На создание робота ушло восемь месяцев. Музыкальные способности и высокий уровень сложности конструкции духовой части автоматического кларнетиста позволили ему обойти голландского робота-гитариста.
Робот сделан на основе встраиваемой компьютерной системы, подсоединенной через специально сконструированные электронные компоненты к манипуляторам — медным поршням с резиновыми наконечниками, которые и управляют клапанами и мундштуком кларнета. Система построена на серийной плате микроконтроллера, выпускающейся компанией Gumstix, как рассказал руководитель проекта Джон Джадж.
«Мы подсоединили к ней дочернюю плату для работы с сетью и еще одну для консоли. В итоге получилась целая стопка плат. Плата Gumstix основана на процессоре ARM, который работает под управлением операционной системы Open Embedded Linux», - пояснил Джадж.
«Вообще в роботе два процессора. Linux работает на процессоре ARM, обрабатывающем музыку и формирующем очередь событий, на которые должен реагировать робот. Далее события с большой точностью передаются на микроконтроллер Robostix — тоже продукт Gumstix, сделанный на базе микроконтроллера AVR - ATmega128 компании Atmel. Затем микроконтроллеру сообщается, какие клапаны нажимать и какое давление воздуха подать в мундштук — и готово, робот начинает играть.
То есть все управление манипуляторами, весь отсчет времени ведется под Linux. Микроконтроллеру передается поток MIDI-событий, а он просто реагирует на уровне 'включить/выключить узел'. На микроконтроллере работает наша программа, написанная на языке Си», - пояснил Джадж.
Однако главная достопримечательность и самая сложная часть робота — мундштук. Научиться управлять тростью кларнета и потоком воздуха через инструмент помогли студенты Университета Нового Южного Уэльса и профессор Джо Вольф из лаборатории музыкальной акустики физического факультета.
«Робот в целом состоит из двух частей. Есть часть с манипуляторами, которые управляют клапанами — это все медные трубки. А за ними видна такая штука, набитая чем-то белым — так вот это камера воздушного давления, в которую помещен мундштук кларнета. Она действует как рот музыканта», - объясняет Джадж.
Воздушный насос нагнетает воздух в камеру, а микроконтроллер управляет впуском воздуха в мундштук, что позволяет достичь приятного и точного звука.
«Чтобы кларнет вообще смог выдать хорошую ноту, нужно и правильное давление воздуха, и правильное сжатие мундштука, а приятный звук получается только в узком диапазоне параметров, иначе он будет скрипучим и режущим слух».
Один из сервомоторов управляет губчатой подушечкой, которая давит на язычок инструмента в том месте, где должна была располагаться губа, что имитирует работу губ музыканта. Второй сервомотор имитирует действия языка исполнителя, необходимые для артикуляции нот.
Но может ли робот играть лучше человека, может ли он по характеристикам превзойти человеческий рот?
«Нет, - считает Джадж. - Человек может делать на кларнете такие сложные вещи, на которые робот пока не способен. Мы смогли растянуть диапазон на три октавы, но быстро перейти от низкой ноты к высокой непросто, а некоторые ноты сложно сыграть без подготовки».
На конкурсе ARTEMIS робот исполнил «Полет шмеля» Римского-Корсакова и «Болеро» Равеля. В обеих пьесах нет скачков на октавы и нот, которые роботу трудно сыграть сходу, без подготовки.
Учитывая, что конструкторы собрали все системы робота вместе всего за три недели до конкурса, можно предположить, что в будущем робот преодолеет и эти трудности.
Конечно, если слушать играющего на кларнете робота с закрытыми глазами, то теплоты человеческого исполнения ему недостает, считает Джадж, но в лаборатории акустики Университета Нового Южного Уэльса работают над улучшением достоверности звучания.
Джадж высоко оценил работу занявших второе место робототехников из Эйндховена. Они создали робота, играющего на гитаре. С закрытыми глазами, как сказал Джадж, его игру не отличить от игры человека.
«Но главное достоинство нашего кларнетиста — конструкция мундштука, и поэтому мы выиграли приз».
По словам Джаджа, в NICTA надеются поучаствовать и в будущих конкурсах, они также собираются организовать и местные соревнования среди студентов университета или старшеклассников. Победитель станет представлять Австралию на конкурсе ARTEMIS.
Доктор Крис Николь, директор по технологиям NICTA, считает, что в ближайшем будущем, вполне возможно, будет создан целый оркестр из управляемых компьютером инструментов, похожих на этого работа-кларнетиста.
.jpg)