Sound Machines 2.0. Künstlerische Mensch-Maschine- Interaktion

Transkript

1 Sound Machines 2.0 Künstlerische Mensch-Maschine- Interaktion

2 Intelligente Klangroboter Sound Machines 2.0 ist eine intelligente robotergesteuerte Klanginstallation aus fünf selbstspielenden Musikinstrumenten, die eine eingespielte Melodie aufnimmt, sie zum Komponieren eines neuen Musikstücks verwendet und dieses live spielt. Technologische Präzision trifft künstlerische Freiheit Das zusammen mit dem Künstler Roland Olbeter verwirklichte Projekt verbindet höchste technologische Präzision mit künstlerischer Freiheit. Die Instrumente reagieren nach hinterlegten Kompositionsregeln, die auf dem Game of Life von J. H. Conway basieren, auf jede vorgespielte Melodie und interpretieren diese neu. Dabei sind die einzelnen Klangroboter so miteinander vernetzt, dass sie sich gegenseitig zuhören können. Dadurch entstehen fortlaufend neue Variationen, die sich vom ursprünglichen Thema differenzieren, aber das Wesentliche der Komposition beibehalten. Selbstkomponierendes System Die realisierten Klangroboter sind somit ein Paradebeispiel für intelligentes Musizieren und können als selbstkomponierendes System bezeichnet werden. Weiterentwicklung der Sound Machines von 2007 Aus technischer Kreativität und Begeisterung im Umgang mit Kunst und Technik setzt Festo seit Jahren Projekte zur Auseinandersetzung von Kunst mit Technik um. Die Sound Machines 2.0 sind die Fortführung der Sound Machines aus dem Jahr Sie zeichnen sich durch eine noch höhere Präzision und damit einen noch besseren Klang der gespielten Töne aus. Die Installation gibt Impulse für die Musik der Zukunft und dient als Instrument zur spielerischen Erlernung immer wieder neuer Klangfolgen. Zukunftsweisende Konzepte für die Automatisierung Das Objekt zeigt das Zusammenwirken von Mensch und Maschine auf eine spielerische Art und Weise und transportiert zukunftsweisende Konzepte für die Mensch-Technik-Kooperation in der Fabrik von morgen. Der Mensch bestimmt die Ausgangslage für die weitere Interaktion zwischen ihm und der Maschine und gibt damit den Anstoß für den weiteren Prozess. Das veranschaulicht die Rolle des Menschen in der Produktion der Zukunft. Bringt die Saiten zum Schwingen: der Zylinder DSNU/PPS Sorgt für die exakte Tonhöhe: die Linearachse vom Typ DGE 2

3 Harmonisches Gesamtwerk: die fünf frei schwebenden Saiteninstrumente kombinieren künstlerische Freiheit Aufbau, Funktion und Zusammenspiel des Quintetts Die fünf Instrumente zwei Geigen, eine Bratsche, ein Violoncello und ein Kontrabass sind frei schwebend aufgehängt, um eine entsprechend hohe Klangqualität zu gewährleisten. Sie funktionieren wie richtige Saiteninstrumente mit dem Unterschied, dass sie jeweils nur eine Saite haben. Pneumatisch-elektrische Co-Produktion Ein Pneumatikzylinder bewegt ein Hämmerchen, das die Saite zum Schwingen bringt wie der Bogen bei einem richtigen Streicher. Entlang der Saite fährt auf einer Zahnriemenachse ein elektrischer DGE-Antrieb, der wie die linke Hand eines Musikers durch die Verkürzung der Saitenlänge die Tonhöhe bestimmt. Da jedes Instrument auch nur über einen Finger verfügt, geschieht dies im Gegensatz zum menschlichen Pendant nicht über die Fingerfertigkeit, sondern über die exakte Positionierung des Antriebs. Wie bei einem kleinen Orchester wird dabei die Melodie auf alle fünf Streicher verteilt, die jeweils ihren Part zu einem harmonischen Gesamtwerk beisteuern. Vom analogen Ton zum digitalen Klangerlebnis Zu Beginn spielt ein Musiker eine beliebige Melodie auf einem MIDI-Klavier oder einem Xylophon ein, auf dessen Grundlage das System eigenständig zu improvisieren beginnt. Das analoge Tonsignal durchläuft einen A/D-Wandler und wird an den Computer gesendet. Dort verarbeitet eine modulare Synthesizer-Software das digitale Signal und transformiert Dynamik und Klangfarbe des Tons. In Echtzeit wird das bearbeitete Signal zurück an die Klangroboter geschickt und über die instrumenteneigenen Verstärker und 40 Watt starke Lautsprecherboxen live ausgegeben, sodass die Musik des Kollektivs räumlich wahrnehmbar wird. Spielerische Intelligenz ist Programm Bei der Software setzt Festo auf eine Open-Source-Lösung. Das Programm analysiert im ersten Schritt den Sound, der durch ein Mikrofon aufgenommen wird. Die Daten werden hinsichtlich Tonhöhe, Notenlänge sowie Intensität gespeichert. Für jeden der 400 Achteltöne werden über ein Sounddesign entsprechende Tonveränderungen entwickelt, programmiert und die Spielregeln für die Komposition festgelegt. mit höchster technologischer Präzision zu einem räumlichen Klangerlebnis in Echtzeit 3

