Lidské tělo, pohyb a hudba: Vědci z MIT zkoumají biomechaniku klavírní hry

Sledování a poslech klavírního vystoupení je strhující a příjemný zážitek. Klavírista a nástroj, s kombinací dovedností, tréninku a přítomnosti, vytvářejí řadu nezapomenutelných okamžiků pro sebe i pro publikum. Existuje však způsob, jak zlepšit výkon a naše porozumění tomu, jak hráč a jeho nástroj spolupracují na vytvoření této magie, a zároveň minimalizovat zranění související s hraním?

Mi-Eun Kim, ředitelka klavírních studií na sekci hudby a divadelního umění MIT, a Praneeth Namburi PhD '16, vědecký pracovník v MIT Institute for Medical Engineering and Science, zkoumají, jak tělo pracuje, když klavíristé hrají. Jejich společný projekt, Biomechanika osvojování nové klavírní dovednosti, si klade za cíl rozvíjet mechanistické poznatky, které by mohly transformovat naše chápání a výuku klavírní techniky, snížit zranění související s hraním a překlenout propast mezi uměleckým výrazem a biomechanickou efektivitou.

Jejich projekt patří mezi ty, které byly nedávno vybrány pro grant SHASS+ Connectivity Fund prostřednictvím MIT Human Insight Collaborative.

„Projekt vzešel ze sbližení zájmů a osobních zkušeností,“ říká Namburi. „Mi-Eun byla svědkem rozšířených zranění mezi kolegy klavíristy a viděla, jak tato zranění mohou zmařit kariéru.“

Kim je uznávaná klavíristka, která vystupovala na pódiích po celých Spojených státech, v Evropě a v Asii. Získala Liszt Award soutěže Liszt-Garrison a sólové ocenění Corpus Christi, mezi jinými vyznamenáními. Učí klavír a komorní hudbu prostřednictvím Emerson/Harris Program a komorní hudbu prostřednictvím Chamber Music Society MIT. Získala pokročilé tituly na Michiganské univerzitě a bakalářský titul v historii na Kolumbijské univerzitě.

Namburiho práce se zaměřuje na biomechaniku efektivního, expresivního a koordinovaného pohybu. Čerpá inspiraci z umělců a atletů ve specializovaných pohybových disciplínách, jako je tanec a šerm, aby zkoumal dovedný pohyb. Získal doktorát z experimentální neurovědy na MIT a bakalářský titul v elektrotechnice a elektronickém inženýrství na singapurské Nanyang Technological University.

Pokračování projektu

Kim a Namburi se k projektu dostali po různých cestách do umění. Zatímco Kim dokončovala studium na Michiganské univerzitě, Namburi si v Bostonu jako koníček bral hodiny tance. Zjistil, že expresivní a udržitelné pohyby mohou sdílet společného jmenovatele. „Klíčovým poznatkem bylo, že elastické tkáně hrají klíčovou roli v koordinovaných, expresivních a udržitelných pohybech v tanci – princip, který by se mohl rozšířit i za hranice tance,“ poznamenává.

„Uvědomili jsme si, že studium elastických tkání by mohlo vrhnout světlo na snížení rizika zranění, stejně jako na pochopení hudebního projevu a ztělesnění v kontextu hry na klavír,“ říká Kim.

Kim a Namburi začali spolupracovat na tom, co se stalo jejich projektem, v říjnu 2023, ačkoli základy byly položeny již měsíce předtím. „Student na návštěvě, který se mnou pracoval na výzkumném projektu studujícím klavíristy v MIT.nano Immersion Lab, se v létě 2023 obrátil na Mi-Eun,“ vzpomíná Namburi. Společné video na Instagramu ukazující jejich nastavení s pohybovými senzory a klavíristou hrajícím Chopina na digitální klávesnici vzbudilo Kimin zájem. Immersion Lab je otevřené, sdílené pracoviště pro MIT a další, které se věnuje vizualizaci, pochopení a interakci s velkými, vícerozměrnými daty.

„Nemohl jsem pochopit všechny senzory, ale okamžitě jsem si všiml, že používají digitální klávesnici,“ říká.

Kim chtěla pozvednout kvalitu těchto studií spárováním hudebníků s vhodným vybavením a nástrojem. Digitální klavíry, které předtím používali, jsou přenosné a poskytují data MIDI (Musical Instrument Digital Interface), ale nenabízejí stejný zážitek jako skutečný klavír. „Klavíristé sní o hraní na ideálním nástroji – 9stopém koncertním křídle s perfektně regulovanými 24palcovými klávesami, které reagují na každé hudební záměry bez odporu,“ říká Kim.

Výzkumníci přinesli do Immersion Lab koncertní klavír Spirio a pozorovali, že nástroj dokáže jak zachytit rychlost úderů klavíristy, tak je reprodukovat, aby přehrál výkon. Sledováním Kimina výkonu na koncertním křídle například oba zaznamenali výrazné rozdíly v jejím herním stylu.

„Navzdory všem senzorům, osvětlení a pozorovatelům se hraní zdálo tak přirozené, že jsem zapomněla, že jsem v laboratoři,“ říká. „Mohla jsem se soustředit čistě na hudbu, aniž bych se musela starat o přizpůsobení se menší klávesnici nebo digitálnímu zvuku.“

Toto nastavení jim umožnilo pozorovat přirozené pohyby klavíristů, což bylo přesně to, co Kim chtěla studovat.

Během období nezávislých aktivit 2025 Kim a Namburi uspořádali nový kurz, Biomechanika hry na klavír, v Immersion Lab. Zúčastnili se studenti a fakulta z MIT, Harvardovy univerzity, Michiganské univerzity, Torontské univerzity a Univerzity v Hartfordu. Účastníci se naučili používat pohybové snímání, akcelerometry a ultrazvukové zobrazování k vizualizaci signálů z těla během hry na klavír.

Pozorování a výsledky

Pokud efektivita a vnímaná plynulost pohybů zkušeného klavíristy vychází z využití tělesných elastických mechanismů, věří Kim a Namburi, je možné přepracovat způsob výuky hry na klavír. Každý z nich chce snížit výskyt zranění souvisejících s hraním a zlepšit způsob, jakým se hudebníci učí své řemeslo.

„Chci, abychom překlenuli propast mezi uměleckým výrazem a biomechanickou účinností,“ říká Namburi.

Během svých průzkumných seancí v Immersion Lab našli Kim a Namburi společnou půdu, shromažďovali informace o svých pozorováních a zkušenostech s klavírem a tancem pomocí senzorové technologie, včetně ultrazvuku.

Kromě toho Kim viděla potenciál pro transformaci klavírní pedagogiky. „Tradiční výuka se silně opírá o subjektivní popisy a metafory předávané z generace na generaci,“ říká. „Ačkoli jsou cenné, tyto přístupy by mohly být vylepšeny objektivním, vědeckým pochopením fyzikálních mechanismů za dovedným klavírním výkonem – o důkazech řízená klavírní pedagogika, chcete-li.“