的蓝色弧光，看上去就像一张微笑的脸。
01机器人利用建造能力构建了自己的大脑，因此它的脸部也具有明显的特征，每次与人类交流时，脸上都会出现独特的“思考”符号。
波士顿动力公司的电动版 Atlas 采用光圈设计，参考了皮克斯电影开头的灯，内部配备了三个摄像头。
波士顿创始人马克在设计阿特拉斯的头部时，并不想让它拥有类似人类的面孔，因为这会引发“恐怖谷”效应，可能有点反乌托邦。
Marc 认为，对于人形机器人来说，能够与人类保持基本的交流就已经足够了。不过，虽然这个圆形的设计没有任何面部特征，但总感觉这张“脸”有着自己的情绪。
特斯拉的擎天柱如今已经进化到了第二代，但是它的脸部依然是漆黑一片，而马斯克也很少提及擎天柱脸部的设计逻辑。
“黑骑士”制服的背后也有着共同的光学和美学逻辑。
黑色被视为现代、简约、高科技的象征，容易被大众接受，具有科技感和未来感。目前，包括苹果、特斯拉等科技公司在发布会上都偏爱使用“高端黑”作为背景色。
较暗的面罩有助于凸显机器人的眼睛等面部特征，从而可以在不同条件、不同角度下清晰识别信息。此外，黑色面罩可以有效覆盖和保护面部各种传感器和显示器，防止外界光线干扰。
但这种高科技的“钢铁美学”显然不能完全满足与人类互动时的情感交流需求，冰冷的机械感让人形机器人失去了“人形”应有的灵活性和“人性化”。
因此各个公司和科学家一直在努力制作无限接近人类的机器人脸。
机器人也能喷漆？
为了实现文化共通性，抽象派尝试将改造后的动物或卡通面孔应用于机器人，但其无法传达复杂的情感细节，限制了机器人在医疗、教育等对情感交流要求较高的场景中的应用。
因此追求与真人一比一的“逼真人脸”，成为了必须要发展的技术路线。
“真人脸”目前分为两大阵营：一是依靠机器学习进行表情控制的“自主机器人”，一是依靠操作人员远程操作的“遥控机器人”。二者最核心的区别就在于交互的“自主性”是来自于机器还是人。
2005年11月，全球首款人脸步行双足机器人HUBO亮相 硬核推荐(2024年澳门六开彩开奖结果)人形机器人应该有脸吗？，一年后，首个获得沙特阿拉伯公民身份的机器人诞生，能模仿62种面部表情，其原型结合了古埃及王后娜芙蒂蒂、奥黛丽赫本和机器人创始人大卫之妻阿曼达汉森的形象。
这两款表情机器人都属于同一家名为“Steel”的公司。它们的头部采用“Steel”材质，这是一种弹性和柔韧性极高的橡胶材料，可以产生皱纹和折痕，与皮肤紧密贴合。它们也几乎是最早拥有逼真面部表情的“自主机器人”。
▲图：机器人（左）； HUBO机器人（右）
HUBO 使用复杂的控制算法来协调面部表情和身体动作。其控制系统可以自主管理基本动作和表情，但需要人类预先编程并设置参数。
它具有一定的学习能力，利用自然语言处理、计算机视觉和机器学习算法来理解和回应人类的对话，通过与人类的互动，不断改善自己的反应和行为，它的“大脑”运行在云端的人工智能（AI）上。
前面提到的阿茨也痴迷于制作逼真的人形机器人面孔。
其最著名的机器人是Ameca，它使用复杂的传感器和伺服电机，并能结合计算机视觉和自然语言处理来理解和响应用户的命令和情绪。
据称，Ameca 的脸部采用了 Arts 开发的专有材料，这种材料具有高弹性和灵活性，可以支持复杂的面部表情和自然动作。
▲图片：Robot Ameca，艺术
在中国，EX集团擅长制作机器人面部表情。该公司推出了一款重现鲁迅形象的人形机器人。
EX集团创始人李博阳曾在采访中提到，多数人形机器人公司更关注机器人的“下腰”部分，比如双足。下腰主要处理平衡控制问题，上腰则更多与结合AI的智能决策相关。EX集团“主要聚焦腰部以上的方向，核心产品是仿生人形机器人。”
▲图：EX集团“复活”陆逊，EX官网
