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デニス・ホン 私の7つのロボットたち

サッカーをするヒューマノイド型のDARwInや崖を這い上るCLIMBeRなど、バージニア工科大学のRoMeLaのチームにより作られたロボットたちです」デニスは語りかける。ここでは、150万ビューを超える Dennis Hong のTED講演を訳し、7つの全地形対応ロボットとそれを生み出す秘訣について理解する。

要約

TEDxNASAでデニス・ホンが、数々の受賞歴を誇る7つの全地形対応ロボットを紹介します。サッカーをするヒューマノイド型のDARwInや崖を這い上るCLIMBeRなど、バージニア工科大学のRoMeLaのチームにより作られたロボットたちです。講演の最後に、ラボの目覚ましい技術的成功をもたらしている創造性の5つの秘訣が明らかにされます。

Dennis Hong is the founder and director of RoMeLa — a Virginia Tech robotics lab that has pioneered several breakthroughs in robot design and engineering.

 

1 三脚動的自励式試作ロボット「STriDER」

最初にご紹介するロボットはSTriDERです。「三脚動的自励式試作ロボット」 という意味です。3本脚のロボットで 自然からヒントを得ました。でも自然界に3本脚の生き物なんて いたでしょうか? たぶんいないでしょう。ではなぜ? どんな風に動くのでしょう? それをご説明する前に ポップカルチャーにちょっと目を向けましょう。H G ウェルズの「宇宙戦争」の小説と映画はご存じでしょう。今映っているのは 人気ゲームの一場面です。この架空の物語の中では 地球を脅かす宇宙人が 3本脚ロボットとして描かれています。でも私のロボット STriDERはこんな風には動きません。

 

2 生物をヒントにして作ったロボット

これは動的シミュレーションの動画です。ロボットがどんな風に動くかご覧ください。ボディを180度反転させています。1本の脚を 他の2本の脚の間に通し 倒れ込むのを支えます。こんな風に歩くわけです。人が二足歩行するときだって 筋肉を使って脚を持ち上げて ロボットみたいに歩くわけではありません。実際には 脚を振って 倒れるのを支え 立ち上がり 脚を振って 倒れるのを支え…という具合にやっています。体自体の重みや物理的な特性を ちょうど振り子のように 利用しているのです。私たちはこれを受動動的移動と呼んでいます。私たちが歩くときも同じです。位置エネルギーから 運動エネルギーへ 位置エネルギーから 運動エネルギーへ 繰り返し落下するプロセスです。だから自然界にこんな生き物はいないにしても 実際に生物からヒントを得て 生物が歩く原理を応用しているのです。だから生物をヒントにして作ったロボットというわけです。

 

3 メカトロニクスを使わずに機械的なもので問題を解決した

これは私たちが次にやりたいと思っていることです。脚を畳んで遠くへ打ち出します。それから脚を出します。スターウォーズみたいですね。着地時はショックを吸収し 歩き出します。この黄色いのは殺人光線じゃありませんよ。単にカメラか他の種類の センサーを表しています。高さが1.8メートルあるので 藪のような障害物があっても見渡すことができます。プロトタイプを2つ作りました。最初に作ったのが 後ろにあるSTriDER Iで 手前にある小さいのがSTriDER IIです。STriDER Iの問題は重すぎることです。関節の調整などに使うモーターが たくさん入っていたためです。それで機械的な機構を統合し 1つのモーターですべての動作を 制御できるようにしました。メカトロニクスを使わずに機械的なもので問題を解決したのです。新しい方は本体が軽いのでラボの中でも動かせます。成功した第一歩でした。まだまだ完璧ではありませんので やるべきことは たくさんあります。

 

4 作動スポークシステムによる知的移動プラットフォーム「IMPASS」

次のロボットはIMPASSです。「作動スポークシステムによる知的移動プラットフォーム」の略です。車輪と脚のハイブリッドになっています。リムのない車輪 あるいは スポークでできた車輪だと考えてください。スポークが個々に動いて ハブを出入りします。車輪と脚の組み合わせです。文字通り「車輪を再発明」したわけです。動いているところをお見せしましょう。この映像では反応的アプローチを 取っています。足の触覚センサーを使って 押すとへこむ柔らかい 変化する地形の上を歩いています。触覚センサーの情報をたよりに うまく柔らかい地形を移動しています。

 

5 大きな地形の変化に出会うと計画的動作モードに切り替わる

大きな地形の変化に出会ったときはどうするのか? ここではロボットの高さの3倍以上ある 障害物にぶつかっています。すると計画的動作モードに切り替えます。レーザー式の距離計や カメラを使って障害物の大きさを識別し スポークをどう動かすか注意深く計画し 調整することによって このように とても優れた機動性を発揮します。こんなものをご覧になったのはきっと初めてでしょう。私たちが開発した 超高機動性ロボットIMPASSです。ほら! すごいでしょう?

