剑桥研发有骨骼韧带的机器手，灵活弹奏圣诞钢琴曲

新智元报道

来源：techxplore

编辑：木青

【新智元导读】完美复制人类所有骨骼和韧带的机器人手来了，它是由剑桥大学的研究人员利用软体材料和刚性材料3D打印而成，能够完成高复杂度的动作，例如，为你弹奏一首《jingle bell》。

来看看这只机器人手，有着和你一样骨骼和韧带，还能弹奏钢琴。

这是剑桥大学科学家的杰作，研究人员开发出了这种3D打印的机器人手，只需移动手腕即可在钢琴上弹奏出简短的音乐。快到圣诞啦，先让它给你弹奏一首《jingle bell》吧。

机器人手弹奏圣诞歌《Jingle Bell》

虽然无法真正媲美钢琴师，但它展示了复制人手的所有能力是多么具有挑战性，以及通过设计仍然可以实现复杂度高的运动。

软体和刚性材料联合打造，完美复制人手的所有骨骼和韧带

这副机器人手由3D打印的柔体和刚性材料制成，复制了人手中的所有骨骼和韧带，但还尚未复制肌肉或肌腱。尽管与人手相比，机器人手的运动范围还是有所局限，但研究人员发现依靠手的机械设计仍然可以实现令人惊讶的广范围运动。

当然了，机器人的手指不能独立灵活地移动——被称为被动运动（passive movement），但依然能够模仿不同风格的钢琴演奏，而无需改变手的材料或机械特性。这个科研结果已经被《Science Robotics》杂志报道，这可以帮助设计能够以最少的能量进行更自然运动的机器人。

动物和机器中的复杂运动源于大脑（或控制器）、环境和机械体之间的协同作用。系统的机械特性与设计对于智能功能非常重要，并且能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。

“我们可以利用被动运动来实现机器人的广泛运动，例如，步行、游泳或飞行，”该论文的第一作者、剑桥大学工程系Josie Hughes说，“智能机械设计使我们能够以最小的控制成本实现最大范围的运动：我们希望看到机械能够进行多少运动。”

“愚蠢人类”的灵活性，机器人仍望尘莫及

在过去的几年中，由于3D打印技术的进步，软体材料已经开始应用到机器人设计中，这使得研究人员能够增加这些运动系统的复杂性。

然而人手非常复杂，在机器人中重现其所有的灵活性和适应性是一项巨大的挑战。今天的大多数高级机器人都无法完成小孩子可以轻松完成的操作任务。

机器人手的制作过程 来源：Josie Hughes

“这个项目的基本动机是了解具体的智能，即我们机械体的智能，”领导这项研究的Fumiya Iida博士说，“我们的身体由智能机械设计组成，如骨骼、韧带和皮肤，即使没有拥有主观能动性的大脑控制，也可以帮助我们智能地行动。通过使用最先进的3D打印技术，打印出人类般柔软的机器手，我们现在能够探索物理设计的重要性。”

Hughes：“钢琴演奏是对这些被动系统的理想测试，因为它是一项复杂而细致的挑战，需要大量的动作来实现不同的演奏风格。”

通过考虑机械、材料特性、环境和手腕驱动如何影响手的动态模型，机器人被'教'如何谈钢琴的。通过驱动手腕，可以选择手与钢琴相互作用的方式，从而允许其具体智能确定它与环境的相互作用。

机器人手进行断奏表演

研究人员编写了机器人编程，通过手腕的运动实现了一些短片（断奏）或平滑（连音）音符。“这只是当时的基础知识，但即使采用这种单一动作，我们仍然可以获得相当复杂和细致入微的行为。”休斯说。

机器人手进行连音表演

尽管机器人手的局限性，研究人员表示他们的方法将推动进一步研究骨骼动力学的基本原理，以实现复杂的运动任务，以及学习被动运动系统的局限性。

“这种机械设计方法可以改变我们构建机器人的方式，”Iida说，“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。”

“我们可以扩展这项研究，以研究如何实现更复杂的操作任务：将来有希望开发出可以执行医疗程序或处理易碎物体的机器人，”Hughes说，“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，使机器人更容易学习控制。”

参考链接：

https://techxplore.com/news/2018-12-d-printed-robot-piano.html