3d打印机器人手弹钢琴

3d打印机器人手弹钢琴

科学家们开发出一种3d打印的机械手，它可以通过移动手腕在钢琴上弹奏简单的乐句。虽然这款机器人并非艺术大师，但它展示了复制人手的所有功能是多么具有挑战性，以及通过设计还可以实现多少复杂的动作。这只由剑桥大学(University of Cambridge)研究人员开发的机器人手，是由3d打印的软硬材料结合在一起制成的，用来复制人手中的所有骨骼和韧带，但不是肌肉或肌腱。尽管这限制了机器人手相对于人类手的运动范围，但研究人员发现，依靠手的机械设计，仍然可以实现令人惊讶的大范围运动。

通过这种“被动”运动——手指不能独立移动——机器人能够模仿不同风格的钢琴演奏，而无需改变手的材料或机械性能。这项研究结果发表在《科学机器人》(Science Robotics)杂志上，它将有助于设计出能够更自然地运动、能耗最小的机器人。动物和机器的复杂运动是由大脑(或控制器)、环境和机械体相互作用的结果。系统的机械性能和设计对于智能运作很重要，可以帮助动物和机器以复杂的方式移动，而不会消耗不必要的能量。

剑桥大学工程系的乔西休斯(Josie Hughes)是这篇论文的第一作者，她说:“我们可以利用被动来实现机器人的广泛运动，比如走路、游泳或飞行。”“智能机械设计使我们能够以最小的控制成本实现最大的运动范围:我们想看看仅凭力学就能实现多大的运动。”在过去的几年里，由于3D打印技术的进步，软组件已经开始被集成到机器人设计中，这使得研究人员能够给这些被动系统增加复杂性。

人类的手是极其复杂的，在机器人身上重现其灵活性和适应性是一个巨大的研究挑战。今天大多数先进的机器人都不能胜任小孩子能轻松完成的任务。领导这项研究的饭田文谷博士说:“这个项目的基本动机是了解身体内的智能，也就是我们机械身体中的智能。”“我们的身体由骨骼、韧带和皮肤等智能机械设计组成，即使没有大脑主导的主动控制，这些设计也能帮助我们做出智能的行为。”通过使用最先进的3D打印技术打印出人形的柔软的手，我们现在能够在远离主动控制的情况下探索物理设计的重要性，这在人类钢琴演奏者身上是不可能做到的，因为大脑不能像我们的机器人那样被‘关闭’。休斯说:“钢琴演奏是对这些被动系统的理想测试，因为这是一个复杂而微妙的挑战，为了达到不同的演奏风格，需要大量的行为。”

这个机器人是通过考虑力学、材料特性、环境和腕部驱动如何影响手的动力学模型来“学习”玩游戏的。通过驱动手腕，可以选择手如何与钢琴互动，让手的具体智能决定它如何与环境互动。研究人员给这个机器人编了一个程序，让它通过手腕的运动演奏一些带有短音(断奏)或流畅音(连奏)的音乐短句。休斯说:“这只是目前的基本情况，但即使是这一单一的运动，我们仍然可以得到相当复杂和微妙的行为。”尽管机械手有局限性，但研究人员表示，他们的方法将推动进一步研究骨骼动力学的基本原理，以完成复杂的运动任务，以及了解被动运动系统的局限性所在。

Iida说:“这种机械设计方法可以改变我们制造机器人的方式。”“这种制造方法使我们能够以高度可伸缩的方式设计机械智能结构。”休斯说:“我们可以将这项研究扩展到研究我们如何能完成更复杂的操作任务:例如，开发可以执行医疗程序或处理易碎物体的机器人。”“这种方法还减少了控制手所需的机器学习量;通过开发内置智能的机械系统，机器人更容易学会控制。