Хайле (робот)

Хейл (произносится как Хай-ли) — робот- перкуссионист, разработанный Технологическим институтом Джорджии , который слушает музыку в реальном времени и создает аккомпанирующий бит. Робот был разработан в 2006 году профессором музыкальных технологий Технологического института Джорджии Гилом Вайнбергом . Он и один из его аспирантов, Скотт Дрисколл, создали робота, чтобы он мог «слушать, как человек, [и] импровизировать, как робот» (Вайнберг). ^[1] Хайле «слушает» через микрофон, установленный на барабане, и анализирует звук, разделяя его на доли, ритмы, высоту звука и ряд других качеств. Обнаружение изменений в этих качествах помогает Хейлу принять на себя либо ведущий, либо ведомый стиль игры, роли, которые определяют способности робота к сотрудничеству. Хейл также был первым роботом, который создавал акустическую перкуссию, а не воспроизводил музыку через динамики. Его антропоморфный дизайн, который дает ему подвижные руки, которые могут двигаться в любом направлении, позволяет ему создавать акустическую музыку.

Цели и предназначение

Первоначальная цель Дрисколла при создании Haile заключалась в том, чтобы объединить использование слухового ввода и робототехники для создания музыкального опыта, который приведет к дальнейшему взаимодействию человека и робота . Конечной целью был робот, который мог бы преобразовывать живую музыку в акустическое исполнение, которое могло бы реализовать и превзойти человеческие возможности. Haile был создан не для того, чтобы заменить музыкантов-людей, а скорее для того, чтобы сопровождать их выразительной игрой. ^[2]

Эти цели привели к тому, что Вайнберг захотел создать акустический музыкальный опыт. Его более ранние эксперименты не смогли учесть визуальные или слуховые аспекты, связанные с акустической музыкой. Функциональные руки Хейла, играющие на барабанах, добавляют музыкальные сигналы (визуально стимулирующие прыгающие барабанные палочки и живые акустические звуки), которых нет в других роботах. ^[1] Кроме того, другие попытки создания роботов, играющих на ударных инструментах, как заметил Вайнберг, были ограничены в разнообразии ритмов, которые они могли воспроизводить. Haile не только предварительно загружен отдельными битами, но также запрограммирован на определение высоты тона, ритма и паттернов, что позволяет ему каждый раз импровизировать и воспроизводить разные ритмы, а не просто имитировать. ^[3]

Дизайн

Хайле Антропоморфный или человекоподобный дизайн имитирует движения человека, что поддерживает интерактивную игру с другими музыкантами. Две его роботизированные руки отвечают за создание разных звуков; правая рука играет более быстрые ноты, а левая рука совершает более широкие движения для более громких и медленных ударов. В то время как другие барабанщики-роботы в то время ограничивались игрой лишь в нескольких местах на барабане, Haile универсален в своей способности играть по прямой линии от края к центру барабана. ^[1]

Форма

Деревянный дизайн Хейла был смоделирован так, чтобы соответствовать естественному ощущению пау-вау коренных американцев (собрание коренных американцев), поэтому он был сделан из дерева, а не из металла. Деревянные детали были изготовлены в Лаборатории передовых изделий из древесины. Архивировано 24 ноября 2014 г. на Wayback Machine в Архитектурном колледже Технологического института Джорджии с использованием фрезерного станка по дереву с ЧПУ . Первоначально он был разработан для игры на барабане пау-вау, многопользовательском барабане, который поддерживает совместную цель Хейла. Однако он также был изготовлен с металлическими шарнирами, которые позволяют регулировать его высоту, чтобы можно было играть на других барабанах. Эти суставы являются ключом к движению руки робота вверх и вниз, влево и вправо, вперед и назад. При необходимости они отсоединяются, что позволяет провести полную разборку. ^[4]

