Динамически меняющая внешность маска поможет обмануть систему распознавания лиц

Инженеры из Китая разработали лицевую маску, которая может в реальном времени изменять форму лица и цвет кожи. Маска полностью покрывает лицо и состоит из нескольких эластичных слоев. Внешний слой может обратимо менять цвет под действием встроенных нагревательных элементов, а нижние слои отвечают за изменение пропорций лица. Прототип маски может переключаться между восемью различными лицами. Одно из возможных применений — камуфляж и обход систем распознавания лиц. Также технология динамического изменения внешности может использоваться при создании лиц человекоподобных роботов Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Системы распознавания лиц становятся все точнее и глубже интегрируются в повседневную жизнь. Параллельно развивается и обратный процесс — попытки создать способы обхода таких алгоритмов. Большинство известных методов направлено на изменение внешности: среди них, например, грим, очки, парики и лицевые маски с напечатанными на них реальными человеческими лицами. Однако все эти подходы имеют общий недостаток — они позволяют изменять внешность человека только статично.

Инженеры под руководством Цзюня Цзоу (Jun Zou) из Чжэцзянского университета разработали решение, которое работает в динамике. Созданный ими прототип маски позволяет ее носителю буквально на ходу менять внешность. В основе устройства лежит многослойный умный материал, который разработчики назвали «программируемая химическая жидкая кожа». Благодаря ему маска может в реальном времени изменять пропорции и цвет кожи.

В основе материала — силикон. Самый внешний слой отвечает за изменение цвета лица. В него при изготовлении добавляются термохромные микрочастицы, которые обратимо меняют цвет при достижении определенной температуры. Слой пронизан сетью тонких трубок, заполненных жидким металлом (сплав галлия). При подаче электрического тока жидкометаллический сплав нагревается, тепло передается на поверхность и активирует изменение цвета термохромных микрокапсул. Использование смеси микрокапсул разных оттенков, активируемых при разной температуре, позволяет, например, отображать несколько цветов и даже несложные цветовые узоры.

Следующие эластичные слои отвечают за изменение формы лица. Они имеют герметичные камеры, образуемые слоями силикона с разной эластичностью, которые могут управляемо деформироваться при нагнетании давления. Для этого в камеры подается газ, образующийся при нагревании раствора аммиака, который хранится в отдельных резервуарах, закрепленных на теле пользователя. При нагревании раствор испаряется и подается в камеры, вызывая их расширение. После охлаждения газ снова растворяется в жидкости, и камеры возвращаются в исходное состояние. Это позволяет маске изменять рельеф и форму лица без использования громоздких механических устройств.

В маске используются два типа слоев: одни работают для создания плавных изменений очертаний лица, делая его, например, шире и более округлым. Второй тип слоев содержит запрограммированные поверхности, которые могут складываться и разгибаться при надувании. Это позволяет изменять структуру лица, например, вытянуть нос или подчеркнуть скулы. Использование обоих типов вместе позволяет сочетать плавные и резкие деформации, делая трансформацию лица более гибкой. К голове маска крепится с помощью еще одного дополнительного поддерживающего слоя и ремней. Управление всеми процессами осуществляется с помощью электронного блока, который регулирует подачу тепла на верхний слой кожи и газа в определенные камеры. При создании слоев с программируемым переключением используются шаблоны, полученные в результате трехмерного сканирования реальных лиц людей. Такой подход позволяет маске не просто случайным образом изменять внешность, а целенаправленно переключаться между предопределенными вариантами.

Созданный инженерами прототип может переключаться между восемью типами лиц с учетом изменения формы лица и цвета кожи между темным и светлым оттенком. Во время испытаний камеры выдержали десять циклов расширения и сжатия без признаков деградации. Полное переключение одного лица на другое занимает около 100 секунд, а изменение цвета кожи — несколько минут. Главным же экспериментом стал тест способности маски обманывать современные системы распознавания лиц. Для этого одно из лиц маски регистрировали в базе системы распознавания. Затем внешность изменялась и новое лицо сравнивали с первым в одной из трех коммерческих систем (Tencent Cloud, Alibaba Cloud и Amazon Rekognition). Испытания показали, что после изменения формы и цвета маски сходство с исходной «личностью» значительно снижалось: минимальное зафиксированное сходство в разных системах составило от 19 до 64 процентов, что ниже уровня порога 70-80 процентов, который обычно используется в них для определения совпадения.

В дальнейшем разработчики намерены найти более безопасный способ химической активации маски, заменив аммиачный раствор на менее токсичный. Кроме этого, в текущем виде маска не может имитировать мимические движения, которые свойственны реальному человеческому лицу.

По мнению авторов работы, разработанную технологию можно применять и для создания внешности человекоподобных роботов. Большинство из разрабатываемых в последнее время моделей имеет вместо полноценного лица панели, напоминающие забрало шлема. Однако существуют роботы и с проработанными лицами. Одного из таких разработала компания Disney. Инженеры ее исследовательского подразделения создали прототип роботизированной головы, которая умеет определять человека, поворачиваться и имитировать типичные для человека движения: моргания глаз, саккады и периодические подъемы головы во время вдохов