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Una mano robótica que toca el piano con inteligencia humana

2018-12-24

Por Stephen Yin | The New York Times

Ya desde hace algunas décadas, científicos e ingenieros han estado construyendo y programando robots que tocan el piano. Pero hay algo diferente con la nueva mano robótica que acaricia las teclas: lo hace con técnicas que son como de manos humanas.

La nueva mano, presentada el 19 de diciembre en un artículo de Science Robotics, no es como las generaciones pasadas porque en lugar de basarse en un laberinto de motores, funciona de manera pasiva; es decir, los dedos no están conectados a motores de manera individual. Más bien, un brazo mecánico controla solamente la muñeca, mientras que el resto de la mano sigue un diseño inspirado en la anatomía humana.

“Nuestro objetivo es alejarnos del enfoque tradicional en la robótica, según el cual un motor proporciona un solo comportamiento, porque así no se tocan todas las notas”, afirmó Josie Hughes, investigadora del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Cambridge quien estuvo a cargo del desarrollo de la mano.

Su mano aún está lejos, por ahora, de dominar obras de Chopin o Debussy. Pero sí es capaz de ejecutar diversos estilos y dinámicas, y puede tocar una versión bastante decente de “Jingle Bells”.

La investigación es un paso más en los esfuerzos para diseñar robots que se muevan con la delicadeza de un cuerpo, según Cecilia Laschi, profesora del Instituto de Biorrobótica de la Escuela Superior Sant’Anna, en Italia (ella no participó en el estudio recientemente publicado).

Quizá los avances en este campo algún día podrían llevar a la creación de robots que puedan explorar entornos naturales o realizar diagnósticos médicos por medio del tacto.

Para inspirarse, Hughes y sus colaboradores recurrieron a la mano humana.

“Nuestra inteligencia no está únicamente en el cerebro: tenemos inteligencia distribuida por todo el cuerpo”, dijo Hughes. Añadió que gran parte de la inteligencia “surge de la mecánica y las estructuras físicas”. Al enfocarse en esto, su equipo diseñó una mano mecánica con huesos y ligamentos colocados justo como están en la mano humana.

Después, evaluaron cuán suaves o firmes debían ser los distintos componentes. Debido a la ausencia de motores, estos distintos niveles de rigidez generan complejidad. “Queríamos replicar la manera en que la mano humana es fuerte y poderosa, pero a la vez es capaz de realizar movimientos ligeros y delicados”, explicó Hughes.

Los investigadores fabricaron la mano con una impresora 3D que unió piezas de plástico duro con otras de hule suave en diferentes escalas a fin de crear ligamentos y articulaciones con distintos grados de rigidez. Después, unieron la mano a un brazo de robot que suele usarse en líneas de producción industrial.

Su equipo clasificó la técnica para tocar el piano en tres tipos de movimientos: golpeteos con un solo dedo, saltos y, por último, movimientos en los que se deslizan los pulgares. Usaron tres fragmentos de piezas musicales para evaluar las habilidades de su robot.

El primero, extraído de “Toccata”, del compositor italiano Scarlatti, requiere de una serie de golpecitos entrecortados, llamados staccato, que generalmente se realizan con el índice. Los ingenieros encontraron que mantener este dedo muy rígido era lo más parecido a la manera en que un humano interpretaría las notas. Hicieron que los dedos alrededor del índice estuvieran menos rígidos, para asegurarse de que el robot también pudiera tocar progresiones suaves y continuas, o legato.

Después, los investigadores usaron “Alligator Crawl” del pianista de jazz estadounidense Fats Waller, a fin de ver la capacidad de su robot para tocar octavas. Se percataron de que los saltos grandes requieren de ligamentos flexibles en los valles entre los dedos, pero de cierta rigidez en las articulaciones de las falanges para asegurar que las notas se escuchen claras en el ataque.

Finalmente, el equipo de Hughes se abocó al pulgar, un dedo especialmente complejo. “Rhapsody in Blue”, del compositor estadounidense George Gershwin, les ayudó a reproducir la manera en que un pulgar se patina por las teclas para crear un desliz en el tono, que se llama glissando. Una baja rigidez en las articulaciones de los pulgares —la más baja que probaron los investigadores— les ayudó a crear un glissando suave. También permitió que el índice se atravesara sobre el pulgar, una complicada maniobra que los pianistas emplean con frecuencia para moverse con mayor facilidad entre las teclas.

Hughes dijo que, en comparación con muchos bots de piano anteriores, este mostró flexibilidad en el control del volumen, los movimientos del pulgar y al tocar staccato y legato. El equipo de la investigadora de Cambridge piensa añadir sensores, motores y componentes que hacen de tendones, lo cual ayudará a crear una gama más amplia de comportamientos.

A final de cuentas, espera crear un robot que pueda hacer interpretaciones expresivas en el piano y no sólo concentrarse en una fidelidad estricta.

“Vamos más allá de considerar las notas como una mera lista de instrucciones”, sostuvo. “Tocar el piano es un arte. Queremos introducir esa complejidad, profundidad y maestría en el comportamiento de nuestro robot”.