 

6 自動車の運転方法「アッカーマン・ステアリング」

自動車の運転では アッカーマン ステアリングと 呼ばれる方法が使われます。前輪がこの様に曲がります。小さな車輪を持つロボットでは 多くの場合 差動ステアリングを使います。左の車輪と右の車輪を逆向きに回転させるのです。IMPASSの場合 様々な異なるタイプの動きをさせることができます。例えば 左右の車輪が1つの車軸でつながり 角速度が同じであっても 曲がらせることができます。スポークの長さを変えてやれば良いのです。すると直径が変わって 左右に曲がります。これはIMPASSにできる面白いことの ほんの一例です。

 

7 ケーブル支持式有足知的適合動作ロボット「CLIMBeR」

次のロボットはCLIMBeRケーブル支持式有足知的適合動作ロボット」です。私はNASAのJPLの科学者たちとよく話をします。マーズローバーが有名ですね。地質学者がいつも言っているのは 科学的に本当に興味深い場所というのは いつも崖のようなところにあるということです。現在のローバーでは行くことができません。それで私たちは ごつごつした崖を よじ登れるロボットを作りたいと思いました。それがこのCLIMBeRです。3本脚で 見えにくいですが 上にウィンチとケーブルがついています。そして最適な足の置き場を見つけ 力の分散のさせ方を リアルタイムで計算します。表面にどれだけの力をかければ 滑ったり転んだりしないか? 安定したら 足を持ち上げ ウィンチを使って這い上がります。捜索や救助のような用途にも使えるでしょう。

 

8 多肢ロボットシステム「MARS」

5年前に私はNASAのJPLで ひと夏の間 研究スタッフとして働きました。その時すでにLEMURという6本脚ロボットが開発されていて これはそれをベースにした MARSです 「多肢ロボットシステム」 六本脚を持つロボットです。適応型の歩行プランナーを開発しました。面白い荷物を積んでいますね。学生たちは楽しいことをやりたがります。凹凸のある地形を越えています。こちらは粗い砂地の上を 歩いているところです。湿り具合とか砂粒の大きさによって 脚の沈み加減のモデルを変更します。足運びを環境に適応させることで このような地形をうまく渡ることができます。すごく面白いものをご覧に入れましょう。ラボを見学しに来る人はたくさんいるのですが お客様が来るとMARSはコンピュータの前に歩み寄り タイプし始めるのです。「こんにちは 私はMARSです。バージニア工科大学ロボティクスラボRoMeLaへようこそ」

 

9 化学物質に反応する アメーバロボット「ChIMERA」

これはアメーバロボットです。技術的な詳細をご説明している時間はないのですが いくつか実験の様子をお見せしましょう。実現可能性を検討している段階です。弾性のある表面に位置エネルギーを蓄えて移動したり あるいは弾性コードを使って前後に動きます。こちらはChIMERAで ペンシルバニア大の人たちと 協力して作っている 化学物質に反応する アメーバロボットです。あるところにあることをすると 魔法のように動き出します。変な生き物みたいですね。

 

10 弾性靱帯を持つ空気式ロボットハンド「RAPHaEL」

お次は新しいロボットのRAPHaELです 「弾性靱帯を持つ空気式ロボットハンド」です。商用で非常に良いロボティクスハンドはたくさんありますが それらの問題は値段が高すぎるということです。何万ドルもします。だから義肢という用途で使うのは あまり現実的ではありません。私たちはこの問題に別な方向から取り組みたいと思いました。電気モーターや電気機械アクチュエーターを使うのではなく 圧搾空気を使っています。関節のための新しいアクチュエーターを開発しました。柔軟にできていて 空気圧を変えるだけで 力加減を簡単に変えられます。ジュースの空き缶を潰すことができますが 生卵や電球のような壊れやすいものを 掴むこともできます。一番いいのは 最初のプロトタイプ作成に200ドルしか かからなかったことです。