4 Mechatronische Installation: Software und Hardware im Einklang Mithilfe verschiedener Algorithmen wird eine einzigartige und einmalige Komposition generiert, die eine vorgegebene Länge besitzt und den zuvor im Rechner abgelegten Kompositionsregeln gerecht wird. Anschließend spielen die fünf Instrumente das neu interpretierte Stück nach. Mit Präzision zum nächsten Ton Damit die neu komponierten Melodien von den Klangrobotern gespielt werden können, müssen die bearbeiteten Signale zurück an die Instrumente gelangen. Hierfür sind in den Sound Machines 2.0 verschiedene Echtzeitkommunikationssysteme integriert. Der Computer kommuniziert mit der integrierten Steuerung CPX-CEC von Festo via EasyIP Protokoll. Dabei handelt es sich um ein einfaches Ethernet-Protokoll, das auf UDP (User Datagram Protocol) basiert. Die Steuerungsplattform übergibt zwei Parameter: die Position und die Geschwindigkeit, mit der die elektrische Achse eben diese Position anfahren soll. Zu diesem Zweck wandelt die CPX-CEC die vom Computer erhaltenen Daten um und schickt sie über den CAN- Bus (Controller Area Network) an einen Motorcontroller. Steuerplattform CPX: Dirigent der Maschinenprozesse Mit der CPX ist die Steuerungs- und Regelungstechnik direkt und kompakt im System integriert. Die umfassenden Diagnosemöglichkeiten mit digitaler Datenübertragung vereinfachen das sichere Bewegen, Messen und Regeln innerhalb der Maschine. Diese Funktionsintegration innerhalb der CPX macht einzigartige dezentrale mechatronische Steuerungskonzepte möglich. Bei der CPX-Steuerung handelt es sich um einen Mikrocontroller, der über Ethernet mit anderen Systemen verbunden ist. Jeder CPX- Master erhält die Steuerdaten vom PC und leitet sie an seine E/A- Module, den Motor-Controller und damit an die fünf Instrumente weiter. Programmiert wird mit CoDeSys pbf (provided by Festo). Neue Rhythmen durch Algorithmen Damit die Installation möglichst eine Vielzahl an stilistischen Musikrichtungen abbildet, haben die Entwickler die Algorithmen auf unterschiedlichen musikalischen Stilen aufgebaut. Man kann also sagen, dass ausgerechnet mathematische Logik die Basis für die Kreativität der Sound Machines 2.0 ist. Zahnriemen- und Spindelachsen vom Typ DGE sind eine umfangreiche Baureihe: dynamisch, präzise und belastbar. Dazu vielseitig, wirtschaftlich und leicht zu projektieren. Mit dem CPX-Terminal binden Sie pneumatische und elektrische Steuerketten einfach, schnell, flexibel und nahtlos an alle Automationskonzepte und firmenspezifischen Standards an. Zylinder von Festo bieten Mehrwert: so wie der kompakte Rundzylinder DSNU mit selbst einstellender Dämpfung PPS. Sicherer, zuverlässiger und wirtschaftlicher. 4

