نجح فريق من الباحثين في تطوير يد روبوتية مبتكرة تمكنت من تعلم العزف على البيانو دون الاعتماد على نوتات موسيقية أو مقطوعات مبرمجة مسبقًا. مستندة إلى أسلوب تعلم يشبه الطريقة التي يكتشف بها الأطفال الرضع قدراتهم الحركية من خلال التجربة والخطأ.
ووفقًا لما أورده موقع Interesting Engineering. تعتمد التقنية على مفهوم يعرف باسم “المناغاة الحركية”. والذي يتيح للروبوت استكشاف الحركات الممكنة وربطها بالنتائج الناتجة عنها بشكل مستقل.
دقيقتان من التدريب تكفيان
خلال مرحلة تدريب لم تتجاوز دقيقتين، قامت اليد الروبوتية بالضغط بشكل عشوائي على مفاتيح البيانو. مع تسجيل الأصوات الناتجة وتحليل الحركات المرتبطة بها.
وبعد انتهاء هذه المرحلة القصيرة، تمكن النظام من الانتقال إلى مستوى أكثر تعقيدًا. حيث استطاع عزف لحن جديد بالكامل يتكون من 30 نغمة من المحاولة الأولى، ومن دون الحاجة إلى أي تصحيحات أثناء الأداء.
أداء يقترب من العازفين البشر
قال فرانسيسكو فاليرو-كويفاس، أستاذ الهندسة الطبية الحيوية وهندسة الطيران والهندسة الميكانيكية في كلية فيتربي بجامعة جنوب كاليفورنيا والمؤلف الرئيسي للدراسة. إن النظام تمكن من تعلم مهارة ترتبط عادة بالقدرات الإنسانية الفطرية، وهي التعبير الفني، باستخدام جهاز كمبيوتر محمول بسيط وفترة تدريب قصيرة للغاية.
وأضاف أن النتائج تمثل نموذجًا مختلفًا عن الروبوتات التقليدية التي تعتمد على كميات ضخمة من البيانات والتدريب المسبق.
كما أظهرت اختبارات الأداء الأعمى أن بعض الحكام الموسيقيين واجهوا صعوبة في التمييز بين عزف الروبوت وعزف أربعة من عازفي البيانو البشر المشاركين في التجربة.
نهج جديد بعيدًا عن قواعد البيانات الضخمة
على عكس معظم الأنظمة الروبوتية الحديثة، لا يعتمد هذا الروبوت على قواعد بيانات هائلة أو نماذج تدريب معقدة. بل يستخدم أسلوب “المناغاة الحركية” لبناء فهم مباشر للعلاقة بين الحركة والصوت.
وتعمل اليد الروبوتية بواسطة أربعة أصابع مزودة بأوتار ومحركات كهربائية صغيرة تحاكي البنية التشريحية لليد البشرية. بينما تتولى الشبكات العصبية تحليل الألحان الجديدة وتحويلها إلى أوامر حركية دقيقة تسمح بإعادة إنتاجها بسرعة وكفاءة.
وأوضح الباحثون أن الروبوتات التقليدية تفترض الحاجة إلى معلومات كاملة قبل اتخاذ القرار، في حين تعتمد الكائنات الحية على الإدراك والتخمين والتكيف المستمر مع البيئة المحيطة، وهو ما سعت الدراسة إلى محاكاته.
خطوة نحو عصر “الروبوتات الإدراكية”
يمثل المشروع تطبيقًا عمليًا لمفهوم “الروبوتات الإدراكية”. وهو اتجاه جديد يهدف إلى تطوير أنظمة قادرة على التعلم الذاتي والتكيف مع الظروف المتغيرة دون الحاجة إلى إعادة البرمجة المستمرة.
ويتيح هذا النهج للروبوتات استكشاف بيئتها، واختبار الحركات المختلفة، وتصحيح أدائها بشكل مستقل أثناء التشغيل.
تطبيقات طبية تتجاوز عالم الموسيقى
ورغم أن الروبوت أثبت قدرته على العزف الموسيقي. فإن الباحثين يؤكدون أن الهدف الحقيقي من التقنية يكمن في المجال الطبي والرعاية الصحية.
ويرى الفريق أن هذا النوع من الأنظمة يمكن أن يقدم دعمًا أكثر مرونة للمرضى مقارنة بالأجهزة التقليدية، خاصة للأشخاص الذين يعانون من أمراض تؤثر على الحركة مثل مرض باركنسون.
دعم مرضى باركنسون والسكتات الدماغية
بحسب الباحثين، يمكن مستقبلاً تطوير هياكل خارجية قابلة للارتداء تتعلم أنماط حركة المستخدم خلال أيام قليلة فقط. ثم تساعده على الحفاظ على قدراته الحركية أو استعادتها مع تطور حالته الصحية.
كما يمكن استخدام التقنية في تصميم روبوتات منزلية قادرة على محاكاة أساليب العلاج الطبيعي وتقديم تمارين مخصصة للمرضى مع التكيف الفوري مع احتياجاتهم.
ويتوقع المطورون أن تسهم هذه التكنولوجيا في دعم مرضى السكتات الدماغية، ومساعدة كبار السن على الحفاظ على استقلاليتهم، فضلاً عن تعزيز قدرات العاملين في المهن التي تتطلب مجهودًا بدنيًا كبيرًا.