Macchine musicali intelligenti

Sound Machines 2.0 è un impianto automatizzato, dalla pneumatica unita all’elettronica, per la riproduzione musicale, costituito da cinque diversi strumenti musicali, capace di “ascoltare” un brano e di riutilizzarlo come base per comporre un pezzo nuovo e di suonarlo dal vivo.

Massima precisione tecnica combinata alla libertà artistica

Questo progetto, realizzato in collaborazione con l’artista Roland Olbeter, coniuga altissima precisione tecnica e libertà di espressione artistica. Gli strumenti reagiscono,  secondo regole di composizione memorizzate derivate dal brano “Game of Life” di J.H. Conway’s”, a qualsiasi melodia suonata e la reinterpretano. I singoli robot musicali sono interconnessi in modo tale da potersi ascoltare reciprocamente. Questo genera costantemente nuove variazioni che si differenziano dal tema originale mantenendo comunque inalterata la composizione essenziale.

Un sistema capace di comporre autonomamente

I robot musicali rappresentano il primo sistema intelligente di composizione musicale autonoma.

Evoluzione delle Sound Machines

Per le sue qualità di creatività tecnica ed entusiasmo nel coniugare arte e tecnologia, Festo promuove da diversi anni progetti innovativi di tecnologia applicata all’arte. Le Sound Machines 2.0 sono l’evoluzione delle prime Sound Machines del 2007 e si distinguono per una precisione ancora maggiore e una qualità del suono delle note decisamente migliore. Questo impianto dà nuovi impulsi alla musica del futuro ed è strumento per imparare, divertendosi, sequenze musicali sempre nuove.

Sistemi di automazione orientati al futuro

Le Sound Machines dimostrano l’interazione tra uomo e macchina in termini artistici e trasportano concetti futuristici della cooperazione tra uomo e tecnologia nella fabbrica di domani. L’uomo  decide il punto di partenza per l’ulteriore interazione con la macchina, dando nuovi impulsi al successivo processo. Questa modalità illustra il ruolo dell’uomo nella produzione del futuro.

Struttura, funzione e interazione del quintetto

I cinque strumenti musicali artificiali – due violini, una viola, un violoncello e un contrabbasso – sono sospesi in modo da assicurare la massima qualità del suono. Funzionano come i normali strumenti a corde, l’unica differenza è che hanno una corda sola.

Co-produzione pneumo-elettrica

Corde in movimento: cilindro DSNU/PPS.

Un cilindro pneumatico aziona il martelletto che fa vibrare la corda, esattamente come avviene con un normale archetto. Un attuatore elettrico DGE  si muove parallelamente alla corda su un asse a cinghia dentata e determina l’altezza del suono prodotto accorciando corrispondentemente la corda, come farebbe la mano sinistra del musicista. Dato che ogni strumento ha un unico dito, a differenza della sua controparte umana, questa azione viene assicurata non dalla destrezza manuale, ma dalla precisione di posizionamento dell’attuatore. Esattamente come in una piccolo orchestra, la melodia è distribuita sui cinque strumenti a corda, ognuno dei quali suona una parte per contribuire a creare una brano musicale armonico.

Altezza precisa del suono: l’asse DGE.

Dal suono analogico a un’esperienza di ascolto digitale

Un unicum armonico: i cinque strumenti a corde sospesi conciliano la libera espressione artistica, con grande precisione tecnica …

All’inizio un musicista suona su un pianoforte MIDI oppure su uno xilofono un brano di sua scelta, sulla base del quale il sistema comincia poi a improvvisare autonomamente. Il segnale audio di tipo analogico passa attraverso un convertitore A/D e viene convogliato al computer, dove un software di sintonizzazione modulare elabora il segnale digitale modificando opportunamente la dinamica e il timbro del suono. Il segnale elaborato ritorna al robot musicale in tempo reale e viene riprodotto dagli strumenti dal vivo, per mezzo di propri amplificatori e altoparlanti da 40 watt, in modo che la musica del complesso viene propagata e percepita nello spazio.

… per creare un’esperienza musicale in tempo reale.

Intelligenza artistica

Per il software delle  Sound Machines 2.0, Festo utilizza una soluzione open-source. Come primo passo il programma analizza le onde sonore registrate da un microfono. Vengono così memorizzate l’altezza, la durata e intensità delle diverse note. Un modulo di progettazione del suono provvede a sviluppare e programmare opportune variazioni acustiche, fissando le regole per la composizione. Grazie a diversi algoritmi viene generato un brano musicale unico e straordinario, di lunghezza predefinita, conforme alle regole di composizione già memorizzate nel computer. I cinque strumenti musicali  riproducono il pezzo reinterpretandolo autonomamente.

Installazione meccatronica: software e hardware in armonia.

Posizionamento preciso alla nota successiva

Il terminale elettronico CPX, 13799 di Festo permette il collegamento semplice e rapido delle catene di comando pneumatiche ed elettriche a qualsiasi sistema di automazione e standard aziendale.

Affinché le nuove note possano essere suonate dai robot musicali, è necessario che i segnali elaborati ritornino prima agli strumenti. A questo scopo nelle Sound Machines 2.0 sono integrati diversi sistemi di comunicazione in tempo reale. Il computer comunica con il sistema integrato di comando Festo CPX-CEC mediante un protocollo EasyIP. Questo è un semplice protocollo Ethernet su base UDP (User Datagram Protocol). La piattaforma di comando trasferisce due parametri, la posizione e la velocità alla quale deve essere raggiunta la posizione da parte dell’asse elettrico.  A questo scopo l’unità CPX-CEC converte i dati ricevuti dal  computer e li trasferisce al controllore motore per mezzo di un bus CAN bus (Controller Area Network).

