人形机器人，即拥有类人身体结构的机器人，迄今为止主要在辅助人类日常活动的手动任务中进行测试，比如搬运物品、在危险环境中采集样本、帮助老年人或担任物理治疗助手。与此相比，它们在完成富有创造性和表现力的体力任务（如演奏乐器或参与表演艺术）方面的潜力，尚未得到充分的探索。
最近，来自 SUPSI、IDSIA 和米兰理工大学的研究人员推出了一款名为“机器人鼓手”（Robot Drummer）的新型人形机器人。它不仅能够精准地演奏鼓乐，而且演奏时具有表现力，并由强化学习算法进行支持。该研究表明它能够逐渐习得类人行为，包括鼓手常见的动作。
“‘机器人鼓手’的构思其实源于我和合著者 Loris Roveda 在喝咖啡时的一次即兴对话，”论文的第一作者 Asad Ali Shahid 向 科技探索媒体 介绍道。“我们当时讨论了人形机器人在各种任务上日益熟练，但很少涉及创造性和表现性领域。这引发了一个有趣的问题：如果人形机器人能够扮演创造性角色，比如演奏音乐，会发生什么呢？击鼓似乎是一个理想的领域，因为它富有节奏感、肢体动作丰富，并且需要高度协调。”
Shahid 和他的同事进行的这项研究，主要目标是开发一个基于机器学习的系统，让人形机器人能够演奏整首乐曲，展现出与人类演奏者相似的节奏技巧。他们开发的“机器人鼓手”系统，已在 Unitree 研发的 G1 人形机器人上进行了模拟测试，成功实现了用架子鼓演奏真实歌曲的能力。
“我们的核心理念是将每首乐曲表现为一系列精确定时的接触事件，我们称之为‘节奏接触链’，”Shahid 解释道。
“这些接触目标会告诉机器人何时击打哪个鼓。机器人通过这些信息，在模拟环境中反复练习并改进，学习如何精准敲击鼓。其独特之处在于，机器人能够发展出智能行为，例如动态切换鼓槌、交叉双臂击打不同的鼓，并优化动作，以适应节奏——这些行为与人类鼓手的演奏方式相似。”
为了评估他们的系统，研究人员在一个模拟的 G1 Unitree 机器人上进行了测试，评估其演奏不同风格（如爵士、摇滚和金属）流行歌曲的能力。这些歌曲包括 Linkin Park 的《In the End》、Dave Brubeck 的《Take Five》和 Bon Jovi 的《Living on a Prayer》。结果显示，该机器人能够有效学习复杂的节奏结构，并以高精度演奏歌曲，其节奏精准度通常超过 90%。
“更令人印象深刻的是，机器人表现出了类似人类的策略，例如规划即将到来的击打、执行交叉手臂击打，以及动态调整鼓槌，”Shahid 说道。“这些行为完全是通过优化机器人在训练中获得的节奏奖励而产生的。从长远来看，机器人鼓手的出现可能为机器人表演者在舞台上为现场乐队伴奏铺平道路，同时也为在音乐以外的领域教授精准计时技能提供了一个框架。”
这项研究有望启发其他研究团队开发基于机器学习的工具，使人形机器人能够演奏乐器或从事其他表演艺术。机器人鼓手及类似系统可能在娱乐行业具有巨大价值，并且未来可能在现实世界中得到部署，展示机器人技术的最新进展。
“我们的下一步是将机器人鼓手所学到的技能转移到实际硬件中，将其带入现实世界，”Shahid 补充道。“我们还计划教会机器人即兴演奏，并调整其演奏风格，而不是单纯依赖‘固定的鼓谱’。例如，我们可以让机器人根据音乐的提示动态调整节奏，使其像人类鼓手一样‘感受’音乐并做出反应。”
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