新天工开物 | 能表达喜怒哀乐，这款仿真机器人面部自由度有20多个

今年央视春晚上，《武BOT》中一队活力十足的宇树人形机器人上演了一场武术表演，还和一群武术小演员对戏，酣畅淋漓。对戏时，如果这些机器人有丰富的表情，那会更精彩。

在喻家山下，有一款能表达喜怒哀乐的面部仿真机器人“喻小赫”，它能模仿人类的面部表情，通过鼻部和颊部的联动变化展现丰富的情感，还能做出“嘟唇”“噘嘴”等复杂的情绪表达。

“喻小赫”面部仿真机器人。 记者杨佳峰 摄

“喻小赫”由华中科技大学数字媒体与智能网络实验室主任喻莉教授团队耗时5年研发而成，融合了心理学、生物学、控制学、机械学和计算机科学等领域的研究成果。

【研发者说】

讲述人：华中科技大学电子信息与通信学院数字媒体与智能网络实验室主任 喻莉教授

机器人的面部表情是人形机器人研发机构攻关的重点。早期的人形机器人面部自由度不足10个，仅能完成简单表情，譬如张合嘴巴、睁眼闭眼等。而小赫面部自由度已增至20余个，“嘟嘟唇”“噘嘴”等较为复杂的联动面部动作都能做出来。

喻莉教授（左一）带领团队正在优化“喻小赫”的面部情感表达。 记者杨佳峰 摄

小赫这款面部仿真机器人是硬件“骨骼”与软件“大脑”的完美结合。其硬件部分包括3D打印的颅骨、作为视觉系统的摄像头、信号处理器、电机以及高仿真的面部肌肉系统等。而软件部分则集成了人工智能情感分析系统、图像识别技术、表情模拟系统（如模仿人类的喜怒哀乐）和交互反馈系统（根据识别人类情绪后反馈相应表情）等。

机器人的颅骨，我们采用的是3D打印技术制作支撑构件。在其内部集成了传感器、电机和微处理器等精密元件，还编写了专属控制程序。面部皮肤采用的是特制硅胶材料，通过精密模具成型，确保眼睛、嘴巴等细节的生理结构与真人高度一致。

“喻小赫”颅内部件高度集成。 记者杨佳峰 摄

生理学上，人的表情是由特定肌肉群牵引皮肤形成的。我们团队研究了人面部肌肉从收缩到舒张的生理机制，将这种“肌肉运动链”转化为机器人的控制算法，赋予其类似人类的喜怒哀乐情绪表达能力。比如一个自然微笑不只是嘴角上扬，还涉及颧大肌的拉伸与眼周肌肉的挤压。通过模拟这种生理性联动，小赫才能在说话时带动鼻子和脸颊产生自然的肌肉牵拉感。在自然的对话交互中，小赫能通过捕捉极细微的生理动作来读懂人心。

“喻小赫”正在模仿科研人员的面部表情。 记者杨佳峰 摄

我们团队分析大量人脸表情特征并建立海量数据模型，使小赫在基础表情识别任务中的准确率已超过95%。它不仅能敏锐捕捉转瞬即逝的面部细微变化和微表情，还能借助创新算法对惊恐、惊喜、敬畏等复合表情进行有效感知和理解。仅就“笑”这一表情而言，小赫就能模拟出10种不同类型的笑。

目前，小赫已能绘声绘色地讲述故事，其嘴巴的开合与面部肌肉的蠕动质感已与真人高度同步。在应用场景方面，它在青少年心理辅导、老年情感陪护和司法辅助等领域展现出广阔的应用前景。

（长江日报记者杨佳峰 通讯员左盈 高翔）

【编辑：丁翾】