3D打印機(jī)器人手可以彈鋼琴

據(jù)劍橋大學(xué)的研究人員稱(chēng)，使用多材料3D打印制造的機(jī)器人手正在探索使用力學(xué)的被動(dòng)運(yùn)動(dòng)的新可能性。研究人員開(kāi)發(fā)了一種3D打印的機(jī)器人手，通過(guò)移動(dòng)手腕彈奏鋼琴，展現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。來(lái)自劍橋大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了這種機(jī)器人，他們承認(rèn)這種機(jī)器人不是音樂(lè)大師 - 也不是第一個(gè)這樣的機(jī)器人。然而，他們?cè)谛侣劙l(fā)布會(huì)上說(shuō)，這項(xiàng)發(fā)明的獨(dú)特之處在于，它可以在鋼琴上播放簡(jiǎn)單的音樂(lè)短語(yǔ)，因?yàn)椴捎枚嗖牧?D打印的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。

研究人員通過(guò)3D打印軟件和剛性材料的組合來(lái)制造機(jī)器人，以復(fù)制人手中的所有骨骼和韌帶，但不能復(fù)制肌肉或肌腱。雖然這種設(shè)計(jì)限制了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍，但與實(shí)際的手相比，由于機(jī)械設(shè)計(jì)，它仍能夠?qū)崿F(xiàn)廣泛的運(yùn)動(dòng)，劍橋大學(xué)工程系的Josie Hughes說(shuō)。

“智能機(jī)械設(shè)計(jì)使我們能夠以最小的控制成本實(shí)現(xiàn)最大的運(yùn)動(dòng)范圍，”她說(shuō)。“我們只想看看機(jī)械師能夠獲得多少運(yùn)動(dòng)。”

答案是：相當(dāng)多，研究人員發(fā)現(xiàn)。使用所謂的“被動(dòng)運(yùn)動(dòng)” - 機(jī)器人的手指不能獨(dú)立移動(dòng) - 它可以模仿不同風(fēng)格的鋼琴演奏，而不會(huì)改變手的材料或機(jī)械特性。研究人員表示，他們的研究結(jié)果 -他們?cè)?ldquo;科學(xué)機(jī)器人”雜志上發(fā)表的一篇文章- 可以幫助告知設(shè)計(jì)能夠以最少的能量使用進(jìn)行更自然運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人。

“我們可以利用被動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的廣泛運(yùn)動(dòng)：例如，步行，游泳或飛行，”休斯解釋道。“智能機(jī)械設(shè)計(jì)使我們能夠以最小的控制成本實(shí)現(xiàn)最大的運(yùn)動(dòng)范圍。我們想看看機(jī)械師能夠獲得多少運(yùn)動(dòng)。“

關(guān)鍵是印刷

研究人員表示，3D打印是團(tuán)隊(duì)成就的關(guān)鍵。它允許他們將軟組件集成到更復(fù)雜的機(jī)器人中，因此機(jī)器人手也很柔軟，就像人手上的皮膚一樣。然而，研究人員表示，它在機(jī)械系統(tǒng)中具有智能，而不是使用類(lèi)似于人腦的共同指揮中心來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

“我們的身體由智能機(jī)械設(shè)計(jì)組成，如骨骼，韌帶和皮膚，即使沒(méi)有主動(dòng)的腦力控制，也能幫助我們智能地行動(dòng)，”負(fù)責(zé)研究團(tuán)隊(duì)的Fumiya Iida解釋道。“通過(guò)使用最先進(jìn)的3D打印技術(shù)打印人類(lèi)柔軟的手，我們現(xiàn)在能夠探索物理設(shè)計(jì)的重要性，與主動(dòng)控制隔離，這對(duì)人類(lèi)鋼琴演奏者來(lái)說(shuō)是不可能的因?yàn)榇竽X不能像我們的機(jī)器人那樣“關(guān)閉”。“

他們說(shuō)，研究人員通過(guò)考慮機(jī)械，材料特性，環(huán)境和手腕動(dòng)作如何影響手的動(dòng)態(tài)模型，“教導(dǎo)”機(jī)器人發(fā)揮作用。通過(guò)啟動(dòng)手腕，他們可以選擇手與鋼琴的交互方式。這使得手的具體智能能夠確定它與環(huán)境的相互作用。

休斯說(shuō)，研究人員將機(jī)器人編程為播放一些短暫的音樂(lè)短語(yǔ)，這些短語(yǔ)既有斷斷續(xù)續(xù)的音符，也有連音，只能通過(guò)手腕的動(dòng)作來(lái)說(shuō)明。“這只是當(dāng)時(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，但即使采用這種單一動(dòng)作，我們?nèi)匀豢梢垣@得相當(dāng)復(fù)雜和微妙的行為，”她說(shuō)。

盡管機(jī)器人手的局限性，研究人員表示，他們的工作將影響并可能導(dǎo)致進(jìn)一步研究骨骼動(dòng)力學(xué)的基本原理，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)任務(wù)。Iida說(shuō)，他們還認(rèn)為，當(dāng)他們探索被動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的局限性時(shí)，它可以告知科學(xué)家。

“這種機(jī)械設(shè)計(jì)方法可以改變我們構(gòu)建機(jī)器人的方式，”他說(shuō)。“制造方法使我們能夠以高度可擴(kuò)展的方式設(shè)計(jì)機(jī)械智能結(jié)構(gòu)。”

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰寫(xiě)了20年的技術(shù)和文化。她曾在鳳凰城，舊金山和紐約市作為專(zhuān)業(yè)記者生活和工作。在空閑時(shí)間，她喜歡沖浪，旅游，音樂(lè)，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個(gè)村莊。