硬塑料和軟橡膠混合制成關(guān)節(jié) 3D打印“鋼琴手”

科技日?qǐng)?bào)北京12月25日電 (實(shí)習(xí)記者胡定坤)彈奏鋼琴的未必是優(yōu)雅的鋼琴師，也可能是冰冷的機(jī)械手。日前，英國(guó)劍橋大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)3D打印技術(shù)仿真人體手部結(jié)構(gòu)，制造出“鋼琴手”，只需控制手腕移動(dòng)，就能彈奏簡(jiǎn)單的鋼琴曲。相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人》雜志上。

新型機(jī)械手在設(shè)計(jì)上充分仿真了人手的結(jié)構(gòu)，每根手指上有3—4個(gè)關(guān)節(jié)，并模擬了不同部位所需的軟硬程度。特別值得一提的是，每只手指上并不需要單獨(dú)的電機(jī)進(jìn)行控制，而是通過(guò)與琴鍵接觸時(shí)機(jī)器手不同部位的軟硬變化的“被動(dòng)”反應(yīng)，來(lái)模擬人手彈鋼琴的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)多種不同的彈奏動(dòng)作和功能。

研究人員使用3D打印技術(shù)制作機(jī)器手，通過(guò)將不同比例的硬塑料和軟橡膠混合，生產(chǎn)具有不同硬度的韌帶和關(guān)節(jié)，將其組裝成仿真手后再連接到普通的工業(yè)用機(jī)械臂上。研究人員編寫(xiě)程序控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)，模擬手腕帶動(dòng)手指在鋼琴上彈奏樂(lè)曲。

研究人員將鋼琴演奏分解成三類(lèi)動(dòng)作：?jiǎn)沃盖脫?，跳躍和拇指滑動(dòng)，并且使用了三段音樂(lè)來(lái)衡量機(jī)器手的能力。第一首是意大利作曲家斯卡拉蒂創(chuàng)作的托卡塔(Toccata)曲。研究人員發(fā)現(xiàn)，必須提高機(jī)械手食指的強(qiáng)度、降低其他手指的強(qiáng)度，才能彈奏鋼琴的斷音和柔軟的連音，以接近人類(lèi)的彈奏方式。之后研究人員使用了其他風(fēng)格的曲子，來(lái)測(cè)試機(jī)器手演奏八度音階的能力。他們發(fā)現(xiàn)，需要提高手指韌帶的彈性并保持手指本身的強(qiáng)度才能彈奏出大跳和清晰的音符。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與許多現(xiàn)有機(jī)器手相比，新型機(jī)器手在音量控制、拇指移動(dòng)、彈奏斷音和連音方面都表現(xiàn)出了極佳的靈活性。

幾十年來(lái)，科學(xué)家們一直在制造機(jī)械手，以往的機(jī)械手往往采用復(fù)雜的剛性機(jī)械結(jié)構(gòu)，并安裝繁瑣的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，劍橋研究團(tuán)隊(duì)顛覆了這一傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念。論文第一作者、劍橋大學(xué)休斯表示，人類(lèi)的智能不僅體現(xiàn)在大腦上，還分布在全身各處，尤其是各種復(fù)雜的身體結(jié)構(gòu)和人體力學(xué)，團(tuán)隊(duì)的最終目標(biāo)是創(chuàng)造一種具有表現(xiàn)力的鋼琴機(jī)器人，而不僅僅局限于彈出正確的旋律。

總編輯圈點(diǎn)

彈鋼琴很適合展示人手的奇妙，許多微妙的動(dòng)作早已內(nèi)化于鋼琴家的大腦，而人手所制造的個(gè)性細(xì)節(jié)才是大師鋼琴曲吸引人的地方。一雙媲美藝術(shù)家的機(jī)械手，不僅帶來(lái)音樂(lè)享受，更重要的是可能完成一些以前被認(rèn)為必須交給工匠的精細(xì)活計(jì)。可以預(yù)見(jiàn)，高級(jí)機(jī)械手將給制造業(yè)帶來(lái)極大改變。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。