AI יכול לעזור להפחית את הסיכון לפציעה בפסנתרנים

חוקרים בסטנפורד הנדסה פיתחו מודל מאומן בינה מלאכותית כדי לשחזר במדויק את תנועות הידיים של פסנתרנים ברמה עילית ואת הלחצים הפיזיים שהם סובלים בזמן הנגינה.

נגני פסנתר מקצועיים מבלים אינספור שעות ליד הקלידים, ומשכללים את מלאכתם. עבור אנשים עם ידיים קטנות יותר, מסירות זו עלולה לגבות מחיר פיזי. מתיחות חוזרות ונשנות כדי להגיע למקשים מרוחקים באקורד עלולה לאמץ את השרירים והמפרקים ועלולה להוביל לדלקת גידים, תסמונת התעלה הקרפלית ופציעות אחרות.

חוקרים בסטנפורד עובדים כדי להבין את הכוחות המעורבים בתנועות הידיים של נגני פסנתר ברמה עילית, וכיצד אלה משתנים עם גדלי ידיים ורוחב מקלדת שונים. ב-5 בדצמבר בשעהSIGGRAPH אסיה 2024, חוקרי סטנפורד הנדסה הציגו מודל מאומן בינה מלאכותית שיכול לשחזר את תנועות הידיים הנדרשות כדי לנגן קטעי מוזיקה מסובכים ואת הלחצים הפיזיים שהידיים נמצאות בהם.

זהו הצעד הראשון במאמץ להפחית את הסיכון לפציעות ארוכות טווח אצל נגני פסנתר ופתרונות מבחן - כמו קלידים צרים יותר - שיכולים להפוך את הנגינה בפסנתר לשוויונית יותר עבור כולם.

"לעולם לא היינו מצפים מספורטאי ברמה עולמית שיתחרה עם ציוד שלא מתאים לגופו. עם זאת, אנו מבקשים מפסנתרנים, במיוחד מנשים, להסתגל לעיצוב אחד שמתאים לכולם שמעולם לא נבנה עם מחשבה עליהם", אמרה אליזבת שומאן, מנהלת בילי בנט אכילס ללימודי מקלדת בסטנפורד ומחברת שותפה בנושא. נְיָר. "אנחנו יכולים להשתמש במחקר כזה כדי לעצב מחדש את עתיד הביצועים ולהפוך אותו לבר-קיימא יותר."

לכידת ביצועי עילית

מקלדת הפסנתר המודרנית עוצבה במאה ה-19 מתוך מחשבה על הגבר האירופי הממוצע. כיום, ל-87% מהנשים הבוגרות ול-24% מהגברים המבוגרים יש ידיים קטנות מהאידיאליות לפסנתר סטנדרטי. שימוש בשיטות מסורתיות כדי לחקור את ההשפעות של ידיים קטנות יותר ידרוש מעקב אחר קבוצה של נגני פסנתר במשך עשרות שנים, ועדיין יכול להיות קשה לכמת סיכוני פציעה או פתרונות בדיקה.

במקום זאת, החוקרים תיעדו את תנועות הידיים של נגני פסנתר מקצועיים ומשתמשים בבינה מלאכותית כדי לחזות כיצד גדלים שונים של ידיים ינועו כדי לנגן מוזיקה חדשה.

שומאן ועמיתיה גייסו 15 פסנתרנים ברמה עילית לנגן בסך הכל 10 שעות של מוזיקה בזמן שמצלמות צילמו את ידיהם מכל זווית. החוקרים לא יכלו לשים חיישנים כלשהם על השחקנים מבלי להפריע לביצועים שלהם, אז הם השתמשו בטכניקות מתקדמות של ראייה ממוחשבת כדי לשלב את הסרטונים ולשחזר את תנועות הידיים של השחקנים בתלת מימד. הם השתמשו בעיבוד נוסף כדי לוודא שהתנועות הללו מסונכרנות בצורה מושלמת עם האודיו.

"איכות הנתונים שהצלחנו להשיג היא חסרת תקדים", אמרה קארן ליו, פרופסור למדעי המחשב בסטנפורד ומחברת ראשית בעיתון. "זה לא רק שהתנועות התלת-ממדיות המשוחזרות מדויקות ונקיות; איכות הביצועים עצמם באמת יוצאת דופן. הצלחנו לתפוס תנועות מגוונות של קבוצה של מוזיקאים מוכשרים שהופיעו ברמה גבוהה - לא ראיתי מערך נתונים כזה בעבר".

Roucheng Wang, סטודנט לתואר שני במעבדה של ליו, ו-Pei Xu, חוקר פוסט-דוקטורט, השתמשו במערך הנתונים הזה כדי לאמן מודל להפקת נתונים חדשים על נגינה בפסנתר. כשהם נתנו לדגם תווים שהוא מעולם לא ראה, כמו "Für Elise" של בטהובן, הדגם יכול לספק את תנועות היד הנכונות התלת-ממדיות הדרושות כדי לנגן את היצירה, באמצעות פסנתר מדומה ליצירת צליל.

"פשוט הייתי המום עד כמה בדיוק המודל הזה יכול לדמות טכניקה ברמה עילית", אמר שומאן. "זה באמת מדהים."

ממפרקי רובוט ועד שרירים אמיתיים

המודל הזה הוא רק הצעד הראשון עבור ליו, שומאן ועמיתיהם. כרגע, המודל יכול לדמות פיזית תנועות ידיים, אבל הוא לא מדמה את השרירים והגידים שיוצרים את התנועות האלה או את העומס שהם נתונים להם.

"אנחנו עדיין לא ברמת הביומכניקה, שבה הפעלת הידיים נוצרת על ידי שרירים - נכון לעכשיו המודל שלנו דומה יותר לרובוט שיוצר ישירות מומנט במפרקים", אמר ליו. "בסופו של דבר, המודל שלנו צריך להיות מסוגל לחזות את רמת המתח של השרירים ואת פוטנציאל הפציעה."

החוקרים עובדים כעת על הוספת השכבות הללו למודל שלהם, כך שיוכלו להשתמש בו כדי לעזור לנגני פסנתר - במיוחד לבעלי ידיים קטנות - להימנע מפציעות. הם גם מתאימים את עבודתם למודל תנועותיהם של מוזיקאים מיומנים אחרים. הם יישמו כמה מאותן טכניקות על מערך נתונים קיים של תנועות ידיים של נגני גיטרה מיומנים במיוחד.

התוצאות שלהם, שהוצגו גם לאחרונה בSIGGRAPH אסיה 2024, הראו שהם יכולים לדגמן בהצלחה את התנועות הנבדלות של יד שמאל וימין הדרושות כדי לנגן מגוון של מוזיקה פופולרית וקלאסית כאחד.

"עם נתונים באיכות גבוהה, נוכל לדגמן את תנועות התלת-ממד הדרושות גם לסוגים אחרים של ביצועי מוזיקה", אמר ליו. "זה לא מודל שמחליף אנשים - אנחנו עובדים עם מוזיקאים כדי לעזור להבין ולפתור בעיות. הפרויקט הזה עוסק בקידום אנשים, ובינה מלאכותית היא רק כלי לכך."

מסופק על ידי
אוניברסיטת סטנפורד

צִיטָטָה:
בינה מלאכותית יכולה לעזור להפחית את הסיכון לפציעה בפסנתרנים (2024, 6 בדצמבר)