新天工開物 | 能表達喜怒哀樂，這款仿真機器人面部自由度有20多個

今年央視春晚上，《武BOT》中一隊活力十足的宇樹人形機器人上演了一場武術表演，還和一群武術小演員對戲，酣暢淋漓。對戲時，如果這些機器人有豐富的表情，那會更精彩。

在喻家山下，有一款能表達喜怒哀樂的面部仿真機器人“喻小赫”，它能模仿人類的面部表情，通過鼻部和頰部的聯動變化展現豐富的情感，還能做出“嘟唇”“噘嘴”等復雜的情緒表達。

“喻小赫”面部仿真機器人。 記者楊佳峰 攝

“喻小赫”由華中科技大學數字媒體與智能網絡實驗室主任喻莉教授團隊耗時5年研發而成，融合了心理學、生物學、控制學、機械學和計算機科學等領域的研究成果。

【研發者說】

講述人：華中科技大學電子信息與通信學院數字媒體與智能網絡實驗室主任 喻莉教授

機器人的面部表情是人形機器人研發機構攻關的重點。早期的人形機器人面部自由度不足10個，僅能完成簡單表情，譬如張合嘴巴、睜眼閉眼等。而小赫面部自由度已增至20余個，“嘟嘟唇”“噘嘴”等較為復雜的聯動面部動作都能做出來。

喻莉教授（左一）帶領團隊正在優化“喻小赫”的面部情感表達。 記者楊佳峰 攝

小赫這款面部仿真機器人是硬件“骨骼”與軟件“大腦”的完美結合。其硬件部分包括3D打印的顱骨、作為視覺系統的攝像頭、信號處理器、電機以及高仿真的面部肌肉系統等。而軟件部分則集成了人工智能情感分析系統、圖像識別技術、表情模擬系統（如模仿人類的喜怒哀樂）和交互反饋系統（根據識別人類情緒后反饋相應表情）等。

機器人的顱骨，我們采用的是3D打印技術制作支撐構件。在其內部集成了傳感器、電機和微處理器等精密元件，還編寫了專屬控制程序。面部皮膚采用的是特制硅膠材料，通過精密模具成型，確保眼睛、嘴巴等細節的生理結構與真人高度一致。

“喻小赫”顱內部件高度集成。 記者楊佳峰 攝

生理學上，人的表情是由特定肌肉群牽引皮膚形成的。我們團隊研究了人面部肌肉從收縮到舒張的生理機制，將這種“肌肉運動鏈”轉化為機器人的控制算法，賦予其類似人類的喜怒哀樂情緒表達能力。比如一個自然微笑不只是嘴角上揚，還涉及顴大肌的拉伸與眼周肌肉的擠壓。通過模擬這種生理性聯動，小赫才能在說話時帶動鼻子和臉頰產生自然的肌肉牽拉感。在自然的對話交互中，小赫能通過捕捉極細微的生理動作來讀懂人心。

“喻小赫”正在模仿科研人員的面部表情。 記者楊佳峰 攝

我們團隊分析大量人臉表情特征并建立海量數據模型，使小赫在基礎表情識別任務中的準確率已超過95%。它不僅能敏銳捕捉轉瞬即逝的面部細微變化和微表情，還能借助創新算法對驚恐、驚喜、敬畏等復合表情進行有效感知和理解。僅就“笑”這一表情而言，小赫就能模擬出10種不同類型的笑。

目前，小赫已能繪聲繪色地講述故事，其嘴巴的開合與面部肌肉的蠕動質感已與真人高度同步。在應用場景方面，它在青少年心理輔導、老年情感陪護和司法輔助等領域展現出廣闊的應用前景。

（長江日報記者楊佳峰 通訊員左盈 高翔）

【編輯：丁翾】