ญี่ปุ่นทำถุงมือหุ่นยนต์แบบใหม่ ใส่ฝึกเล่นเปียโนเก่งขึ้นได้ใน 30 นาที

หลักการทำงานถุงมือหุ่นยนต์สอนเปียโน

หุ่นยนต์แบบสวมคล้ายถุงมือ พัฒนาจากมอเตอร์เซอร์โว (Servo motor) ซึ่งเป็นมอเตอร์ส่งแรงแบบเฉพาะที่สร้างขึ้นมา พร้อมส่วนยึดติดกับนิ้ว 4 นิ้ว ยกเว้นนิ้วกลาง เนื่องจากนิ้วกลางจะเป็นนิ้วที่นักเปียโนแต่ละคนมีท่าทางการวางมือ การกด และการทำมุมไม่เหมือนกัน หุ่นยนต์จึงไม่มีการบังคับนิ้วกลางเพื่อให้อิสระในการเล่นที่ถนัดมือเอาไว้

โดยเมื่อเริ่มทำงาน ตัวหุ่นยนต์จะสามารถอ่านโน้ตดนตรีและแปลงเป็นคำสั่งไปยังส่วนที่ยึดติดกับนิ้วทั้ง 4 เพื่อให้เริ่มการออกแรงกดและดึงนิ้วขึ้น ด้วยความถี่ 4 เฮิร์ตซ์ (Hz) ทำมุมกับแป้นที่ 50 องศา ต่อเนื่อง 30 นาที ไล่ตามโน้ตเพลงที่กำหนด พร้อมควบคุมอุณหภูมิหุ่นยนต์เอาไว้ที่ 28 องศาเซลเซียส เพื่อความปลอดภัยของผู้สวมใส่ โดยจุดเด่นของหุ่นยนต์ตัวนี้ คือสามารถออกแรงกดและยกนิ้วได้โดยไม่สร้างแรงแฉลบทางข้าง (tangential force) ให้กับนิ้ว ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้การกดคีย์บอร์ดบนเปียโนไม่แม่นยำและไม่ต่อเนื่อง

ผลลัพธ์การทำงานถุงมือหุ่นยนต์สอนเปียโน

หุ่นยนต์ดังกล่าวได้นำไปใช้เพื่อทดสอบว่ายกระดับทักษะการเล่นเปียโนได้จริงหรือไม่ ด้วยการให้นักเปียโนที่มีการฝึกทักษะการเล่นมาเป็นระยะเวลา 2 สัปดาห์ มาสวมใส่หุ่นยนต์ถุงมือเล่นเป็นเวลา 30 นาที ก่อนที่จะทดสอบการเล่นอีกครั้งหลังใช้หุ่นยนต์ในวันถัดไป โดยใช้ระยะเวลาการสับเปลี่ยนนิ้วระหว่างแป้น (inter-keystroke interval time) เป็นตัวชี้วัด ซึ่งจะทำการทดสอบในการเล่นโน้ตเพลงแบบง่ายและแบบซับซ้อน 

งานวิจัยได้เก็บข้อมูลผู้ทดสอบที่ทำการฝึก 2 สัปดาห์แรก โดยไม่ใช้หุ่นยนต์ พบว่า ระยะเวลาสับเปลี่ยนนิ้วในวันแรกที่ทำการฝึกซ้อม 0.45 วินาที ทั้งโน้ตเพลงแบบง่ายและแบบซับซ้อน ก่อนที่วันสุดท้ายของสัปดาห์ที่ 2 ในการฝึกซ้อม จะเหลือเวลาประมาณ 0.435 วินาที สำหรับการเล่นโน้ตเพลงแบบง่าย และประมาณ 0.44 วินาที ในโน้ตเพลงแบบซับซ้อน 

จากนั้น ทีมวิจัยได้วัดค่ากับผู้ทดสอบอีกครั้งทันทีหลังฝึกด้วยการใช้หุ่นยนต์ถุงมือเป็นระยะเวลา 30 นาที พบว่า ผู้ทดสอบจะใช้เวลาในการเปลี่ยนนิ้วประมาณ 0.43 วินาที สำหรับโน้ตเพลงแบบง่าย และประมาณ 0.40 วินาที สำหรับโน้ตเพลงแบบซับซ้อน น้อยกว่าตอนที่ฝึกโดยไม่ใช้หุ่นยนต์ 0.005 วินาที สำหรับโน้ตเพลงแบบง่าย และ 0.04 วินาที สำหรับโน้ตเพลงแบบซับซ้อน

และเพื่อทดสอบว่าหุ่นยนต์ถุงมือมีประสิทธิภาพในระยะยาวอย่างไร ทีมวิจัยได้ให้ผู้ทดสอบเล่นเปียโนอีกครั้งหลังจากที่ฝึกกับหุ่นยนต์ถุงมือในวันถัดมาโดยไม่ต้องสวมหุ่นยนต์ ซึ่งพบว่า ผู้ทดสอบใช้เวลาสับเปลี่ยนนิ้วที่ 0.43 วินาที สำหรับโน้ตเพลงแบบง่าย และ 0.42 วินาที สำหรับโน้ตแบบซับซ้อน 

แม้ว่างานวิจัยจะไม่ได้ระบุว่าความเร็วในการสับเปลี่ยนนิ้วมือเพื่อกดคีย์ (Keystroke) จะช่วยให้มีทักษะเพิ่มขึ้นอย่างเป็นรูปธรรมได้อย่างไร แต่ปฏิเสธไม่ได้ว่ายิ่งนักเปียโนมีทักษะการกดแป้นคีย์ที่เร็ว ก็สามารถเล่นเพลงที่มีโน้ตซับซ้อนได้ดีขึ้นตามไปด้วย 

ทีมวิจัยต้องการให้หุ่นยนต์ดังกล่าวเป็นตัวอย่างการใช้งานหุ่นยนต์เพื่อฝึกทักษะทางดนตรีที่ซับซ้อนอย่างเปียโน รวมถึงเป็นการเปิดทางสู่การพัฒนาหุ่นยนต์เพื่อช่วยฝึกสอนมนุษย์เคลื่อนไหวในท่าทางที่ไม่เคยทำได้มาก่อนในอนาคต โดยงานวิจัยดังกล่าวตีพิมพ์ลงในวารสารวิชาการไซแอนซ์ โรบอติกส์ (Science Robotics) เป็นที่เรียบร้อยแล้ว