Aprender a tocar piano requer anos de prática. Há tanta luta e frustração ao longo do caminho que a maioria das pessoas desiste antes mesmo de atingir seu objetivo. Os robôs, por outro lado, acham muito fácil aprender a tocar piano – pelo menos agora, graças ao trabalho de um trio de pesquisadores da Universidade do Sul da Califórnia.
Sentir o piano – a maneira como as teclas cedem sob pressão, o rebote sutil do mecanismo do martelo e a quantidade exata de força necessária para evocar diferentes dinâmicas – não acontece da noite para o dia. Os pianistas passam a vida inteira aperfeiçoando essa conexão. Mas os pesquisadores ensinaram um robô a descobrir isso em cerca de dois minutos. Durante esse tempo, a máquina, chamada de Mão de Músicobasicamente brinca com as teclas como uma criança para ver o que acontece. Depois disso, o robô se torna um Mozart instantâneo que pode reproduzir qualquer melodia depois de ouvi-la apenas uma vez.
Uma visão geral da abordagem (📷: H. Azadjou et al.)
A maioria dos sistemas robóticos aprende por meio de modelos cuidadosamente projetados, simulações extensas ou aprendizado por reforço por tentativa e erro. A Mão do Músico se inspira na biologia. Os pesquisadores queriam imitar a forma como humanos e animais aprendem movimentos por meio da exploração e do suggestions sensorial. Em vez de saber exatamente como jogar, o robô descobre a relação entre suas ações e os sons que elas produzem.
Em termos de {hardware}, a mão robótica é equipada com quatro dedos acionados por tendões, movidos por pequenos motores elétricos. Durante uma breve fase de “balbucio motor”, a mão pressiona aleatoriamente as teclas do piano com diferentes níveis de força. Cada ação e som resultante são gravados. Em apenas dois minutos, o sistema reúne experiência suficiente para construir a sua própria compreensão interna de como os movimentos correspondem às notas e à dinâmica.
Uma vez concluída esta fase de exploração, o robô pode ouvir uma melodia até então desconhecida e imediatamente tentar reproduzi-la. O sistema analisa o áudio por meio de espectrogramas, que convertem o som em uma representação visible de frequências ao longo do tempo. As redes neurais então identificam notas, tempo e intensidade antes de gerar os comandos motores necessários para recriar a efficiency em um teclado físico.
O “balbucio motor” ajuda na aprendizagem (📷: H. Azadjou et al.)
Em testes envolvendo três melodias, a Mão do Músico teve um desempenho melhor do que vários músicos novatos e alcançou resultados comparáveis aos de pianistas treinados que foram solicitados a tocar as mesmas peças de ouvido. Avaliações cegas conduzidas por especialistas musicais às vezes colocavam as performances do robô ao lado das de artistas humanos.
A equipe vê potencial para sua tecnologia além da música. Os sistemas futuros poderão ajudar pessoas com distúrbios neurológicos, auxiliar na reabilitação após lesões ou alimentar dispositivos robóticos vestíveis que aprendem os padrões de movimento únicos de um indivíduo. Em vez de forçar os humanos a se adaptarem às máquinas, o objetivo é que as máquinas aprendam diretamente com as pessoas que auxiliam.
Por enquanto, a Mão do Músico continua sendo um protótipo de pesquisa. Mas nos próximos anos, isso poderá mudar a forma como as máquinas aprendem a interagir com o mundo ao seu redor.