科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出3D打印的機(jī)械手，只需移動(dòng)手腕即可在鋼琴上演奏簡(jiǎn)單的音樂(lè)短語(yǔ)。盡管該機(jī)器人不是專(zhuān)家，但它演示了復(fù)制人類(lèi)手的所有功能的挑戰(zhàn)性，以及通過(guò)設(shè)計(jì)仍可以實(shí)現(xiàn)多少?gòu)?fù)雜的運(yùn)動(dòng)。

由劍橋大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)的機(jī)器人手，是通過(guò)3D打印軟性和剛性材料制成的，可以復(fù)制人類(lèi)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(jī)器人手的運(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)出乎意料的大范圍運(yùn)動(dòng)。

通過(guò)這種“被動(dòng)”運(yùn)動(dòng)(手指無(wú)法獨(dú)立運(yùn)動(dòng))，機(jī)器人可以模仿不同風(fēng)格的鋼琴演奏，而無(wú)需改變手的材料或機(jī)械性能。該 結(jié)果，在雜志報(bào)道的 科學(xué)機(jī)器人，可以幫助通知能夠以最小的能源利用更自然的運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)。

動(dòng)物和機(jī)器中復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)是大腦(或控制器)，環(huán)境和機(jī)械體之間相互作用的結(jié)果。系統(tǒng)的機(jī)械性能和設(shè)計(jì)對(duì)于智能功能很重要，它可以幫助動(dòng)物和機(jī)器以復(fù)雜的方式運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)消耗不必要的能量。

論文的第一作者，劍橋大學(xué)工程系的喬西·休斯(Josie Hughes)說(shuō)：“我們可以利用被動(dòng)性來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)：例如，步行，游泳或飛行。” “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)最大的運(yùn)動(dòng)范圍：我們希望看看僅機(jī)械師就能獲得多少運(yùn)動(dòng)。”

在過(guò)去的幾年中，由于3D打印技術(shù)的進(jìn)步，軟組件已開(kāi)始集成到機(jī)器人設(shè)計(jì)中，這使研究人員能夠?yàn)檫@些無(wú)源系統(tǒng)增加復(fù)雜性。

人的手異常復(fù)雜，要在機(jī)器人中重建其所有的靈活性和適應(yīng)性是一項(xiàng)巨大的研究挑戰(zhàn)。當(dāng)今大多數(shù)先進(jìn)的機(jī)器人都無(wú)法執(zhí)行幼兒可以輕松執(zhí)行的操作任務(wù)。

“該項(xiàng)目的基本動(dòng)機(jī)是理解嵌入的智能，即我們機(jī)械體內(nèi)的智能，”負(fù)責(zé)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，例如骨骼，韌帶和皮膚，即使沒(méi)有主動(dòng)的大腦控制，也可以幫助我們做出明智的舉動(dòng)。通過(guò)使用最先進(jìn)的3D打印技術(shù)來(lái)打印類(lèi)似人的軟手，我們現(xiàn)在能夠探索物理設(shè)計(jì)的重要性，而與主動(dòng)控制隔離開(kāi)來(lái)，這是人類(lèi)鋼琴演奏者無(wú)法做到的。不能像我們的機(jī)器人一樣“關(guān)閉”大腦。”

休斯說(shuō)：“對(duì)于這些無(wú)源系統(tǒng)，鋼琴演奏是一種理想的測(cè)試，因?yàn)樗且豁?xiàng)復(fù)雜而細(xì)微的挑戰(zhàn)，需要大量的行為才能實(shí)現(xiàn)不同的演奏風(fēng)格。”

通過(guò)考慮機(jī)械，材料特性，環(huán)境和腕部驅(qū)動(dòng)力如何影響手的動(dòng)力學(xué)模型來(lái)“教”該機(jī)器人。通過(guò)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(duì)機(jī)器人進(jìn)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(jiǎn)短樂(lè)句，這些音符是通過(guò)腕部運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。休斯說(shuō)：“目前，這只是基礎(chǔ)知識(shí)，但是即使采取了這一行動(dòng)，我們?nèi)匀豢梢垣@得相當(dāng)復(fù)雜和細(xì)微的行為。”

盡管機(jī)器人手有局限性，研究人員表示，他們的方法將推動(dòng)對(duì)骨骼動(dòng)力學(xué)基本原理的進(jìn)一步研究，以完成復(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。

Iida說(shuō)：“這種機(jī)械設(shè)計(jì)方法可以改變我們構(gòu)建機(jī)器人技術(shù)的方式。” “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)。”

休斯說(shuō)：“我們可以擴(kuò)展這項(xiàng)研究，以研究如何完成更復(fù)雜的操縱任務(wù)：例如開(kāi)發(fā)可以執(zhí)行醫(yī)療程序或處理易碎物品的機(jī)器人。” “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)器人學(xué)習(xí)起來(lái)更加容易。”

標(biāo)簽： 3D打印的機(jī)械手