Восприятие

Хейл использует микрофон на барабане, который впервые в реальном времени улавливает ритмы, играемые человеком. Робот определяет темп и ритм, позволяя ему играть вместе с другим игроком. Он также может подстраиваться под изменения громкости, темпа или ритма человека, позволяя ему переключаться между аккомпанирующей и ведущей игрой. ^[5] Вайнберг и его команда впервые разработали у робота способность восприятия низкого уровня, которая включает в себя определение начала удара , высоты тона, амплитуды и плотности. С точки зрения звука, под ударом понимается явное изменение как громкости, так и качества звука. После захвата внешней музыки звук анализируется с помощью ряда инструментов, называемых модулями восприятия, каждый из которых обнаруживает определенный аспект звука:

Высота тона – обнаруживает удары и изменения частоты и преобразует их для поиска высоты тона. ^[3]
Beat – обрабатывает начало и определяет ритм и темп. ^[3]
Амплитуда – распознает изменения громкости, чтобы определить, когда взять на себя ведущую или ведомую роль. ^[3]
Плотность — определяет изменения сложности ритма в зависимости от темпа, что также помогает Хейлу взять на себя ведущую или следующую роль. ^[6]

Механика руки

Руки Хайле приводятся в движение двумя разными способами. В левой руке используется линейный двигатель , который отвечает за более крупные движения, соответствующие более громким звукам. Линейный двигатель вместе с линейным энкодером используется для управления высотой руки робота. Более крупные движения громче и заметнее, но ограничивают раскачивание руки с максимальной скоростью 11 Гц. Правый рычаг, играющий более мягкие и быстрые ноты, приводится в движение соленоидом , в котором используется алюминиевая палочка и возвратная пружина, способная ударять по барабану с частотой до 15 Гц. Оба рычага способны наносить удары в любую точку (от обода до центра) по барабану за счет использования линейного ползуна , что позволяет каждому из них совершенно независимо двигаться в одном направлении.

Играя

Система Хейла использует модель «лидер-последователь», используя изменения темпа и ритма, чтобы определить, кто является текущим лидером. Хайле понимает появление нового лидера по музыкальным изменениям (темп, громкость, ритм и т. д.). ^[5] Робот имеет два режима игры:

Как последователь, Хайле сначала анализирует внешнюю музыку. Затем он согласовывает и поддерживает темп, позволяя игроку-человеку играть более сложные ритмы. Хайле также может определить, когда другой игрок начинает играть громче или быстрее, вынуждая его выполнять роль подчинения. Когда люди играют основные ритмы в устойчивом темпе, робот берет на себя инициативу. ^[5]
Как лидер, Хайле использует ритмы, ранее созданные человеком, и импровизирует ритм правой рукой. Левая рука определяет и поддерживает темп другого игрока. ^[5]

Проблемы

Некоторые из проблем, с которыми Вайнберг столкнулся при программировании Хейла, заключались в способности различать разные одновременные звуки. Первоначально алгоритмы анализа не могли выделить более мягкие и тонкие ноты среди более громких звуков. Кроме того, неспособность отфильтровывать окружающий шум мешала Haile работать должным образом. После значительной настройки фильтры и входное оборудование были настроены так, чтобы различать музыку разной громкости, игнорируя при этом мешающий шум. ^[2]

Поскольку Хейл был создан для того, чтобы играть либо ведущую, либо ведомую роль, алгоритмы раннего обнаружения ограничивали способность человека руководить. Робот был спроектирован так, чтобы обнаруживать изменения в музыке, которую он слышит, но реагировал только на изменения темпа. Этот недостаток позволял человеку вести только до тех пор, пока он или она продолжали ускоряться или замедляться. Вайнберг, пытаясь смоделировать музыкальное взаимодействие человека, внедрил датчики громкости и плотности шума, чтобы помочь роботу определять лидерство. Эти дополнения дали человеку более длительные периоды лидерства, давая Хейлу больше возможностей опираться на то, что он услышал. ^[5]