Cilindro pneumatico DSNU-PPS, rotondo compatto (DSNU) con ammortizzazione auto-regolante (PPS): maggiore sicurezza, affidabilità e convenienza.

La piattaforma di comando CPX è il direttore d’orchestra per i processi meccanici

Con il terminale CPX  la tecnica di comando e regolazione è integrata direttamente, a vantaggio della compattezza del sistema. Le ampie funzioni diagnostiche, con trasmissione digitale dei dati, semplificano le operazioni di movimento, misurazione e regolazione all’interno della macchina. Questa integrazione di funzioni all’interno del CPX permette di realizzare straordinarie funzioni meccatroniche decentralizzate di controllo. Per la gestione del CPX viene utilizzato un micro-controllore, collegato via  Ethernet ad altri sistemi. Ogni CPXMaster riceve i dati di comando dal PC e li trasferisce ai propri moduli I/O, al controllore motore e di qui ai cinque strumenti musicali. La programmazione avviene con CoDeSys pbF (provided by Festo).

Nuovi ritmi con gli algoritmi

Per consentire al sistema di riprodurre una grande varietà di generi musicali, i progettisti hanno sviluppato gli algoritmi sulla base di diversi stili musicali. Si può quindi tranquillamente affermare che è proprio la logica matematica a fornire la base per la creatività delle Sound Machines 2.0.

Ottimizzazione del sistema con la meccatronica

Con gli strumenti a comando automatico, Festo dimostra la possibilità di ottimizzazione di sistemi nella moderna automazione di fabbrica e di processo, con impiego della meccatronica, una branca che combina le discipline classiche della meccanica, elettrotecnica e informatica allo scopo di migliorare la funzionalità dei sistemi tecnici.

Musica del futuro: la fabbrica di domani

Gli assi elettrici Festo DGE, 5171 costituiscono un’ampia famiglia di prodotti dinamici, precisi e robusti, con configurazione flessibile, conveniente e facile.

Festo è convinta che nella fabbrica del futuro i componenti decentralizzati debbano essere collegati tra loro per creare sistemi meccatronici a comando automatico in grado di sviluppare, secondo la teoria evoluzionistica, propri modelli comportamentali autonomi nel gruppo, prendere decisioni indipendenti senza necessità di intervento diretto dell’operatore umano.

Nelle Sound Machines 2.0 questa immagine viene trasferita all’insieme dei robot musicali, capaci di interagire tra loro sulla base di opportuni algoritmi di controllo, modelli matematici e interfacce di comunicazione. Il quintetto è azionato da attuatori elettrici e cilindri pneumatici, a loro volta controllati dall’integrazione di funzioni della piattaforma di automazione CPX.  Dall’armonica interazione dei singoli componenti nasce un sistema globale intelligente, capace di reagire alla melodia e di produrre diverse variazioni sul tema. In questo modo è possibile realizzare processi di produzione stabili ed efficienti, perché l’impianto del futuro sarà in grado  di reagire ai requisiti individuali e adattarsi in modo flessibile alle specifiche esigenze del cliente.

Il terminale elettronico CPX, 13799 di Festo permette il collegamento semplice e rapido delle catene di comando pneumatiche ed elettriche a qualsiasi sistema di automazione e standard aziendale.

Soluzioni di automazione intuitive già attuali

Impulsi per la produzione del futuro: networking intelligente per l’automazione efficace e intuitiva nel mondo del lavoro di domani …

Già oggi il cosiddetto sistema di ascolto meccanico viene utilizzato in Festo nel settore della ricerca. Grazie alla diagnosi per suoni a trasmissione solida, per esempio con sensori di accelerazione, è possibile diagnosticare eventuali variazioni delle condizioni della macchina.

… attraverso l’integrazione di componenti decentralizzati in un sistema adattivo e nuove forme di interazione tra uomo e macchina

Soprattutto per le sequenze cicliche è possibile identificare un  profilo ideale in grado di segnalare automaticamente usura o malfunzionamenti in caso di deviazioni rispetto ai parametri standard. In questa forma la diagnosi per suoni a diffusione solida viene già adottata per il controllo di cuscinetti a rullo.

Il progetto e i suoi artefici

Dati tecnici

 

Partner di progetto

Dimensione degli strumenti

1,00 – 1,60 m

Sponsor: Wilfried Stoll

Materiale del corpo acustico

Alluminio

Socio gerente, Festo Holding GmbH

Materiale delle corde

Acciaio

Team: Heinrich Frontzek, Uwe Neuhoff, Roland Grau, Festo AG & Co. KG

Spessore delle corde

Fender 0,11 mm – 1,4 mm

 

Altoparlanti

40 Watt per strumento

Partner esterno: Roland Olbeter, scenografo e artista dei robot, Barcellona

Servocomando

Festo CPX-CEC

 

Attuatori elettrici

Festo DGE-12

Direzione tecnica e sviluppo: Carlos Jovellar, Barcellona

Attuatori pneumatici

Cilindri Festo DSNU/PPS

 

Motori

Festo EMMS-AC-40-M-TM

 

Comunicazione

midi Cubase

Luthier: Christian Konn, Barcellona

Sintetizzatore

Reactor

Sound Design e Music Adviser: Carlos Fesser, Barcellona

Comunicazione interattiva

Pure data

Software algoritmico: Urbez Capablo, Barcellona

Estensione

196 ottave

Robot Control Interface: Mathieo Bosi, Barcellona

Accordatura

Cromatica

Progettazione: Gumer Martín, Barcellona

Compositori

Carlos Fesser, Kraftwerk, Jean-Baptiste Lully, Claude Debussy

 

Fotografia

Oriol Aleu

 

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