3d印表機器人手彈鋼琴

科學家們開發出一種3d列印的機械手，它可以通過移動手腕在鋼琴上彈奏簡單的樂句。雖然這款機器人並非藝術大師，但它展示了複製人手的所有功能是多麼具有挑戰性，以及通過設計還可以實現多少複雜的動作。這隻由劍橋大學(University of Cambridge)研究人員開發的機器人手，是由3d列印的軟硬材料結合在一起製成的，用來複制人手中的所有骨骼和韌帶，但不是肌肉或肌腱。儘管這限制了機器人手相對於人類手的運動範圍，但研究人員發現，依靠手的機械設計，仍然可以實現令人驚訝的大範圍運動。

通過這種「被動」運動——手指不能獨立移動——機器人能夠模仿不同風格的鋼琴演奏，而無需改變手的材料或機械性能。這項研究結果發表在《科學機器人》(Science Robotics)雜誌上，它將有助於設計出能夠更自然地運動、能耗最小的機器人。動物和機器的複雜運動是由大腦(或控制器)、環境和機械體相互作用的結果。系統的機械性能和設計對於智能運作很重要，可以幫助動物和機器以複雜的方式移動，而不會消耗不必要的能量。

劍橋大學工程系的喬西休斯(Josie Hughes)是這篇論文的第一作者，她說:「我們可以利用被動來實現機器人的廣泛運動，比如走路、游泳或飛行。」「智能機械設計使我們能夠以最小的控制成本實現最大的運動範圍:我們想看看僅憑力學就能實現多大的運動。」在過去的幾年裡，由於3D列印技術的進步，軟組件已經開始被集成到機器人設計中，這使得研究人員能夠給這些被動系統增加複雜性。

人類的手是極其複雜的，在機器人身上重現其靈活性和適應性是一個巨大的研究挑戰。今天大多數先進的機器人都不能勝任小孩子能輕鬆完成的任務。領導這項研究的飯田文谷博士說:「這個項目的基本動機是了解身體內的智能，也就是我們機械身體中的智能。」「我們的身體由骨骼、韌帶和皮膚等智能機械設計組成，即使沒有大腦主導的主動控制，這些設計也能幫助我們做出智能的行為。」通過使用最先進的3D列印技術列印出人形的柔軟的手，我們現在能夠在遠離主動控制的情況下探索物理設計的重要性，這在人類鋼琴演奏者身上是不可能做到的，因為大腦不能像我們的機器人那樣被『關閉』。休斯說:「鋼琴演奏是對這些被動系統的理想測試，因為這是一個複雜而微妙的挑戰，為了達到不同的演奏風格，需要大量的行為。」

這個機器人是通過考慮力學、材料特性、環境和腕部驅動如何影響手的動力學模型來「學習」玩遊戲的。通過驅動手腕，可以選擇手如何與鋼琴互動，讓手的具體智能決定它如何與環境互動。研究人員給這個機器人編了一個程序，讓它通過手腕的運動演奏一些帶有短音(斷奏)或流暢音(連奏)的音樂短句。休斯說:「這只是目前的基本情況，但即使是這一單一的運動，我們仍然可以得到相當複雜和微妙的行為。」儘管機械手有局限性，但研究人員表示，他們的方法將推動進一步研究骨骼動力學的基本原理，以完成複雜的運動任務，以及了解被動運動系統的局限性所在。

Iida說:「這種機械設計方法可以改變我們製造機器人的方式。」「這種製造方法使我們能夠以高度可伸縮的方式設計機械智能結構。」休斯說:「我們可以將這項研究擴展到研究我們如何能完成更複雜的操作任務:例如，開發可以執行醫療程序或處理易碎物體的機器人。」「這種方法還減少了控制手所需的機器學習量;通過開發內置智能的機械系統，機器人更容易學會控制。

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