只需控制手腕移動 3D打印“鋼琴手”奏出華美樂章

彈奏鋼琴的未必是優(yōu)雅的鋼琴師，也可能是冰冷的機械手。日前，英國劍橋大學研究團隊通過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，就能彈奏簡單的鋼琴曲。相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學機器人》雜志上。

新型機械手在設(shè)計上充分仿真了人手的結(jié)構(gòu)，每根手指上有3—4個關(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的電機進行控制，而是通過與琴鍵接觸時機器手不同部位的軟硬變化的“被動”反應(yīng)，來模擬人手彈鋼琴的過程，實現(xiàn)多種不同的彈奏動作和功能。

研究人員使用3D打印技術(shù)制作機器手，通過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)用機械臂上。研究人員編寫程序控制機械臂運動，模擬手腕帶動手指在鋼琴上彈奏樂曲。

研究人員將鋼琴演奏分解成三類動作：單指敲擊，跳躍和拇指滑動，并且使用了三段音樂來衡量機器手的能力。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)，必須提高機械手食指的強度、降低其他手指的強度，才能彈奏鋼琴的斷音和柔軟的連音，以接近人類的彈奏方式。之后研究人員使用了其他風格的曲子，來測試機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度才能彈奏出大跳和清晰的音符。實驗發(fā)現(xiàn)，與許多現(xiàn)有機器手相比，新型機器手在音量控制、拇指移動、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，科學家們一直在制造機械手，以往的機械手往往采用復(fù)雜的剛性機械結(jié)構(gòu)，并安裝繁瑣的電機驅(qū)動系統(tǒng)，劍橋研究團隊顛覆了這一傳統(tǒng)設(shè)計理念。論文第一作者、劍橋大學休斯表示，人類的智能不僅體現(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，團隊的最終目標是創(chuàng)造一種具有表現(xiàn)力的鋼琴機器人，而不僅僅局限于彈出正確的旋律。