Флейтиста из стали готовят на смену живым музыкантам

Полёт шмеля. Римский-Корсаков. Мучительные воспоминания для тех, кто учился в музыкальной школе, – невероятно сложная высокоскоростная композиция. Японцы утверждают, что человекоподобный робот-флейтист, над которым они кропотливо трудились почти 20 лет, может сыграть её «почти безупречно». Пора ли начинать беспокоиться профессиональным исполнителям классики?

Первые шаги на пути к созданию электронного музыканта были предприняты ещё в 1990 году – в университете Васеда (Waseda University). В том же учебном заведении, но уже в специальной лаборатории профессора Таканиси (Takanishi Laboratory), исследования продолжаются и по сей день.

Японские учёные изначально вели работу по трём направлениям: (а) детальное описание моторики человека во время игры на инструменте; (б) разработка системы коммуникаций с настоящими музыкантами «на эмоциональном уровне»; и, пожалуй, самое интересное – (в) передача навыков игры на флейте тем, кто не умеет с ней обращаться.

Чемпионы по степеням свободы – руки (14) и пальцы (12). Далее идут: шея (4), лёгкие (3), глаза (3), губы (3), вибрато (1) и язык (1). Всего 41. Что интересно, в предыдущей версии их было 43, но два движения губ, по-видимому, оказались лишними (фото Waseda University).

Да… Железный дровосек положил свой топор на полку, но он ещё кого угодно заставит музыку любить, особенно академическую. Впрочем, никаких трагедий – жизнеутверждающий дух классических композиций рождается в недрах сложной системы приводов и механизмов. Для этого у робота WF-4RIV целых сорок одна степень свободы.

Расшифровывается имя WF-4RIV довольно занимательно – «флейтист из Васеды № 4 улучшенный IV» (Waseda Flutist No.4 Refined IV). Достоверно неизвестно, что там столько раз улучшали, но два последних десятилетия эволюция духовых андроидов точно не стояла на месте.

Первоначально, как вы можете видеть, это были даже не человекоподобные роботы, а какие-то замысловатые шкафчики, где на полочках покоились «части тела», необходимые для репликации процесса игры на музыкальном инструменте – лёгкие, руки, глаза, полость рта и нечто под названием «вибрато».

Вообще говоря, последний термин – музыкальный, обозначающий периодические изменения высоты, силы звука и его тембра. В естественных условиях это достигается расслаблением и напряжением мышц гортани при активизации их нервными импульсами. В данном случае можно смело сказать, что вибрато – искусственная гортань, которая во многом определяет качество исполнения. В реальной жизни эту штуку тренируют годами.

В глаза робота вмонтированы две камеры на основе ПЗС-матрицы. Это должно помочь ему корректировать свои действия при выступлении дуэтом с живым музыкантом (иллюстрация Waseda University).

Несмотря на то что MP3-плееры и другая портативная техника уже вовсю умеют проигрывать весёлые и не очень мелодии (даже бумагу этому научили), воспроизвести настоящее исполнение – задачка не из лёгких. Флейта, к примеру, как духовой инструмент требует прежде всего тренировки дыхания, в которое вовлечены множественные части тела и органы, не говоря уже о весьма продвинутой системе управления средним объёмом около 1,2 литра.

Японцы лёгких путей не ищут и кропотливо работали над усовершенствованием механизма, постепенно продвигаясь на шаг то тут, то там. Последний капитальный апгрейд датируется 2007 годом, когда и появился WF-4RIV, способный на более натуральную игру и более мягкий переход от ноты к ноте.

Форма губ (вверху) регулируется встроенными штифтами (array of pins), а их эластичность, по словам разработчиков, близка к человеческой. Языковой механизм создан для реализации особой музыкальной техники – извлечение звука на флейте достигается при вдувании воздуха в мундштук и одновременном отталкивании языка от мякоти верхней губы (иллюстрация Waseda University).

В нынешнем году роботу сделали ещё один небольшой рестайлинг – подправили губы и полость рта. Интересно, что первоначальные механистические метания и эксперименты с нестандартным расположением органов, похоже, в прошлом: теперь разработчики идут по пути «более аккуратного» копирования человека.

Превзойти природу оказалось слишком амбициозной задачей. Но этого, в общем-то, и не требуется. Вершины земного таланта с лихвой перекрывают самые стремительные фантазии. Особенно если мы говорим о флейте – недаром у Моцарта она оказалась волшебной.

Лёгкие – слева, искусственная гортань – справа. Подробнее об их устройстве и о модели WF-4RIV в целом вы можете узнать в журнале IEEE Intelligent Robots and Systems (иллюстрация Waseda University).

Сердцем андроида являются, как ни странно, его лёгкие – упакованные в акриловые чехлы духовые мехи, которые управляются кривошипно-шатунным механизмом, имитируя дыхательный цикл. Конструкция устроена таким образом, что время «вдоха» и посторонние шумы минимальны, а объём «исходящего» воздуха максимален.

Из лёгких воздух под контролируемым давлением поднимается к вибрато, копирующему голосовые связки человека. Именно это взлелеянное долгими годами упорной работы устройство обеспечивает возможность регулировки амплитуды и частоты звука.

Флейта намертво прикована к правой руке робота (иллюстрация Waseda University).

Но не только дыхательная система необходима настоящему музыканту – гибкость и ловкость пальцев тоже имеют значение. Поэтому у WF-4RIV каждый палец функционирует независимо от других и может открывать/закрывать клапаны на флейте с частотой 8 герц.

Помимо вышеупомянутых наворотов у заслуженного артиста Страны восходящего солнца есть ещё и губы, архиважные для извлечения звука, и язык, тоже задействованный в игре, и даже подвижные глаза с «интерактивными» бровями – для психологического комфорта зрителей.

Так и странствует он по городам и весям, вернее – по выставкам робототехники, где выступает в качестве шоу-стоппера лаборатории Таканиси. Вы можете сами оценить его игру.

На непросвещённый взгляд незнакомого с проблемами тональности обывателя – это всё же как-то не очень. Да и фальшивит он вроде в нескольких тактах.

Тем не менее, по замыслу создателей, в будущем такие девайсы заменят профессиональных музыкантов. Ну, или хотя бы будут с ними конкурировать.

Так пора ли людям переживать? Пока навряд ли. Шоу роботов – своя стихия, живой концерт – своя. Недаром любители музыки ходят на определённого исполнителя, который помимо механического озвучивания партитуры привносит в каждую ноту частичку своей души.