3D打印機器人手可以彈鋼琴

據(jù)劍橋大學(xué)的研究人員稱，使用多材料3D打印制造的機器人手正在探索使用力學(xué)的被動運動的新可能性。研究人員開發(fā)了一種3D打印的機器人手，通過移動手腕彈奏鋼琴，展現(xiàn)了機械設(shè)計的創(chuàng)新。來自劍橋大學(xué)的一個團隊開發(fā)了這種機器人，他們承認(rèn)這種機器人不是音樂大師 - 也不是第一個這樣的機器人。然而，他們在新聞發(fā)布會上說，這項發(fā)明的獨特之處在于，它可以在鋼琴上播放簡單的音樂短語，因為采用多材料3D打印的簡單設(shè)計。

研究人員通過3D打印軟件和剛性材料的組合來制造機器人，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)計限制了機器人的運動范圍，但與實際的手相比，由于機械設(shè)計，它仍能夠?qū)崿F(xiàn)廣泛的運動，劍橋大學(xué)工程系的Josie Hughes說。

“智能機械設(shè)計使我們能夠以最小的控制成本實現(xiàn)最大的運動范圍，”她說。“我們只想看看機械師能夠獲得多少運動。”

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

“我們可以利用被動來實現(xiàn)機器人的廣泛運動：例如，步行，游泳或飛行，”休斯解釋道。“智能機械設(shè)計使我們能夠以最小的控制成本實現(xiàn)最大的運動范圍。我們想看看機械師能夠獲得多少運動。“

關(guān)鍵是印刷

研究人員表示，3D打印是團隊成就的關(guān)鍵。它允許他們將軟組件集成到更復(fù)雜的機器人中，因此機器人手也很柔軟，就像人手上的皮膚一樣。然而，研究人員表示，它在機械系統(tǒng)中具有智能，而不是使用類似于人腦的共同指揮中心來實現(xiàn)運動。

“我們的身體由智能機械設(shè)計組成，如骨骼，韌帶和皮膚，即使沒有主動的腦力控制，也能幫助我們智能地行動，”負(fù)責(zé)研究團隊的Fumiya Iida解釋道。“通過使用最先進(jìn)的3D打印技術(shù)打印人類柔軟的手，我們現(xiàn)在能夠探索物理設(shè)計的重要性，與主動控制隔離，這對人類鋼琴演奏者來說是不可能的因為大腦不能像我們的機器人那樣“關(guān)閉”。“

他們說，研究人員通過考慮機械，材料特性，環(huán)境和手腕動作如何影響手的動態(tài)模型，“教導(dǎo)”機器人發(fā)揮作用。通過啟動手腕，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，研究人員將機器人編程為播放一些短暫的音樂短語，這些短語既有斷斷續(xù)續(xù)的音符，也有連音，只能通過手腕的動作來說明。“這只是當(dāng)時的基礎(chǔ)知識，但即使采用這種單一動作，我們?nèi)匀豢梢垣@得相當(dāng)復(fù)雜和微妙的行為，”她說。

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

“這種機械設(shè)計方法可以改變我們構(gòu)建機器人的方式，”他說。“制造方法使我們能夠以高度可擴展的方式設(shè)計機械智能結(jié)構(gòu)。”

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰寫了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業(yè)記者生活和工作。在空閑時間，她喜歡沖浪，旅游，音樂，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個村莊。