Haile (robot)
Haile (czyt. Hi-lee) to perkusista-robot opracowany przez Georgia Institute of Technology , który słucha muzyki w czasie rzeczywistym i tworzy towarzyszący jej rytm. Robot został zaprojektowany w 2006 roku przez profesora technologii muzycznej Georgia Tech, Gila Weinberga . On i jeden z jego absolwentów, Scott Driscoll, stworzyli robota, aby mógł „słuchać jak człowiek [i] improwizować jak robot” (Weinberg). Haile „słucha” przez mikrofon zamontowany na bębnie i analizuje dźwięk, dzieląc go na bity, rytmy, tony i kilka innych cech. Wykrywanie zmian w tych cechach pomaga Haile przyjąć wiodący lub następujący styl gry, role, które definiują zdolności robota do współpracy. Haile był także pierwszym robotem, który zamiast odtwarzać muzykę przez głośniki, stworzył akustyczną perkusję. Jego antropomorficzny projekt, który daje mu ruchome ramiona, które mogą poruszać się w dowolnym kierunku, pozwala mu tworzyć tę akustyczną muzykę.
Cele i cel
Początkowym celem Driscolla przy tworzeniu Haile było połączenie wejścia dźwiękowego i robotyki w celu stworzenia muzycznego doświadczenia, które prowadziłoby do dalszej interakcji człowiek-robot . Ostatecznym celem był robot, który byłby w stanie przełożyć muzykę na żywo na występ akustyczny, który byłby w stanie wdrożyć i przekroczyć ludzkie możliwości. Haile nie został zaprojektowany, aby zastąpić ludzkich muzyków, ale raczej towarzyszyć im ekspresyjną grą.
Te cele skłoniły Weinberga do stworzenia akustycznego doświadczenia muzycznego. Jego wcześniejsze eksperymenty nie uwzględniały aspektów wizualnych ani dźwiękowych związanych z muzyką akustyczną. Funkcjonalne bębniące ramiona Haile dodają muzyczne wskazówki (wizualnie stymulujące odbijające się pałeczki perkusyjne i żywe, akustyczne dźwięki), których brakuje innym występom robotów. Ponadto Weinberg zauważył, że inne próby gry na perkusji przez roboty były ograniczone pod względem różnorodności uderzeń, które mogły wytwarzać. Haile jest nie tylko fabrycznie załadowany pojedynczymi bitami, ale jest również zaprogramowany do rozpoznawania tonacji, rytmu i wzorców, co pozwala mu improwizować i grać różne bity za każdym razem, zamiast tylko naśladować.
Projekt
Antropomorficzny lub podobny do człowieka projekt Haile naśladuje ludzkie ruchy, co wspiera interaktywną zabawę z innymi muzykami. Jego dwa robotyczne ramiona są odpowiedzialne za tworzenie różnych dźwięków; prawe ramię gra szybsze nuty, podczas gdy lewe ramię ma większe ruchy dla głośniejszych i wolniejszych uderzeń. Podczas gdy inni robotyczni perkusiści w tamtym czasie byli ograniczeni do grania tylko w kilku miejscach na bębnie, Haile jest wszechstronny w swojej zdolności do gry wzdłuż linii prostej od obręczy do środka bębna.
Formularz
Drewniany projekt Haile został wymodelowany tak, aby pasował do naturalnego stylu pow wow rdzennych Amerykanów (spotkanie rdzennych Amerykanów), więc został wykonany z drewna, a nie z metalu. Drewniane części zostały wykonane w Advanced Wood Product Laboratory w Georgia Tech's College of Architecture przy użyciu frezarki CNC do drewna . Pierwotnie został zaprojektowany do gry na bębnie pow wow, bębnie dla wielu graczy, który wspiera wspólny cel Haile. Jednak został również wykonany z metalowymi przegubami, które dają mu regulowaną wysokość, dzięki czemu może grać na innych bębnach. Te stawy są kluczem do ruchu ramienia robota w górę iw dół, w lewo iw prawo oraz do przodu i do tyłu. W razie potrzeby odłączają się, umożliwiając pełny demontaż.
