人型機器人鼓手竟學會「人類演奏技巧」！這項突破將改變表演藝術

一直以來，類人型機器人主要被應用於輔助人類的日常體力工作，像是搬運物品、在危險環境取樣、照護長者或擔任物理治療助手。然而，在需要創造力的表現型任務領域—例如演奏樂器或參與表演藝術—這些機器人的潛力卻鮮少被探索。

來自瑞士義大利語區大學(SUPSI)、人工智慧研究所(IDSIA)和米蘭理工大學的研究團隊最近開發出一款名為「機器人鼓手」(Robot Drummer)的全新人型機器人，它不僅能精準打鼓，更能表現出豐富的音樂情感。這項突破性研究發表在arXiv預印本平臺上，特別引人注目的是，這款機器人在學習過程中竟逐漸展現出人類鼓手特有的演奏行為。

「這個創意其實源自我和共同作者Loris Roveda在喝咖啡時的閒聊，」論文第一作者Asad Ali Shahid接受Tech Xplore採訪時表示，「我們討論到人型機器人雖已能勝任多種任務，卻極少涉足需要創造力的領域。這引發了一個有趣問題：如果人型機器人能擔任創意角色，比如表演音樂會怎樣？打鼓似乎是個完美的切入點，因為它需要節奏感、體能，以及四肢的快速協調。」

研究團隊的核心目標是開發一套基於機器學習的系統，讓人型機器人能夠完整演奏整首樂曲，展現與人類表演者相近的節奏技巧。他們開發的「機器人鼓手」系統已成功在宇樹科技(Unitree)的G1人型機器人模擬環境中進行測試，能夠精確演奏真實歌曲。

「關鍵創新在於我們將每首樂曲表示為精確計時的接觸事件鏈，稱之為『節奏接觸鏈』，」Shahid解釋道，「這些接觸目標告訴機器人該打擊哪個鼓、何時打擊。接著機器人會利用這些資訊，在模擬環境中透過反覆練習來學會如何打鼓。特別的是，機器人會自主發展出智慧行為，像是動態切換鼓棒、交叉手臂擊打不同鼓組，以及最佳化整套動作來適應節奏—這些都與人類鼓手極為相似。」

研究人員在模擬的G1機器人上測試了系統效能，評估其演奏多種音樂型別的能力，從爵士、搖滾到金屬樂。測試曲目包括聯合公園(Linkin Park)的《In the End》、戴夫·布魯貝克(Dave Brubeck)的《Take Five》和邦喬飛(Bon Jovi)的《Livin' on a Prayer》。結果顯示，機器人不僅學會了複雜的節奏結構，演奏準確度更是驚人，節奏精準度通常超過90%。

「更令人驚豔的是，機器人自行發現了人類常用的策略，像是預先規劃接下來的擊打動作、執行交叉擊打、即時重新分配鼓棒等，」Shahid說道，「這些行為完全是透過最佳化訓練期間獲得的節奏獎勵而自然產生的。長期來看，『機器人鼓手』可能為機器人表演者現場伴奏樂團開創先河，同時也為音樂以外領域的精確時序技能教學提供了框架。」

這項研究很可能激發其他團隊開發讓類人機器人演奏樂器或參與其他表演藝術的機器學習工具。無論是「機器人鼓手」還是類似系統，都將為娛樂產業帶來重要價值，並有望在實際場景中展示機器人技術的進展。

「我們下一步是將學習到的技能轉移到實際硬體，讓『機器人鼓手』走進現實世界，」Shahid補充道，「我們還希望教會機器人即興演奏和調整演奏風格，而不是隻會按照固定樂譜演奏。例如，我們可以讓機器人根據音樂提示即時調整節奏—本質上賦予它『感受』音樂並像人類鼓手一樣回應的能力。」

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