Gli scienziati hanno sviluppato una mano robotica stampata in 3D che può riprodurre semplici frasi musicali al pianoforte semplicemente muovendo il polso. E mentre il robot non è un virtuoso, dimostra quanto sia difficile replicare tutte le capacità di una mano umana, e quanto movimento complesso può ancora essere ottenuto attraverso il design.

La mano robotica, sviluppato da ricercatori dell'Università di Cambridge, è stato realizzato stampando in 3D materiali morbidi e rigidi insieme per replicare tutte le ossa e i legamenti, ma non i muscoli o i tendini, in una mano umana. Anche se questo limitava il raggio di movimento della mano robotica rispetto a una mano umana, i ricercatori hanno scoperto che era ancora possibile una gamma di movimenti sorprendentemente ampia facendo affidamento sul design meccanico della mano.

Usando questo movimento "passivo", in cui le dita non possono muoversi indipendentemente, il robot è stato in grado di imitare diversi stili di esecuzione del pianoforte senza modificare il materiale o le proprietà meccaniche della mano. I risultati, riportato sul giornale Robotica scientifica , potrebbe aiutare a informare la progettazione di robot in grado di eseguire movimenti più naturali con un consumo energetico minimo.

Il movimento complesso negli animali e nelle macchine risulta dall'interazione tra il cervello (o controller), l'ambiente e il corpo meccanico. Le proprietà meccaniche e il design dei sistemi sono importanti per il funzionamento intelligente, e aiuta sia gli animali che le macchine a muoversi in modi complessi senza spendere inutili quantità di energia.

"Possiamo usare la passività per ottenere un'ampia gamma di movimenti nei robot:camminare, nuotare o volare, Per esempio, ", ha affermato Josie Hughes del Dipartimento di Ingegneria di Cambridge, il primo autore dell'articolo. "Il design meccanico intelligente ci consente di ottenere la massima gamma di movimenti con costi di controllo minimi:volevamo vedere quanto movimento potevamo ottenere con la sola meccanica".

Negli ultimi anni, i componenti morbidi hanno iniziato ad essere integrati nella progettazione robotica grazie ai progressi nelle tecniche di stampa 3D, che ha permesso ai ricercatori di aggiungere complessità a questi sistemi passivi.

La mano umana è incredibilmente complessa, e ricreare tutta la sua destrezza e adattabilità in un robot è una sfida enorme per la ricerca. La maggior parte dei robot avanzati odierni non è in grado di svolgere compiti di manipolazione che i bambini piccoli possono eseguire con facilità.

"La motivazione di base di questo progetto è comprendere l'intelligenza incarnata, questo è, l'intelligenza nel nostro corpo meccanico, " ha detto il dottor Fumiya Iida, che ha condotto la ricerca. "I nostri corpi sono costituiti da progetti meccanici intelligenti come ossa, legamenti, e pelli che ci aiutano a comportarci in modo intelligente anche senza un controllo attivo guidato dal cervello. Utilizzando la tecnologia di stampa 3D all'avanguardia per stampare mani morbide simili a quelle umane, ora siamo in grado di esplorare l'importanza dei progetti fisici, in isolamento dal controllo attivo, cosa impossibile da fare con i pianisti umani poiché il cervello non può essere "spento" come il nostro robot."

"Suonare il pianoforte è un test ideale per questi sistemi passivi, poiché è una sfida complessa e ricca di sfumature che richiede una gamma significativa di comportamenti per ottenere diversi stili di gioco, " ha detto Hughes.

Al robot è stato "insegnato" a giocare considerando come la meccanica, proprietà dei materiali, l'ambiente e l'azionamento del polso influiscono tutti sul modello dinamico della mano. Azionando il polso, è possibile scegliere come la mano interagisce con il pianoforte, permettendo all'intelligenza incarnata della mano di determinare come interagisce con l'ambiente.

I ricercatori hanno programmato il robot per riprodurre una serie di brevi frasi musicali con note ritagliate (staccato) o lisce (legato), ottenuto attraverso il movimento del polso. "Sono solo le basi a questo punto, ma anche con questo singolo movimento, possiamo ancora ottenere comportamenti piuttosto complessi e sfumati, " ha detto Hughes.

Nonostante i limiti della mano robotica, i ricercatori affermano che il loro approccio guiderà ulteriori ricerche sui principi alla base della dinamica scheletrica per raggiungere compiti di movimento complessi, così come imparare dove si trovano i limiti per i sistemi di movimento passivo.

"Questo approccio alla progettazione meccanica può cambiare il modo in cui costruiamo la robotica, " ha detto Iida. "L'approccio di fabbricazione ci permette di progettare strutture meccanicamente intelligenti in un modo che è altamente scalabile."

"Possiamo estendere questa ricerca per studiare come possiamo realizzare compiti di manipolazione ancora più complessi:sviluppare robot in grado di eseguire procedure mediche o manipolare oggetti fragili, ad esempio, " ha detto Hughes. "Questo approccio riduce anche la quantità di apprendimento automatico necessaria per controllare la mano; sviluppando sistemi meccanici con intelligenza integrata, rende il controllo molto più facile da imparare per i robot."