无论是HUBO还是Ameca，他们探索的自主学习机器人的面孔都非常具体，以名人如爱因斯坦为原型塑造新面孔，或融合真实面孔，但这些机器人的硬件都是专有的，艺术界以外机构的研究人员无法将这些类人机器人用于自己的研究，他们必须重建新的逼真类人机器人作为研究对象。
为了解决此类问题，研究人员尝试打造开源机器人Eva，通过对Eva的相关研究，人形机器人面部表情生成流程也逐渐浮出水面。
▲图：Eva，机器人脸
Eva由面具驱动机构、下颌、眼睛和颈部四部分组成，其中面具驱动机构主导着Eva面部表情的产生。
伊娃表情的产生，主要由两部分驱动——首先由伺服电机带动面具上的表情单元，再由面具上的钢丝将驱动力传递给硅胶面具，从而形成伊娃的表情。
▲图：Eva，机器人脸
如图所示，口罩驱动机构的部件包括12个MG90S伺服电机、定制的硅胶口罩、3D打印的头骨以及支撑口罩的钢丝。
每根钢丝的一端连接着对应伺服电机的伺服变幅杆，另一端连接着面具上的某个点澳门肖一码100%准确，钢丝连接的点基本对称于面具的左右两侧，保证了伊娃做出面部表情时，面具两侧都会被带动。
▲图：伊娃的硅胶面具、机器人脸
钢丝主要通过布条、黏合剂等方式附着在硅胶面罩的内表面，硅胶面罩的材质为-On 00-30，这种材料的特性与人体皮肤非常相似。
根据著名心理学家、面部表情研究先驱保罗·艾克曼的观点，所有的面部表情都可以与六种基本情绪相关联：愤怒、厌恶、恐惧、喜悦、悲伤和惊讶。Eva的表情设计也是以这六种情绪为基础的。
每个表情都对应着面部肌肉的特定运动，例如惊讶对应着眉毛向上运动，喜悦对应着嘴角向上运动。
▲图：Paul Ekman、Chen 提出的六种基本情绪
Eva的开发人员对所有人类面部表情进行了分类，并建立了46个不同的表情动作单元。例如，惊讶可以从AU 1、2、5和26中再现。
▲图：-AU对应，机器人脸
无论是自主机器人，还是遥控机器人，它们的表情驱动方式与Eva的运行逻辑基本类似，即利用伺服电机完成表情驱动。
但具有自主机器学习的机器人可能会出现难以预测的行为，其仿生相似性很大程度上取决于机器学习技术在模拟人类智能和情感方面的成熟度。
为了解决这个问题，人们开发了根据人的操作进行精确控制的遥控机器人，试图弥补自主学习机器人的不足。
大阪大学教授石黑浩与日本动画公司联合开发了石黑浩的“复制品”。这个高度仿生的机器人可以通过计算机远程控制，模仿石黑浩的行为和面部、头部动作。它的身体上有多个执行器，面部有13个，躯干有15个，手臂和腿部有22个。
▲图：石黑浩和他的“复制品”，IEEE
根据石黑浩的经历，他认为拥有一个和自己长相相似的克隆人最重要的目的就是让其作为自己的化身，他曾在报道中提到机器人是自己身体的延伸。
▲图：与工作人员交流
但从其相关表现来看，它的表情并不自然，比如在与工作人员交流时，眼神空洞、双手僵硬，与真人差别较大。
无论是自学习机器人，还是遥控机器人，即使脸部无限接近人类，如何让微笑、皱眉保持逼真，依然没有完美的解决方案；即使面部表情无限像人，手部、身体等还不够像人，依然无法跨越“恐怖谷”效应。
结论
人类的寿命是有限的，或许正因为如此，人们才如此执着地寻求延长生命的另一种方式。
创造无限人形机器人或许能弥补部分不足，但“满足”与“遗憾”似乎是一对遵循能量守恒定律的双生火焰，永远共存，在满足一个需求的同时，又会诞生另一个遗憾。
人形机器人需要有脸部，但人脸结构极其复杂，涉及骨骼、肌肉、皮肤、神经和血管等多个层面。面部有40多块肌肉，覆盖肌肉的皮肤富有弹性和韧性，能随着表情实时变化。随着科技的进步，参与构建人脸的实物设备会越来越逼真，带动肌肉的伺服电机配合也会越来越娴熟。
但人的脸上有一双通向灵魂的眼睛，反映着人生阅历，透过这双眼睛，可以捕捉到一个人经历过的沧桑、悲欢离合，这是机器人所不具备的，即使算法再先进，也难以复制、取代人的心态。
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