機械手彈奏著(zhe)歡快(kuài)的(de)曲調

機器人(rén)手可(kě)以通(tōng)過搖動和(hé)滾動手腕來(lái)播放簡單的(de)音(yīn)樂(yuè)短語  Josie Hughes/University of Cambridge

對(duì)機器人(rén)學家來(lái)說，模仿人(rén)類手的(de)複雜(zá)運動并非易事。除了(le)多(duō)個(gè)骨骼和(hé)關節外，還(hái)有肌腱、韌帶、肌肉、神經等需要嘗試和(hé)匹配的(de)部位。劍橋大(dà)學的(de)研究者們在簡化(huà)設計和(hé)削減控制機器人(rén)手所需的(de)編程方面進行了(le)研究，并開發了(le)一種彈鋼琴的(de)軟骨架機器人(rén)。

機器人(rén)手在Stratasys Connex 5000 3D打印機上進行3D打印，使用(yòng)柔軟和(hé)堅硬的(de)材料，基本上複制了(le)人(rén)類手的(de)骨骼和(hé)韌帶。這(zhè)是連接在手腕上的(de)一個(gè)UR5機械臂，它允許使用(yòng)Python API精确控制骨骼手。


手指沒有任何執行器或液壓裝置，因此無法自行移動，但通(tōng)過扭轉手腕，研究人(rén)員(yuán)設法讓手指在鋼琴鍵盤上選擇鍵，并播放簡單的(de)曲子   Josie Hughes/University of Cambridge
 
手指沒有任何執行器或液壓裝置，因此無法自行移動，但通(tōng)過在手腕上扭動手，研究人(rén)員(yuán)設法讓手指在鋼琴鍵盤上選擇鍵，并播放簡單的(de)曲子。多(duō)虧了(le)3D打印技術，研究人(rén)員(yuán)能夠改變骨骼之間韌帶的(de)硬度，從而實現玩耍和(hé)運動的(de)靈活性。

“我們的(de)身體由智能機械設計組成，比如骨骼、韌帶和(hé)皮膚，即使沒有大(dà)腦(nǎo)主導的(de)主動控制，它們也(yě)能幫助我們智能地行動，”項目負責人(rén)Fumiya Iida博士說。“通(tōng)過使用(yòng)最先進的(de)3D打印技術打印出像人(rén)類一樣柔軟的(de)手，我們現在能夠探索物(wù)理(lǐ)設計的(de)重要性，而不是主動控制，這(zhè)是人(rén)類鋼琴演奏者不可(kě)能做(zuò)到的(de)，因爲大(dà)腦(nǎo)不能像我們的(de)機器人(rén)那樣‘關閉’。”

科學家們觀察了(le)單手指敲擊、拇指運動和(hé)手的(de)伸展行爲。在第一系列實驗中，使用(yòng)了(le)四個(gè)手指，觀察了(le)不同的(de)控制參數。拇指運動實驗涉及設計中的(de)拇指和(hé)食指，旨在複制人(rén)類玩家在按順序在音(yīn)符上平穩移動時(shí)的(de)行爲。當觀察到完整的(de)手跨行爲時(shí)，跳躍和(hé)過渡是遊戲的(de)目标。

鋼琴上的(de)力感應電阻将演奏數據實時(shí)輸入Arduino微控制器，以測量行爲和(hé)性能。

該團隊的(de)喬西·休斯（Josie Hughes）說：“我們可(kě)以利用(yòng)被動性在機器人(rén)身上實現各種各樣的(de)運動：例如行走、遊泳或飛(fēi)行。”。“智能機械設計使我們能夠以最小的(de)控制成本實現最大(dà)的(de)運動範圍：我們想看看單靠機械就能實現多(duō)大(dà)的(de)運動。”


這(zhè)種柔軟的(de)機械手不會赢得(de)任何鋼琴演奏比賽，但研究人(rén)員(yuán)表示，它可(kě)能會導緻設計出能夠更自然地運動，同時(shí)減少能源消耗的(de)機器人(rén)  Josie Hughes/University of Cambridge

有很多(duō)更先進的(de)機器人(rén)手的(de)例子，這(zhè)一個(gè)不會赢得(de)任何鋼琴演奏比賽，但研究人(rén)員(yuán)說，這(zhè)可(kě)能會導緻設計出能夠更自然地運動，同時(shí)減少能源消耗的(de)機器人(rén)。

未來(lái)，這(zhè)項研究可(kě)能會擴大(dà)範圍，以研究更複雜(zá)的(de)操作，從而有可(kě)能開發出使用(yòng)這(zhè)種方法執行醫療任務或更像我們一樣處理(lǐ)易碎物(wù)體的(de)機器人(rén)。

資料來(lái)源：University of Cambridge