5 Impulse für die Produktion der Zukunft: intelligente Vernetzung für smarte und intuitive Automatisierungslösungen für die Arbeitswelt von morgen Systemoptimierung mithilfe der Mechatronik Anhand des selbststeuernden Instruments demonstriert Festo die Systemoptimierung in modernen Anlagenkonzepten der Fabrikund Prozessautomation mithilfe der Mechatronik. Sie verbindet die klassischen Disziplinen Mechanik, Elektrik und Software mit dem Ziel, die Funktionalität technischer Systeme zu verbessern. Zukunftsmusik: die Fabrik von morgen Festo verfolgt die Idee, dass in der Fabrik der Zukunft dezentrale Komponenten zu selbststeuernden, mechatronischen Gesamtsystemen vernetzt sind, die nach Regeln der Evolutionstheorie eigene autonome Verhaltensmuster in der Gruppe entwickeln und Entscheidungen selbst treffen, die nicht unmittelbar vom Menschen beeinflusst werden müssen. Mit den Sound Machines 2.0 wird dieses Bild auf das musikalische Ensemble aus Klangrobotern übertragen, die ihrerseits über geeignete Regelungsalgorithmen, mathematische Modelle und Kommunikationsschnittstellen vernetzt sind. Betrieben wird das Quintett durch elektrische Antriebe und Pneumatikzylinder, die durch Funktionsintegration von der Automatisierungsplattform CPX gesteuert werden. Durch das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten entsteht ein intelligentes Gesamtsystem, das auf die gespielte Melodie eingeht und Lösungsvarianten zum gegebenen Impuls liefert. In der Fertigung sind dadurch effiziente und stabile Produktionsprozesse rascher realisierbar, da die Anlage der Zukunft auf individuelle Bedürfnisse reagieren kann und sich flexibel den kundenspezifischen Anforderungen anpasst. Intuitive Automationslösungen von heute Bereits heute findet das sogenannte Machine-Listening-Concept in der Forschung bei Festo Verwendung. Mit Körperschalldiagnostik, beispielsweise mittels Beschleunigungssensorik, können Veränderungen im Maschinenzustand diagnostiziert werden. Insbesondere in zyklischen Abläufen kann ein Idealprofil erlernt werden, das bei Abweichungen auf Verschleiße oder Fehlfunktionen automatisch hinweist. In dieser Form wird die Körperschalldiagnostik bereits zur Überprüfung von Wälzlagern eingesetzt. durch die Integration dezentraler Komponenten in ein adaptives System und neue Formen der Interaktion zwischen Mensch und Maschine 5

6 Technische Daten Projektbeteiligte Größe der Instrumente: 1,00 1,60 m Werkstoff des Klangkörpers: Aluminium Werkstoff der Saiten: Stahl Saitenstärke: Fender 0.11 mm 1.4 mm Lautsprecher: 40 Watt pro Instrument Projektinitiator: Dr. Wilfried Stoll, Geschäftsführender Gesellschafter, Festo Holding GmbH Projektteam: Dr. Heinrich Frontzek, Uwe Neuhoff, Roland Grau, Festo AG & Co. KG Servosteuerung: Elektrische Antriebe: Pneumatische Aktoren: Motoren: CPX-CEC DGE-12 Zylinder DSNU/PPS EMMS-AC-40-M-TM Externer Projektpartner: Roland Olbeter, Bühnenbildner und Roboter-Künstler, Barcelona Technische Leitung und Entwicklung: Carlos Jovellar, Barcelona Kommunikation midi: Cubase Synthesizer: Reactor Interaktive Kommunikation: Pure data Oktavenumfang: 196 Achteltöne Stimmung: Achteltöne Luthier: Christian Konn, Barcelona Sound Design und Music Adviser: Carlos Fesser, Barcelona Algorithmische Software: Urbez Capablo, Barcelona Komponisten: Carlos Fesser, Kraftwerk, Jean-Baptiste Lully, Claude Debussy Robot Control Interface: Mathieo Bosi, Barcelona Konstruktion: Gumer Martín, Barcelona Fotografie: Oriol Aleu Festo AG & Co. KG Film Ruiter Straße Esslingen Deutschland Telefon Telefax cc@de.festo.com de 4/2012