Cyborg鼓手和AI的团队创造音乐,不是人为
设计一个机器人假肢的专业鼓手
技术的进步,从人工智能到3 d打印技术,革新了假肢的设计。最先进的假肢让佩戴者完成任务我们大多数人认为是理所当然的。因为假肢的目标是使佩戴者完成任务很重要他们的日常生活中,通常发现假肢定制的各种活动,跑步,骑自行车,甚至是跳舞。
假肢设计需要的技能从不同的学科,如生物医学工程、机器人、机械工程、计算机科学音乐。是的,音乐。跑步者需要运行,和鼓手需要鼓。
创建一个自定义机器人假肢的鼓被证明是完美的项目来自佐治亚理工学院的一个团队音乐技术中心(GTCMT)。虽然进步假肢设计中通常包括肌肉或受雇激活,这个项目是独一无二的部分设计的自治:佩戴者不完全控制假肢的行动。
杰森·巴恩斯,专业鼓手,使用自主机器人打鼓假肢。
鼓手的车程回到打鼓
杰森·巴恩斯是一个鼓手。他在雷鬼和前卫金属乐队和列表鼓手的马特•Garstka卢克荷兰,和尼尔·皮尔特在他的音乐中有影响力的人。
“我第一次进入音乐在我12岁的时候。我爸爸开始教我弹吉他,我从来没有真正把它捡起来。然后我有一个鼓工具包为圣诞节,当我15岁。从那以后,我一直在一个鼓手。”
杰森·巴恩斯,专业的鼓手
22岁时,他在工作场所事故中失去了右臂。事故发生前几天他原定试演亚特兰大音乐和媒体研究所(AIMM)。有抱负的鼓手决心回到他的音乐。从医院被释放后不久,他创建了自己的基本的鼓点假肢。这是一个重要的步骤在他情感复苏。
“只有事故发生几周后,我在残肢仍有绷带,”他说,“所以我贴一个鸡腿绷带,接着玩。那是我一生的转折点,让我知道它仍然是可能的。”
他发展自己的弹簧打鼓假肢,他重新应用到学校时使用。在2013年他接受了AIMM,一年后他最初计划试镜。
新的假肢,新的音乐
在他的第一个私人教训AIMM老师埃里克·桑德斯,巴恩斯描述概念开发的机器人版本他打鼓的手臂。桑德斯巴恩斯的一些在线视频机器人的音乐家来自佐治亚理工学院。通过一系列介绍,巴吉尔·温伯格教授会面,建国大学的音乐技术中心的主任,他是准备一个新项目。
温伯格教授和他的学生混合的世界音乐和技术,建筑表现音乐机器人。他们专注于音乐是如何被人背后的科学,然后使用机器学习来构建算法,因此,机器人能够理解音乐。机器人学会理解音乐的元素,如节拍,节奏和切分音。虽然他们理解音乐人类一样,他们可以执行以无与伦比的速度和技巧。他们表现音乐,人类却不能。
“这是有趣的工作,”Weinberg说。“我们使用音乐思想推动机器人的能力。然后音乐的新机器人的能力推动新思想。”
巴恩斯温伯格教授发邮件,询问GTCMT团队将建立一个假肢,这样他就可以恢复的能力手腕。他想要共同研发出了一种肌肉控制的电脑假肢,翻译他上臂的肌肉运动来控制一个机械化前臂和手腕。
“手腕非常重要的鼓手的表达,我们在这些其他机器人的执行机构。但是我们没有制造机器人的经验,实际上是人体的延伸,如Cyborg。这使得这个项目非常有趣。”
吉尔·温伯格博士,佐治亚理工学院
温伯格教授同意创建一个机器人假肢但也感兴趣的设计与现有研究音乐即兴使用的机器人的音乐家。
“我说,‘当然,我们感兴趣的。’”温伯格说。“然后我问他,‘如果设计能让你有一个棒被肌肉控制所以你要人工的手腕,我们添加第二个粘有介意的吗?它将即兴创作,将推动你新的音乐领域。”
虽然不是他最初的目标,巴恩斯欣然同意。温伯格获得了美国国家科学基金会的拨款基金的发展。
温伯格教授玩键盘在GTCMT实验室。
设计过程中
最初的设计是在仅仅六个月完成。鼓中风,使用MATLAB和Simulink模型。金宝app假肢电机,功率两个腿,每个能打鼓的速度比人类的鼓手,速度每秒20胜。首先是控制身体巴恩斯的手臂和电子都使用在他的二头肌肌电图(EMG)传感器。第二个是自治、听音乐和即兴创作一个免费打。这是一个可穿戴的机器人。
自主机器人打鼓假肢的特写。
“这假体远优于现有的东西。它还相当类似于我以前会鼓。我只是我通常会使用flex相同的肌肉,他们发出一个信号的手臂,使其采取相应的行动。越努力我flex,严格控制在棍。”
杰森·巴恩斯,专业的鼓手
也有差异:可穿戴机器人使巴恩斯创造真正独特的音乐。它使用人工智能(AI)检测节拍,节奏,和密度在他打鼓和响应击败这补充“听到”。它还自主听吉他手和调整速度的和弦演奏和弦的基础上。
“二次粘有自己的思想,因此即兴创作自己的模式。延迟不是一个问题。也是极快,可以玩速率不是人类。就像我对机器人干扰。有时很酷和创造性,有时它是烦人。所以,就像一个典型的乐队练习与乐队成员。“巴恩斯保持创造性的控制:“扔东西你不会期望,所以你必须在你的游戏。但最终我决定这鼓我想打它,甚至如果我想玩机器人腿上鼓放在第一位。虽然我不能控制它,我做控制它。”
杰森·巴恩斯,专业的鼓手
开始时,团队严重依赖机电工程技术。机械臂的构造和操作可靠,团队转换到计算机科学和人工智能的焦点。他们开发了机器学习和深度学习代码,使假肢和其他机器人与音乐家。
扎克Kondak(左),贾森·巴恩斯(鼓),温伯格教授(右)在GTCMT实验室。
“我们使用不同的技术变化的复杂性,从非常基本的机器学习技术,如马尔可夫链更复杂的算法,如卷积神经网络,”扎克Kondak说,一个刚毕业的GTCMT专业机械音乐才能。
“例如,我们可以在实时运行简单的算法,机器人很快与我们互动。然而,深入学习算法能够组成非常丰富和结构化的音乐。这是离线完成。”
扎克Kondak,佐治亚理工学院
重新设计的可移植性
团队想要创建一个设计可以提供其他音乐家需要假肢,但挑战仍然存在。目前的设计是沉重的,需要一个交流电源。它还拴在两台计算机进行信号处理。他们正在解决这些问题重新设计。
计划重新设计将继续与EMG信号从手臂控制设备但将使用嵌入式处理器,所以所有信号处理将在设备上完成。电池将取代交流电源的要求。它也将更轻的重量,因为支持设备的重量可以成为累在长期性能。金宝app
“我们将下一次迭代移动,所以杰森自己可以使用它,”温伯格说,“和有一个职业音乐家。”
巴恩斯,他的终极目标是旅行。“是的,只是播放音乐,”他说。“它没有得到任何比这更好。这一直是我的激情。”
