Роботизирана ръка свири на пиано - с чувство

Комбинацията от материали позволява гъвкави движения на ръцете, въпреки чисто пасивния контрол

Тази ръка е чисто пасивно движена и все още може да свири на пиано. © Джози Хюз
чете на глас

Пластична ръка като пианист: Изследователите са разработили нова роботна ръка, която може да свири на пиано - и успешно имитира различни стилове. За разлика от класическите роботи, тази ръка е частично изработена от меки материали и се движи пасивно. В резултат на това те могат да играят както твърди, ясно разделени нотки, така и меки, преплитащи се тонови последователности. Изследователите виждат това като изцяло нов подход към роботиката.

Човешката ръка е перфектното средство: тя е изключително гъвкава, универсална и чувствителна. Благодарение на сложна комбинация от сухожилия, сензорни клетки и мускулите на предмишницата, нашата ръка може да упражнява голяма сила, както и да извършва най-фините движения с деликатно докосване. Съответно е трудно да се предостави тази способност на ръцете на робота. „Повечето роботи не успяват да се справят със задачи за манипулация, които дори и малките деца могат лесно да правят“, коментират Джоузи Хюз от университета в Кеймбридж и нейните колеги.

Пасивен вместо активен

За да се промени това, изследователите вече са разработили нов подход. Вашата ръка не е изработена от метални и електрически проводници, а от пластмасови компоненти, произведени чрез 3D печат. Те имитират различната твърдост и гъвкавост на костите, сухожилията и ставите на човешката ръка. И като тези, пръстите на тази ръка не се движат активно, а пасивно, от „мускули“, които се намират в изкуствената предмишница.

Тайната на ръката на робота се крие в материалите, използвани за "кости" и "стави". © Джози Хюз

"Можем да използваме такива пасивни движения, за да направим цяла гама от движения в роботи - като бягане, плуване или летене", обяснява Хюз. „Интелигентният механичен дизайн ни позволява да постигнем максимален обхват на движение с минимален контрол и усилия.“ Например, налягането на пръстите може да бъде променено, като се избират различни твърди фуги.

Класика, джаз и глисандо

Но какво означава това конкретно? Това демонстрира Хюз и нейният екип с ръка на игра на пиано. „Игра на пиано е идеален тест за такива пасивни системи, тъй като това е сложна и нюансирана задача, която изисква широк спектър от поведения, за да отразява различните стилове“, обясняват изследователите. Задачата: Ръката трябва да свири три много различни парчета на пианото с типичния акцент и в правилния стил. показ

Първото парче беше кратка последователност от ноти от „Токата“ на бароковия композитор Доменико Скарлати. „Това парче изисква висок темп и игра, характеризираща се със силни стакато атаки“, обясняват изследователите. Второто парче „Alligator Crawl“ от джаз пианиста Fats Waller, от друга страна, съдържа октавни отскоци, които изискват много размах и стабилност. Като трето парче изследователите избраха „Рапсодия в синьо“ от Джордж Гершуин, защото звуците трябва да се играят тихо един в друг.

Тестът за пиано премина

И наистина: Ръката на робота успя да изсвири и трите парчета и всяко с различен стил. Ръката беше преместена от движението на китката. "В момента имаме само основни функции за ръцете си, но това ги прави много сложни", казва Хюз. Ключът към това са механичните свойства, присъщи на материалите. Те "превеждат" прости движения на китката в различни натискания на клавиши.

Ръката на робота все още има всичко друго, освен пианистко ниво, звучи по-скоро като кървав начинаещ на пианото. Според изследователите обаче това вече е обещаващо начало и доказателство, че такива пасивни системи могат да се справят с още по-сложни задачи за движение. „Този ​​подход към механичния дизайн може да промени роботиката“, казва колежката на Хюз Фумия Айда. Защото за контрола на такива роботизирани ръце е необходимо по-малко машинно обучение, отколкото при конвенционалните подходи.

„Можем да разширим този подход за още по-сложни задачи за манипулация, като роботи, които извършват медицински процедури или използват крехки предмети“, казва Хюз. (Science Robotics, 2018; doi: 10.1126 / scirobotics.aau3098)

Източник: University of Cambridge

- Надя Подбрегар