科学家已经开发出3D打印的机械手只需移动手腕即可在钢琴上演奏简单的音乐短语

科学家已经开发出3D打印的机械手，只需移动手腕即可在钢琴上演奏简单的音乐短语。尽管该机器人不是专家，但它演示了复制人类手的所有功能的挑战性，以及通过设计仍可以实现多少复杂的运动。

由剑桥大学研究人员开发的机器人手，是通过3D打印软性和刚性材料制成的，可以复制人类手中的所有骨骼和韧带，而不是肌肉或肌腱。尽管与人的手相比，这限制了机器人手的运动范围，但研究人员发现，依靠手的机械设计，仍然可以实现出乎意料的大范围运动。

通过这种“被动”运动(手指无法独立运动)，机器人可以模仿不同风格的钢琴演奏，而无需改变手的材料或机械性能。该 结果，在杂志报道的 科学机器人，可以帮助通知能够以最小的能源利用更自然的运动机器人的设计。

动物和机器中复杂的运动是大脑(或控制器)，环境和机械体之间相互作用的结果。系统的机械性能和设计对于智能功能很重要，它可以帮助动物和机器以复杂的方式运动，而不会消耗不必要的能量。

论文的第一作者，剑桥大学工程系的乔西·休斯(Josie Hughes)说：“我们可以利用被动性来实现机器人的各种运动：例如，步行，游泳或飞行。” “智能机械设计使我们能够以最小的控制成本实现最大的运动范围：我们希望看看仅机械师就能获得多少运动。”

在过去的几年中，由于3D打印技术的进步，软组件已开始集成到机器人设计中，这使研究人员能够为这些无源系统增加复杂性。

人的手异常复杂，要在机器人中重建其所有的灵活性和适应性是一项巨大的研究挑战。当今大多数先进的机器人都无法执行幼儿可以轻松执行的操作任务。

“该项目的基本动机是理解嵌入的智能，即我们机械体内的智能，”负责这项研究的Fumiya Iida博士说。“我们的身体由智能机械设计组成，例如骨骼，韧带和皮肤，即使没有主动的大脑控制，也可以帮助我们做出明智的举动。通过使用最先进的3D打印技术来打印类似人的软手，我们现在能够探索物理设计的重要性，而与主动控制隔离开来，这是人类钢琴演奏者无法做到的。不能像我们的机器人一样“关闭”大脑。”

休斯说：“对于这些无源系统，钢琴演奏是一种理想的测试，因为它是一项复杂而细微的挑战，需要大量的行为才能实现不同的演奏风格。”

通过考虑机械，材料特性，环境和腕部驱动力如何影响手的动力学模型来“教”该机器人。通过操作手腕，可以选择手与钢琴的交互方式，从而使手所体现的智能确定其与环境的交互方式。

研究人员对机器人进行了编程，使其可以播放许多带有修剪(断音)或平滑(连音)音符的简短乐句，这些音符是通过腕部运动来实现的。休斯说：“目前，这只是基础知识，但是即使采取了这一行动，我们仍然可以获得相当复杂和细微的行为。”

尽管机器人手有局限性，研究人员表示，他们的方法将推动对骨骼动力学基本原理的进一步研究，以完成复杂的运动任务，并了解被动运动系统的局限性。

Iida说：“这种机械设计方法可以改变我们构建机器人技术的方式。” “制造方法使我们能够以高度可扩展的方式设计机械智能结构。”

休斯说：“我们可以扩展这项研究，以研究如何完成更复杂的操纵任务：例如开发可以执行医疗程序或处理易碎物品的机器人。” “这种方法还减少了控制手所需的机器学习量;通过开发内置智能的机械系统，它使机器人学习起来更加容易。”

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