Erlernen von Feinmotorik: Künstliche Hand lernt Klavierspiel durch Zuhören
Wer einmal ein Instrument lernen wollte, könnte neidisch werden: Forschende der USC Viterbi School of Engineering in Kalifornien haben eine robotische Hand entwickelt, die eine Melodie nach einmaligem Hören sofort auf einem Klavier nachspielen kann – ohne Notenblatt oder einprogrammierte Partituren.
Die Hand besteht aus vier Fingern, deren Sehnen über kleine Elektromotoren angesteuert werden. Neuronale Netze analysieren den Klang einer Melodie und wandeln ihn in Befehle um, über die die Motoren angesteuert werden. Bevor die Hand jedoch in der Lage ist, Musikstücke nachzuspielen, muss sie einmalig trainiert werden. Dafür drücken die Finger zwei Minuten lang mit wechselnder Kraft auf den Klaviertasten herum. Während dieser Phase, die die Forschenden »motorisches Plappern« nennen, lernen die neuronalen Netze, welches Motorsignal mit welchem Ton verknüpft ist. Anschließend kann der Roboter gehörte Melodien unmittelbar nachspielen.
Zu Testzwecken ließen die Fachleute die robotische Hand gegen neun Menschen antreten, vier davon waren ausgebildete Pianisten, fünf waren Klavieranfänger. Auf vier Klaviertasten sollten sie drei Melodien von bis zu 24 Anschlägen nachspielen. Zwei professionelle Komponisten bewerteten die nachgespielten Melodien blind. Wie sich herausstellte, gab die künstliche Hand die Melodie nicht nur besser wieder als die Klavieranfänger, das Niveau des robotischen Spiels war sogar vergleichbar mit dem der ausgebildeten Pianisten.
Die neuronalen Netze verknüpfen die Kraft beim Anschlag mit dem erzeugten Ton.
Den eigentlichen Zweck der entwickelten Technik sehen die Forschenden allerdings nicht primär im Klavierspiel. Vielmehr wollen sie für unterschiedliche Anwendungen Robotik entwickeln, die ihre Umgebung wahrnimmt und nach einer kurzen Lernphase und ohne ausgiebiges Training Menschen bei komplexen Bewegungsabläufen hilft. Als Beispiel nennen sie Parkinson-Erkrankte, die kurz nach der ersten Diagnose ein Exoskelett auf ihre typischen Bewegungsabläufe eintrainieren. In einem fortgeschrittenen Stadium der Krankheit könnten sie das Exoskelett wieder anziehen und sich damit wieder wie früher bewegen.
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