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с Вайнберг, Гил; Дрисколл, Скотт (2007). «Конструкция робота-игрока на маримбе». Материалы 7-й международной конференции «Новые интерфейсы для музыкальной выразительности» — NIME '07 . п. 228. дои : 10.1145/1279740.1279786 . ISBN 978-1-4503-7837-6 . S2CID 6727904 .
^ Jump up to: ^а ^б Вайнберг, Гил; Дрисколл, Скотт; Парри, Митчелл (2005). «Хайле — интерактивный робот-перкуссионист» (PDF) . Материалы Международной компьютерной музыкальной конференции . 2005 . hdl : 2027/spo.bbp2372.2005.069 . Архивировано из оригинала (PDF) 5 марта 2016 г. Проверено 8 ноября 2014 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Эбшир, Мэтью. «Музыкальный робот сочиняет, исполняет и преподает» . CNN.com . Проверено 26 октября 2014 г.
^ Вайнберг, Гил; Дрисколл, Скотт (22 апреля 2006 г.). «Взаимодействие робота и человека с антропоморфным перкуссионистом». Материалы конференции SIGCHI по человеческому фактору в вычислительных системах . стр. 1229–1232. дои : 10.1145/1124772.1124957 . ISBN 978-1-59593-372-0 . S2CID 10301135 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Вайнберг, Гил; Блоссер, Брайан (9 марта 2009 г.). «Модель очередности лидера и последователя, включающая обнаружение ритма в музыкальном взаимодействии человека и робота». Материалы 4-й международной конференции ACM/IEEE по взаимодействию человека-робота . стр. 227–228. дои : 10.1145/1514095.1514149 . ISBN 978-1-60558-404-1 . S2CID 1200705 .
^ Вайнберг, Гил; Дрисколл, Скотт (10 марта 2007 г.). «Интерактивный робот-перкуссионист: новые разработки в форме, механике, восприятии и дизайне взаимодействия». Материалы международной конференции ACM/IEEE по взаимодействию человека и робота . стр. 97–104. дои : 10.1145/1228716.1228730 . ISBN 978-1-59593-617-2 . S2CID 130547 .

Внешние ссылки

[four-1] Jump up to: ^а ^б ^с Вайнберг, Гил; Дрисколл, Скотт (2007). «Конструкция робота-игрока на маримбе». Материалы 7-й международной конференции «Новые интерфейсы для музыкальной выразительности» — NIME '07 . п. 228. дои : 10.1145/1279740.1279786 . ISBN 978-1-4503-7837-6 . S2CID 6727904 .

[one-2] Jump up to: ^а ^б Вайнберг, Гил; Дрисколл, Скотт; Парри, Митчелл (2005). «Хайле — интерактивный робот-перкуссионист» (PDF) . Материалы Международной компьютерной музыкальной конференции . 2005 . hdl : 2027/spo.bbp2372.2005.069 . Архивировано из оригинала (PDF) 5 марта 2016 г. Проверено 8 ноября 2014 г.

[two-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Эбшир, Мэтью. «Музыкальный робот сочиняет, исполняет и преподает» . CNN.com . Проверено 26 октября 2014 г.

[three-4] Вайнберг, Гил; Дрисколл, Скотт (22 апреля 2006 г.). «Взаимодействие робота и человека с антропоморфным перкуссионистом». Материалы конференции SIGCHI по человеческому фактору в вычислительных системах . стр. 1229–1232. дои : 10.1145/1124772.1124957 . ISBN 978-1-59593-372-0 . S2CID 10301135 .

[five-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Вайнберг, Гил; Блоссер, Брайан (9 марта 2009 г.). «Модель очередности лидера и последователя, включающая обнаружение ритма в музыкальном взаимодействии человека и робота». Материалы 4-й международной конференции ACM/IEEE по взаимодействию человека-робота . стр. 227–228. дои : 10.1145/1514095.1514149 . ISBN 978-1-60558-404-1 . S2CID 1200705 .

[six-6] Вайнберг, Гил; Дрисколл, Скотт (10 марта 2007 г.). «Интерактивный робот-перкуссионист: новые разработки в форме, механике, восприятии и дизайне взаимодействия». Материалы международной конференции ACM/IEEE по взаимодействию человека и робота . стр. 97–104. дои : 10.1145/1228716.1228730 . ISBN 978-1-59593-617-2 . S2CID 130547 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]