机械手弹奏着欢快的曲调

机器人手可以通过摇动和滚动手腕来播放简单的音乐短语  Josie Hughes/University of Cambridge

对机器人学家来说，模仿人类手的复杂运动并非易事。除了多个骨骼和关节外，还有肌腱、韧带、肌肉、神经等需要尝试和匹配的部位。剑桥大学的研究者们在简化设计和削减控制机器人手所需的编程方面进行了研究，并开发了一种弹钢琴的软骨架机器人。

机器人手在Stratasys Connex 5000 3D打印机上进行3D打印，使用柔软和坚硬的材料，基本上复制了人类手的骨骼和韧带。这是连接在手腕上的一个UR5机械臂，它允许使用Python API精确控制骨骼手。


手指没有任何执行器或液压装置，因此无法自行移动，但通过扭转手腕，研究人员设法让手指在钢琴键盘上选择键，并播放简单的曲子   Josie Hughes/University of Cambridge
 
手指没有任何执行器或液压装置，因此无法自行移动，但通过在手腕上扭动手，研究人员设法让手指在钢琴键盘上选择键，并播放简单的曲子。多亏了3D打印技术，研究人员能够改变骨骼之间韧带的硬度，从而实现玩耍和运动的灵活性。

“我们的身体由智能机械设计组成，比如骨骼、韧带和皮肤，即使没有大脑主导的主动控制，它们也能帮助我们智能地行动，”项目负责人Fumiya Iida博士说。“通过使用最先进的3D打印技术打印出像人类一样柔软的手，我们现在能够探索物理设计的重要性，而不是主动控制，这是人类钢琴演奏者不可能做到的，因为大脑不能像我们的机器人那样‘关闭’。”

科学家们观察了单手指敲击、拇指运动和手的伸展行为。在第一系列实验中，使用了四个手指，观察了不同的控制参数。拇指运动实验涉及设计中的拇指和食指，旨在复制人类玩家在按顺序在音符上平稳移动时的行为。当观察到完整的手跨行为时，跳跃和过渡是游戏的目标。

钢琴上的力感应电阻将演奏数据实时输入Arduino微控制器，以测量行为和性能。

该团队的乔西·休斯（Josie Hughes）说：“我们可以利用被动性在机器人身上实现各种各样的运动：例如行走、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：我们想看看单靠机械就能实现多大的运动。”


这种柔软的机械手不会赢得任何钢琴演奏比赛，但研究人员表示，它可能会导致设计出能够更自然地运动，同时减少能源消耗的机器人  Josie Hughes/University of Cambridge

有很多更先进的机器人手的例子，这一个不会赢得任何钢琴演奏比赛，但研究人员说，这可能会导致设计出能够更自然地运动，同时减少能源消耗的机器人。

未来，这项研究可能会扩大范围，以研究更复杂的操作，从而有可能开发出使用这种方法执行医疗任务或更像我们一样处理易碎物体的机器人。

资料来源：University of Cambridge