Postrzeganie
Haile używa mikrofonu na bębnie, który jako pierwszy wykrył rytmy grane przez człowieka w czasie rzeczywistym. Robot identyfikuje tempo i uderzenia, dzięki czemu może grać razem z drugim graczem. Może również dostosowywać się do zmian głośności, tempa lub rytmu człowieka, umożliwiając mu przełączanie się między grą akompaniującą i prowadzącą. Weinberg i jego zespół jako pierwsi opracowali zdolność percepcji robota na niskim poziomie, która obejmuje wykrywanie początku trafienia , ton, amplituda i gęstość. Jeśli chodzi o dźwięk, trafienie odnosi się do wyraźnej zmiany zarówno głośności, jak i jakości dźwięku. Po przechwyceniu muzyki z zewnątrz dźwięk jest analizowany za pomocą szeregu instrumentów, zwanych modułami percepcyjnymi, z których każdy wykrywa określony aspekt dźwięku:
- Pitch - wykrywa trafienia i zmiany częstotliwości i tłumaczy je, aby znaleźć tony
- Beat - przetwarza początki i określa rytmy i tempo
- Amplituda - rozpoznaje zmiany głośności, aby określić, kiedy przyjąć wiodącą lub następną rolę
- Gęstość — wykrywa zmiany w złożoności rytmu w tempie, aby pomóc Haile w przyjęciu głównych lub następujących ról
Mechanika ramion
Ramiona Haile są napędzane dwoma oddzielnymi środkami. Lewe ramię wykorzystuje silnik liniowy , który odpowiada za większe ruchy odpowiadające głośniejszym dźwiękom. Silnik liniowy wraz z enkoderem liniowym służy do sterowania wysokością ramienia robota. Większe ruchy są głośniejsze i bardziej widoczne, ale ograniczają ramię do kołysania z maksymalną prędkością 11 Hz. Prawe ramię, które gra delikatniejsze i szybsze nuty, jest napędzane przez solenoid , który wykorzystuje aluminiowy drążek i sprężynę powrotną zdolną do uderzania w bęben z częstotliwością do 15 Hz. Oba ramiona są w stanie uderzyć w dowolne miejsce (od obręczy do środka) w bęben poprzez zastosowanie liniowego suwaka , który umożliwia każdemu z nich całkowicie niezależny ruch w jednym kierunku.
Gra
System Haile przyjmuje model lider-naśladowca, wykorzystując zmiany tempa i rytmu, aby określić, kto jest obecnym liderem. Haile rozumie, kiedy nowy lider wyłania się na podstawie zmian muzycznych (tempo, głośność, rytm itp.). Robot posiada dwa tryby zabawy:
- Jako następca, Haile najpierw analizuje muzykę zewnętrzną. Następnie dopasowuje i utrzymuje tempo, pozwalając graczowi grać bardziej skomplikowane rytmy. Haile może również stwierdzić, kiedy drugi gracz zaczyna grać głośniej lub szybciej, zmuszając go do przyjęcia roli uległej. Kiedy ludzie grają podstawowe rytmy w stałym tempie, robot przejmuje inicjatywę.
- Jako lider Haile wykorzystuje rytmy wytworzone wcześniej przez człowieka i improwizuje rytm prawą ręką. Lewe ramię wykrywa i utrzymuje tempo drugiego gracza.
Wyzwania
Niektóre z wyzwań, przed którymi stanął Weinberg w programowaniu Haile, dotyczyły możliwości rozróżnienia różnych, równoczesnych dźwięków. Początkowo algorytmy analityczne nie były w stanie wyłowić bardziej miękkich i subtelnych nut wśród głośniejszych dźwięków. Ponadto brak możliwości odfiltrowania hałasu otoczenia uniemożliwił prawidłowe działanie Haile. Po znacznej ilości regulacji filtry i sprzęt wejściowy zostały dostrojone, aby rozróżniać różne poziomy głośności muzyki, ignorując przeszkadzające szumy.
Ponieważ Haile została zaprojektowana do odgrywania głównych lub następujących ról, algorytmy wczesnego wykrywania ograniczały zdolność człowieka do przywództwa. Robot został zaprojektowany tak, aby mógł wykrywać zmiany w słuchanej muzyce, ale reagował tylko na zmiany tempa. Ta wada pozwalała człowiekowi przewodzić tylko wtedy, gdy przyspieszał lub zwalniał. Weinberg, próbując modelować ludzką interakcję muzyczną, zaimplementował czujniki głośności i gęstości hałasu, aby pomóc robotowi w określeniu przywództwa. Te dodatki dały człowiekowi dłuższe okresy przywództwa, dając Haile więcej okazji do budowania na tym, co usłyszał.
- ; ^ abc Weinberg , Gil Scotta, Driscolla. „Projekt robota grającego na marimbie” (PDF) . dostawa.acm.org . Źródło 8 listopada 2014 r .
- ^ ab Weinberg , Gil; Driscoll, Scott; Parry, Mitchell. „Haile-An Interactive Robotic Percussionist” (PDF) . home.cc.gateh.edu . Źródło 8 listopada 2014 r .
- ^ a b c d Abshire, Mateusz. „Muzyczny robot komponuje, wykonuje i uczy” . CNN.com . CNN . Źródło 26 października 2014 r .
- Bibliografia _ Driscoll, Scott. „Interakcja robot-człowiek z antropomorficznym perkusistą” (PDF) . dostawa.acm.org . Źródło 8 listopada 2014 r .
- ^ a b c d e Weinberg, Gil; Blosser, Brian. „Model zmiany lidera i obserwującego obejmujący wykrywanie uderzeń w muzycznej interakcji człowiek-robot” (PDF) . dostawa.acm.org . Źródło 8 listopada 2014 r .
- Bibliografia _ Driscoll, Scott. „Interaktywny perkusista robotyczny” (PDF) . dostawa.acm.org . Źródło 9 listopada 2014 r .