Los científicos han desarrollado una mano robótica impresa en 3D que puede tocar frases musicales simples en el piano con solo mover la muñeca. Y aunque el robot no es un virtuoso, demuestra cuán desafiante es replicar todas las habilidades de una mano humana, y cuánto movimiento complejo todavía se puede lograr a través del diseño.

La mano del robot desarrollado por investigadores de la Universidad de Cambridge, se fabricó mediante la impresión en 3D de materiales blandos y rígidos para reproducir todos los huesos y ligamentos, pero no los músculos ni los tendones, de una mano humana. Aunque esto limitaba el rango de movimiento de la mano del robot en comparación con una mano humana, Los investigadores encontraron que aún era posible una gama sorprendentemente amplia de movimiento confiando en el diseño mecánico de la mano.

Utilizando este movimiento "pasivo", en el que los dedos no pueden moverse de forma independiente, el robot pudo imitar diferentes estilos de tocar el piano sin cambiar el material o las propiedades mecánicas de la mano. Los resultados, reportado en la revista Ciencia Robótica , podría ayudar a informar el diseño de robots que son capaces de un movimiento más natural con un uso mínimo de energía.

El movimiento complejo en animales y máquinas resulta de la interacción entre el cerebro (o controlador), el medio ambiente y el cuerpo mecánico. Las propiedades mecánicas y el diseño de los sistemas son importantes para el funcionamiento inteligente, y ayudar tanto a los animales como a las máquinas a moverse de formas complejas sin gastar cantidades innecesarias de energía.

"Podemos utilizar la pasividad para lograr una amplia gama de movimientos en los robots:caminar, nadando o volando, por ejemplo, "dijo Josie Hughes del Departamento de Ingeniería de Cambridge, el primer autor del artículo. "El diseño mecánico inteligente nos permite lograr el rango máximo de movimiento con costos de control mínimos:queríamos ver cuánto movimiento podíamos obtener solo con la mecánica".

Durante los últimos años, Los componentes blandos han comenzado a integrarse en el diseño robótico gracias a los avances en las técnicas de impresión 3-D, lo que ha permitido a los investigadores agregar complejidad a estos sistemas pasivos.

La mano humana es increíblemente compleja, y recrear toda su destreza y adaptabilidad en un robot es un enorme desafío de investigación. La mayoría de los robots avanzados de hoy en día no son capaces de manipular tareas que los niños pequeños pueden realizar con facilidad.

"La motivación básica de este proyecto es comprender la inteligencia incorporada, es decir, la inteligencia en nuestro cuerpo mecánico, "dijo el Dr. Fumiya Iida, quien dirigió la investigación. "Nuestros cuerpos constan de diseños mecánicos inteligentes, como huesos, ligamentos, y pieles que nos ayudan a comportarnos de forma inteligente incluso sin un control activo del cerebro. Al utilizar la tecnología de impresión 3-D de última generación para imprimir manos suaves similares a las humanas, ahora podemos explorar la importancia de los diseños físicos, aislado del control activo, lo cual es imposible de hacer con los pianistas humanos, ya que el cerebro no se puede 'apagar' como nuestro robot ".

"Tocar el piano es una prueba ideal para estos sistemas pasivos, ya que es un desafío complejo y matizado que requiere una gama significativa de comportamientos para lograr diferentes estilos de juego, "dijo Hughes.

Al robot se le `` enseñó '' a jugar considerando cómo la mecánica, propiedades materiales, El entorno y la actuación de la muñeca afectan el modelo dinámico de la mano. Actuando con la muñeca, es posible elegir cómo interactúa la mano con el piano, permitiendo que la inteligencia encarnada de la mano determine cómo interactúa con el medio ambiente.

Los investigadores programaron el robot para que tocara una serie de frases musicales cortas con notas recortadas (staccato) o suaves (legato). logrado a través del movimiento de la muñeca. "Es solo lo básico en este momento, pero incluso con este solo movimiento, todavía podemos tener un comportamiento bastante complejo y matizado, "dijo Hughes.

A pesar de las limitaciones de la mano del robot, los investigadores dicen que su enfoque impulsará más investigaciones sobre los principios subyacentes de la dinámica esquelética para lograr tareas de movimiento complejas, así como aprender dónde se encuentran las limitaciones de los sistemas de movimiento pasivo.

"Este enfoque del diseño mecánico puede cambiar la forma en que construimos la robótica, ", dijo Iida." El enfoque de fabricación nos permite diseñar estructuras mecánicamente inteligentes de una manera que es altamente escalable ".

"Podemos ampliar esta investigación para investigar cómo podemos lograr tareas de manipulación aún más complejas:desarrollar robots que puedan realizar procedimientos médicos o manipular objetos frágiles," por ejemplo, ", dijo Hughes." Este enfoque también reduce la cantidad de aprendizaje automático necesario para controlar la mano; mediante el desarrollo de sistemas mecánicos con inteligencia incorporada, hace que el control sea mucho más fácil de aprender para los robots ".