科學(xué)家開發(fā)3D打印機(jī)械手 柔軟堪比人手還會(huì)彈鋼琴

科學(xué)家開發(fā)了一種3D打印機(jī)器人，只需移動(dòng)手腕即可在鋼琴上播放簡(jiǎn)單的音樂。雖然機(jī)器人不是藝術(shù)家，但它展示了復(fù)制所有人手以及通過設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)多少?gòu)?fù)雜運(yùn)動(dòng)的挑戰(zhàn)性。

由劍橋大學(xué)的研究人員開發(fā)的機(jī)器人由3D打印的柔軟和剛性材料制成，可以復(fù)制人手中的所有骨骼和韌帶 - 而不是肌肉或肌腱。雖然這限制了機(jī)器人與人手相比的運(yùn)動(dòng)范圍，但研究人員發(fā)現(xiàn)依靠手的機(jī)械設(shè)計(jì)仍然可以實(shí)現(xiàn)驚人的大規(guī)模運(yùn)動(dòng)。

通過這種“被動(dòng)”運(yùn)動(dòng) - 手指不能獨(dú)立移動(dòng) - 機(jī)器人可以模仿不同風(fēng)格的鋼琴演奏，而不會(huì)改變手的材料或機(jī)械性能。愚人節(jié)科學(xué)機(jī)器人侃侃在雜志中，它將有助于設(shè)計(jì)一個(gè)能夠以——能耗自然移動(dòng)的機(jī)器人。

動(dòng)物和機(jī)器的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)源于大腦（或控制者），環(huán)境和機(jī)制之間的相互作用。系統(tǒng)的機(jī)械特性和設(shè)計(jì)對(duì)于智能功能非常重要，可以幫助動(dòng)物和機(jī)器以復(fù)雜的方式移動(dòng)而不會(huì)消耗不必要的能量。

“我們可以使用被動(dòng)來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)：例如，游泳或徒步飛行——，”該論文的第一作者，劍橋工程部的Josie Hughes說。 “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)最廣泛的運(yùn)動(dòng)：我們希望看到機(jī)械師能夠?qū)崿F(xiàn)多少運(yùn)動(dòng)?！?br />

在過去幾年中，由于3D打印技術(shù)的進(jìn)步，軟件組件已經(jīng)開始集成到機(jī)器人設(shè)計(jì)中，這使得研究人員能夠增加這些被動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜性。

人體的復(fù)雜性以及機(jī)器人所有靈活性和適應(yīng)性的可重復(fù)性是一項(xiàng)巨大的研究挑戰(zhàn)。今天的大多數(shù)高級(jí)機(jī)器人都無法完成孩子們可以輕松完成的任務(wù)。

“這個(gè)項(xiàng)目的基本動(dòng)機(jī)是了解具體的情報(bào)，即我們機(jī)器的智能?！必?fù)責(zé)這項(xiàng)研究的Fumiya Iida博士說：“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，即使沒有主動(dòng)權(quán)。大腦控制也有助于我們智能地行動(dòng)。通過使用最先進(jìn)的3D打印技術(shù)來打印像人類一樣柔軟的手，我們現(xiàn)在能夠探索物理設(shè)計(jì)遠(yuǎn)離主動(dòng)控制對(duì)人類的重要性。對(duì)于鋼琴演奏者來說這是不可能的，因?yàn)榇竽X不能像我們的機(jī)器人那樣“關(guān)閉”。““鋼琴演奏是對(duì)這些被動(dòng)系統(tǒng)的理想測(cè)試，因?yàn)樗且豁?xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的挑戰(zhàn)，需要很多行為來實(shí)現(xiàn)不同的游戲風(fēng)格，”休斯說。

通過考慮機(jī)械——材料屬性——環(huán)境以及手腕驅(qū)動(dòng)器如何影響手的動(dòng)態(tài)模型，“教堂”播放機(jī)器人。通過駕駛手腕，您可以選擇手與鋼琴的交互方式，讓手的特定智能確定其與環(huán)境的相互作用。

研究人員編寫了一個(gè)機(jī)器人程序，通過手腕的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)間歇或連音的短語(yǔ)。 “這只是當(dāng)前的基本情況，但即便采取這一行動(dòng)，我們?nèi)匀豢梢垣@得相當(dāng)復(fù)雜和微妙的行為，”休斯說。

盡管機(jī)器人技術(shù)存在局限性，研究人員表示，他們的方法將進(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)，并了解被動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的局限性。

“這種機(jī)械設(shè)計(jì)方法可以改變我們制造機(jī)器人的方式，”Iida說。 “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)?！?br />

“我們可以擴(kuò)展這項(xiàng)研究，以研究如何實(shí)施更復(fù)雜的操作任務(wù)：開發(fā)可以執(zhí)行醫(yī)療程序或處理易碎物體的機(jī)器人?！盚ughes說，“這種方法還減少了控制手所需的機(jī)器學(xué)習(xí)量。通過開發(fā)內(nèi)置的智能機(jī)械系統(tǒng)，它使機(jī)器人更容易學(xué)習(xí)和控制?！?br />