Ученые напечатали на 3D-принтере руку, которая умеет играть на фортепиано

Ученые напечатали на 3D-принтере роботизированную руку, которая может воспроизводить простые музыкальные мелодии на фортепиано, манипулируя своей кистью. Робот не отличается виртуозностью, однако на его примере мы вновь убедились, насколько сложно воспроизвести все возможности человеческой руки. 

Рука робота, разработанная инженерами Кембриджского университета, имитировала все кости и связки — за исключением мышц и сухожилий — человеческой ладони. Это не позволяло пальцам руки двигаться независимо друг от друга. Несмотря на это, робот все же смог продемонстрировать разные стили игры на клавишах — стаккато и легато. Результаты исследования, опубликованные в журнале Science Robotics, могут помочь в разработке последующих роботов, которые будут способны на более естественные движения, затрачивая при этом минимальное количество энергии. 

Сложные действия, связанные с движением животных и машин, становятся результатом взаимодействия между мозгом (или контроллером), окружающей средой и телом. Механические свойства и конструкция систем важны для разумного функционирования и помогают животным и машинам перемещаться сложным образом, не тратя энергию впустую.

«Мы можем использовать пассивность для достижения широкого диапазона движений роботов: например, при ходьбе, плавании или полете. Продуманная механическая конструкция позволяет достичь максимальной дальности движения при минимальных затратах на управление: в своей работе мы хотели увидеть, какое число вариативных движений мы сможем получить с помощью только одной механики», — рассказывает сотрудник Кембриджа и ведущий автор исследования Джози Хьюз (Josie Hughes). 

Устройство человеческой руки невероятно сложное, поэтому ее воссоздание у робота ставит перед инженерами серьезную задачу. Большинство современных продвинутых роботов не способны решать задачи, которые даже маленькие дети могут с легкостью выполнять.

Робота «научили» играть на клавишах, обратив внимание на то, как механика, свойства материала, окружающая среда и работа запястья влияют на динамическую модель руки. Исследователи запрограммировали робота воспроизводить несколько коротких музыкальных мелодий в разном стиле и темпе. По словам инженеров, даже по результатам этих базовых тестов ученые получат довольно сложное поведение для робота.

«Основная цель этого проекта — понимание встроенного интеллекта, то есть интеллекта в нашем механическом теле. Кости, связки и кожа функционируют даже без активного контроля со стороны мозга. Используя современную технологию трехмерной печати, теперь мы можем исследовать важность этих органов и инструментов в отрыве от активного контроля, что невозможно сделать с людьми, играющими на пианино, поскольку мозг человека нельзя «отключить», в отличие от робота. Именно игру на пианино мы считаем идеальным тестом этих пассивных систем, так как это сложная и тонкая задача, требующая значительного диапазона поведения для достижения разных стилей игры», — утверждают ученые.

По их словам, результаты исследования помогут в решении более сложных задач: например, в разработке роботов, которые могут проводить хирургические операции или обрабатывать хрупкие предметы.