“智慧手套”透過觸覺教授鋼琴演奏

一副高科技手套可以幫助使樂器學習和其他動手活動更容易

Illustration of the back of a person with piano keys for fingers, about to play the piano

托馬斯·福克斯

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一副實驗性手套由薄棉布製成,僅用 20 分鐘縫合而成,既不特別時尚,也無助於保持手部溫暖。相反,這款配件利用編織在其織物中的觸覺感測器來實現完全不同的目的:教授鋼琴和其他動手技能。

在一項發表在《自然·通訊》 上的研究中,麻省理工學院研究生羅亦悅和她的同事們利用觸覺技術創造了這些“智慧手套”,該技術結合了振動或力等物理感覺以幫助進行觸覺活動。研究人員使用這些手套記錄了一位鋼琴家演奏歌曲時的手部動作。然後,他們透過指尖振動將這些動作傳遞給學生,幫助學習者建立肌肉記憶並更精確地演奏樂曲。“像鋼琴演奏這樣基於手的動作通常非常主觀,難以記錄和轉移,”羅說。“但是有了這些手套,我們實際上能夠追蹤一個人的觸覺體驗,並與另一個人分享,以改善他們的觸覺學習過程。”

該團隊使用計算機控制的刺繡機,將連線到壓力感應材料的小電線嵌入手套中,以檢測手部動作。當一位戴著手套的鋼琴老師反覆演奏一段曲調時,一種機器學習演算法處理了他們在琴鍵上的動作,並將其轉化為教學振動。然後,戴著自己手套的學生嘗試演奏相同的曲調,指尖振動引導他們進行正確的動作。(振動強度會增加以糾正指法或節奏錯誤。)到試驗結束時,使用手套練習的學生比沒有使用手套的學生演奏得更準確。“這種型別的學習有點像你剛開始騎腳踏車時,”萊斯大學機械工程師瑪西婭·奧馬利說,她沒有參與這項研究。“你使用輔助輪來獲得正確騎腳踏車的感覺。最終你會取下它們並開始獨立騎行。”


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該團隊還測試了手套輔助人們使用滑鼠和鍵盤玩線上遊戲的能力,記錄了經驗豐富的玩家的動作以指導新手。使用手套指導進行遊戲的人平均比沒有使用手套的人得分更高。

演奏鋼琴或影片遊戲通常只是為了娛樂,但奧馬利補充說,透過改進的演算法,編碼以識別和捕捉更精細的手部動作,這項新手套技術有一天可能有助於教授關鍵實踐,例如外科手術。教學觸覺“消除了聽覺和視覺學習無法實現的學習過程中的一個步驟,”她說。“當振動實際直接在動作點感受到時,我們可以更快地行動和學習——有了這一點,就有了巨大的潛力。”

Riis Williams 是一位常駐紐約市的科學記者,專門從事氣候、健康和野生動物報道。她曾擔任《大眾科學》的新聞實習生。

更多作者:Riis Williams
大眾科學 Magazine Vol 330 Issue 5本文最初以“練習手套”為標題發表於《大眾科學》雜誌 第 330 卷第 5 期(),第 17 頁
doi:10.1038/scientificamerican0524-17
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