新型可穿戴機器人外骨骼幫助音樂家實現(xiàn)超越視聽同步的默契配合

外骨骼通過觸覺傳遞動作，讓音樂家無需依賴視覺或聽覺即可自然同步，同時不失表現(xiàn)力。

意大利研究人員開發(fā)出一種可穿戴機器人系統(tǒng)，旨在幫助音樂家保持演奏同步。

該設備由羅馬生物醫(yī)學大學校園與比薩圣安娜高等研究學院的研究團隊共同研發(fā)，是一種可提供實時觸覺反饋的上肢外骨骼裝置。

通過讓使用者以物理方式感知同伴的動作，該系統(tǒng)能夠增強協(xié)調(diào)性與節(jié)奏感，為協(xié)作式音樂演奏與訓練提供了一種全新途徑。

研究團隊在論文摘要中表示："我們證明，通過雙向耦合可穿戴機器人實現(xiàn)的觸覺交流，在復雜且具有挑戰(zhàn)性的現(xiàn)實聯(lián)合行動——小提琴合奏表演中，其效果優(yōu)于傳統(tǒng)的聽覺-視覺反饋。"

聯(lián)動運動控制

在許多協(xié)作任務中，人們必須與他人協(xié)調(diào)行動。音樂演奏便是一個典型例子，尤其是在多位音樂家共同演奏時。為了保持同步，他們依賴聲音和視覺提示等感官輸入。運動員、舞者以及需要精準時機與配合的團隊作業(yè)熟練工人也采用類似的協(xié)調(diào)方法。

為此，這款新型可穿戴機器人系統(tǒng)旨在改善音樂演奏等協(xié)作任務中的協(xié)調(diào)性。

該系統(tǒng)作為名為"CONBOTS"項目的一部分研發(fā)而成，引入了一種利用觸覺反饋的替代方案。它包含一對佩戴在兩位演奏者上肢的輕量級外骨骼。這些設備相互連接，使每位使用者都能通過觸覺實時感知對方的動作。

每個外骨骼追蹤一位音樂家的動作，并將相應的力信號傳遞給搭檔。這營造出一種身體相連的感覺，使演奏者能夠直觀地調(diào)整動作，而無需完全依賴視覺或聽覺。重要的是，該系統(tǒng)保留了音樂家的自然表現(xiàn)力。

研究團隊指出，這一創(chuàng)新凸顯了可穿戴機器人技術在增強人類協(xié)作方面的潛力，其應用不僅限于音樂領域，還可拓展至體育、舞蹈及團隊工作環(huán)境。

觸覺同步提升

研究人員對20對小提琴手進行了系統(tǒng)評估，其中包括10對業(yè)余組合和10對專業(yè)組合。

參與者在四種條件下進行演奏：僅有聽覺、聽覺加視覺、聽覺加外骨骼觸覺反饋，以及三種感官輸入全部結合。結果顯示，在二重奏表演中，通過機器人介導的觸覺反饋比視覺提示更能有效提升協(xié)調(diào)性。

在這些實驗中，外骨骼增強了音樂家之間的同步性，使動作更加協(xié)調(diào)。這一結果值得關注，因為小提琴手通常習慣于依賴視覺和聽覺提示，而系統(tǒng)的觸覺反饋對他們來說完全是陌生的。盡管如此，參與者在并未有意識解讀力反饋來源的情況下便從中獲益。

當聽覺、視覺和觸覺所有感官模式結合時，協(xié)調(diào)水平達到最高，證明了多感官整合在協(xié)作任務中的作用。研究還表明，外骨骼引入了一種新型交流方式，它物理直接、即時且大部分為內(nèi)隱性的，同時不會干擾自然運動。

研究人員認為，該系統(tǒng)可應用于音樂之外的領域。潛在用途包括體育訓練、教育培訓和康復治療。例如，教師或治療師可以通過物理方式傳遞正確動作來引導學習者，同時感知其錯誤。該方法還可通過讓使用者遠程共享觸覺反饋來支持遠程交互。

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