科學家已經開發(fā)出3D打印的機械手，只需移動手腕即可在鋼琴上演奏簡單的音樂短語。盡管該機器人不是專家，但它演示了復制人類手的所有功能的挑戰(zhàn)性，以及通過設計仍可以實現(xiàn)多少復雜的運動。

由劍橋大學研究人員開發(fā)的機器人手，是通過3D打印軟性和剛性材料制成的，可以復制人類手中的所有骨骼和韌帶，而不是肌肉或肌腱。盡管與人的手相比，這限制了機器人手的運動范圍，但研究人員發(fā)現(xiàn)，依靠手的機械設計，仍然可以實現(xiàn)出乎意料的大范圍運動。

通過這種“被動”運動(手指無法獨立運動)，機器人可以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。該 結果，在雜志報道的 科學機器人，可以幫助通知能夠以最小的能源利用更自然的運動機器人的設計。

動物和機器中復雜的運動是大腦(或控制器)，環(huán)境和機械體之間相互作用的結果。系統(tǒng)的機械性能和設計對于智能功能很重要，它可以幫助動物和機器以復雜的方式運動，而不會消耗不必要的能量。

論文的第一作者，劍橋大學工程系的喬西·休斯(Josie Hughes)說：“我們可以利用被動性來實現(xiàn)機器人的各種運動：例如，步行，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(xiàn)最大的運動范圍：我們希望看看僅機械師就能獲得多少運動。”

在過去的幾年中，由于3D打印技術的進步，軟組件已開始集成到機器人設計中，這使研究人員能夠為這些無源系統(tǒng)增加復雜性。

人的手異常復雜，要在機器人中重建其所有的靈活性和適應性是一項巨大的研究挑戰(zhàn)。當今大多數(shù)先進的機器人都無法執(zhí)行幼兒可以輕松執(zhí)行的操作任務。

“該項目的基本動機是理解嵌入的智能，即我們機械體內的智能，”負責這項研究的Fumiya Iida博士說。“我們的身體由智能機械設計組成，例如骨骼，韌帶和皮膚，即使沒有主動的大腦控制，也可以幫助我們做出明智的舉動。通過使用最先進的3D打印技術來打印類似人的軟手，我們現(xiàn)在能夠探索物理設計的重要性，而與主動控制隔離開來，這是人類鋼琴演奏者無法做到的。不能像我們的機器人一樣“關閉”大腦。”

休斯說：“對于這些無源系統(tǒng)，鋼琴演奏是一種理想的測試，因為它是一項復雜而細微的挑戰(zhàn)，需要大量的行為才能實現(xiàn)不同的演奏風格。”

通過考慮機械，材料特性，環(huán)境和腕部驅動力如何影響手的動力學模型來“教”該機器人。通過操作手腕，可以選擇手與鋼琴的交互方式，從而使手所體現(xiàn)的智能確定其與環(huán)境的交互方式。

研究人員對機器人進行了編程，使其可以播放許多帶有修剪(斷音)或平滑(連音)音符的簡短樂句，這些音符是通過腕部運動來實現(xiàn)的。休斯說：“目前，這只是基礎知識，但是即使采取了這一行動，我們仍然可以獲得相當復雜和細微的行為。”

盡管機器人手有局限性，研究人員表示，他們的方法將推動對骨骼動力學基本原理的進一步研究，以完成復雜的運動任務，并了解被動運動系統(tǒng)的局限性。

Iida說：“這種機械設計方法可以改變我們構建機器人技術的方式。” “制造方法使我們能夠以高度可擴展的方式設計機械智能結構。”

休斯說：“我們可以擴展這項研究，以研究如何完成更復雜的操縱任務：例如開發(fā)可以執(zhí)行醫(yī)療程序或處理易碎物品的機器人。” “這種方法還減少了控制手所需的機器學習量;通過開發(fā)內置智能的機械系統(tǒng)，它使機器人學習起來更加容易。”

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