最近，劍橋大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出了一種可以在鋼琴上彈奏簡(jiǎn)單曲調(diào)的 3D 打印機(jī)械手。它可以通過(guò)手腕部位的移動(dòng)，來(lái)彈奏出美妙的音符。該機(jī)械人手展示了 3D 打印技術(shù)在模擬復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)。
    這款3D打印機(jī)械手是通過(guò)3D打印軟質(zhì)和剛性材料制成的，用于復(fù)制人手中的所有骨骼和韌帶 -  而不是肌肉或肌腱。盡管與人手相比，這限制了機(jī)械手的運(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)令人驚訝的大范圍運(yùn)動(dòng)。
通過(guò)這種“被動(dòng)”運(yùn)動(dòng) - 手指不能獨(dú)立移動(dòng) -  機(jī)器人能夠模仿不同風(fēng)格的鋼琴演奏，而不會(huì)改變手的材料或機(jī)械特性?！犊茖W(xué)機(jī)器人》雜志上，它將有助于設(shè)計(jì)出能夠更自然地運(yùn)動(dòng)、能耗最小的機(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，”該論文的第一作者劍橋工程系的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)最大范圍的運(yùn)動(dòng)：我們想看看僅憑力學(xué)就能實(shí)現(xiàn)多大的運(yùn)動(dòng)?！?br /> 在過(guò)去幾年中，由于3D打印技術(shù)的進(jìn)步，軟組件已經(jīng)開(kāi)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。
人手非常復(fù)雜，在機(jī)器人中重現(xiàn)其所有的靈活性和適應(yīng)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(wú)法完成小孩子可以輕松完成的操作任務(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)械體的情報(bào)?！鳖I(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Fumiya Iida博士說(shuō)，  “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)的大腦控制，也能幫助我們智能地行動(dòng)。通過(guò)使用最先進(jìn)的3D打印技術(shù)，打印出像人類(lèi)一樣柔軟的手，我們現(xiàn)在能夠在遠(yuǎn)離主動(dòng)控制的情況下探索物理設(shè)計(jì)的重要性，這對(duì)于人類(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)器人那樣被‘關(guān)閉’?！?br /> “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)，需要大量的行為來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的演奏風(fēng)格?！?Hughes說(shuō)。
通過(guò)考慮機(jī)械、材料特性、環(huán)境和手腕驅(qū)動(dòng)如何影響手的動(dòng)態(tài)模型，機(jī)器人被'教會(huì)'演奏。通過(guò)驅(qū)動(dòng)手腕，可以選擇手與鋼琴相互作用的方式，從而允許手的具體智能確定它與環(huán)境的交互。

研究人員編寫(xiě)了機(jī)器人程序，通過(guò)手腕的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了一些帶有斷續(xù)音或連奏音的短樂(lè)句。  “這只是目前的基礎(chǔ)情況，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)雜和細(xì)致入微的行為?！?Hughes說(shuō)。
盡管機(jī)械手存在局限性，研究人員表示他們的方法將推動(dòng)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)，以及學(xué)習(xí)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的局限性。
“這種機(jī)械設(shè)計(jì)方法可以改變我們構(gòu)建機(jī)器人的方式?！盜ida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)?！?br /> “我們可以擴(kuò)展這項(xiàng)研究，以研究如何實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的操作任務(wù)：開(kāi)發(fā)可以執(zhí)行醫(yī)療程序或處理易碎物體的機(jī)器人?！?nbsp; Hughes說(shuō)，“這種方法還減少了控制手所需的機(jī)器學(xué)習(xí)量;通過(guò)開(kāi)發(fā)內(nèi)置智能的機(jī)械系統(tǒng)，它使機(jī)器人更容易學(xué)習(xí)控制。”

    最近，劍橋大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出了一種可以在鋼琴上彈奏簡(jiǎn)單曲調(diào)的 3D 打印機(jī)械手。它可以通過(guò)手腕部位的移動(dòng)，來(lái)彈奏出美妙的音符。該機(jī)械人手展示了 3D 打印技術(shù)在模擬復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)。
    這款3D打印機(jī)械手是通過(guò)3D打印軟質(zhì)和剛性材料制成的，用于復(fù)制人手中的所有骨骼和韌帶 -  而不是肌肉或肌腱。盡管與人手相比，這限制了機(jī)械手的運(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)令人驚訝的大范圍運(yùn)動(dòng)。
通過(guò)這種“被動(dòng)”運(yùn)動(dòng) - 手指不能獨(dú)立移動(dòng) -  機(jī)器人能夠模仿不同風(fēng)格的鋼琴演奏，而不會(huì)改變手的材料或機(jī)械特性?！犊茖W(xué)機(jī)器人》雜志上，它將有助于設(shè)計(jì)出能夠更自然地運(yùn)動(dòng)、能耗最小的機(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，”該論文的第一作者劍橋工程系的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)最大范圍的運(yùn)動(dòng)：我們想看看僅憑力學(xué)就能實(shí)現(xiàn)多大的運(yùn)動(dòng)?！?br /> 在過(guò)去幾年中，由于3D打印技術(shù)的進(jìn)步，軟組件已經(jīng)開(kāi)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。
人手非常復(fù)雜，在機(jī)器人中重現(xiàn)其所有的靈活性和適應(yīng)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(wú)法完成小孩子可以輕松完成的操作任務(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)械體的情報(bào)?！鳖I(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Fumiya Iida博士說(shuō)，  “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)的大腦控制，也能幫助我們智能地行動(dòng)。通過(guò)使用最先進(jìn)的3D打印技術(shù)，打印出像人類(lèi)一樣柔軟的手，我們現(xiàn)在能夠在遠(yuǎn)離主動(dòng)控制的情況下探索物理設(shè)計(jì)的重要性，這對(duì)于人類(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)器人那樣被‘關(guān)閉’?！?br /> “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)，需要大量的行為來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的演奏風(fēng)格?！?Hughes說(shuō)。
通過(guò)考慮機(jī)械、材料特性、環(huán)境和手腕驅(qū)動(dòng)如何影響手的動(dòng)態(tài)模型，機(jī)器人被'教會(huì)'演奏。通過(guò)驅(qū)動(dòng)手腕，可以選擇手與鋼琴相互作用的方式，從而允許手的具體智能確定它與環(huán)境的交互。

研究人員編寫(xiě)了機(jī)器人程序，通過(guò)手腕的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了一些帶有斷續(xù)音或連奏音的短樂(lè)句。  “這只是目前的基礎(chǔ)情況，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)雜和細(xì)致入微的行為?！?Hughes說(shuō)。
盡管機(jī)械手存在局限性，研究人員表示他們的方法將推動(dòng)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)，以及學(xué)習(xí)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的局限性。
“這種機(jī)械設(shè)計(jì)方法可以改變我們構(gòu)建機(jī)器人的方式?！盜ida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)?！?br /> “我們可以擴(kuò)展這項(xiàng)研究，以研究如何實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的操作任務(wù)：開(kāi)發(fā)可以執(zhí)行醫(yī)療程序或處理易碎物體的機(jī)器人?！?nbsp; Hughes說(shuō)，“這種方法還減少了控制手所需的機(jī)器學(xué)習(xí)量;通過(guò)開(kāi)發(fā)內(nèi)置智能的機(jī)械系統(tǒng)，它使機(jī)器人更容易學(xué)習(xí)控制。”