 

11 超高自由度ヘビ型連節ロボット「HyDRAS」

次はヘビ型ロボットのシリーズで HyDRASという名前です 「超高自由度ヘビ型連節ロボット」です。このような地形を よじ登ることができます。こちらはHyDRASの腕です。12の自由度のあるロボットアームです。いかしているのはユーザインタフェースの部分です。あのケーブルは光ファイバーです。この学生は たぶん初めて使うのですが 関節を様々に動かすことができます。たとえばイラクなんかの交戦地帯では 道端に爆弾があります。現在はリモコン式の武装車両を送り込んでいますが すごく時間がかかり 複雑な腕を操作できるようオペレータを訓練するのも高く付きます。このロボットなら直感的に操作できます。この学生も恐らく初めて使っているのですが モノを拾い上げて操作する とても複雑なタスクをうまくこなしています。このようにとても直感的なんです。

 

12 ダイナミック人型知的ロボット「DARwIn」

次のロボットは 現在の我々のスターです。このDARwInには実際ファンクラブがあります 「ダイナミック人型知的ロボット」です。私たちはヒューマノイド つまり 人型の歩くロボットにとても関心があります。それで小型のものを作ってみることにしました。2004年当時には とても革新的なことで 実現可能性を探る研究でした。どんな種類のモーターを使うべきか? そもそも可能なのか? どのような制御が必要になるか? これにはまだセンサーがついていません。開ループ制御です。皆さんはきっとご存じですね。センサーなしでバランスを崩したら… (笑)この成功をベースとして 次の年には 運動学に基づいてちゃんとした 機械設計を行い 2005年にDARwIn I が誕生しました。立ち上がり 歩きます。しかしまだコードが繋がっています。外部の電源と 外部での計算処理に まだ頼っていました。

 

13 RoboCupの目標は2050年までに人間のワールドカップ優勝チームに勝つこと

2006年に本当に面白いものになりました。知性を持たせたのです。必要な計算能力を与えました。1.5GHzのPentium M 2つのFireWireカメラ 8つのジャイロ 加速度計 足には4つのトルクセンサー リチウム電池 DARwIn II は完全に自律的です。遠隔操作はしていません。ケーブルもついていません。周りを見回し ボールを探し 周りを見回し ボールを探し 自律的な人工知能によって サッカーをプレーします。見てみましょう。この時はまさに私たちの最初の試行でした ゴーーール!!RoboCupという大会があります。ご存じの方がどれくらいいるかわかりませんが 国際的な自律ロボットによるサッカー競技会です。RoboCupの目標は 2050年までに 等身大の 自律ヒューマノイド型ロボットで 人間のワールドカップ優勝チームと試合をして 勝つことです。それが真の目標です。野心的な目標ですが 私たちはやれると信じています。

2008年は中国で行われました。この競技会にアメリカから参加したのは 私たちが最初でした。今年2009年はオーストラリアで行われました。3対3で全く自律的に 試合を行います。そら入った! ロボット同士で チームプレーを競うのです。とても見応えのある エキサイティングな 競技イベントの形を取った研究イベントです。これは美しいルイ ヴィトンカップの トロフィーです。最高のヒューマノイドに与えられる賞です。来年には是非 このトロフィーを初めて アメリカに持ち帰るチームに なりたいと思っています (拍手)

 

14 DARwInは交響楽団の指揮やカンフーアクションもできる

DARwInは他にもたくさんの才能があります。去年はホリデーコンサートで ロアノーク交響楽団の指揮をしました。これは次世代のロボットDARwIn IV です。より賢く より速く より強くなっています。その能力を披露しようとしています。「俺はマッチョだ 俺は強いんだ」 ジャッキー チェンみたいな カンフーアクションだってできます (笑) そして歩き去ります これがDARwIn IV です。ロビーでご覧いただけます。これをアメリカ初の 走れるロボットにしたいと思っていますので ご期待ください。

 

15 私たちの成功の秘密は…

私たちのエキサイティングなロボットの動作をご覧頂きました。では私たちの成功の秘密は何でしょう? どうやって考え出しているのか? どうやってアイデアを発展させているのか? 私たちは都市域を完全自動走行する 自動車を作り DARPAアーバンチャレンジで 50万ドルの賞金を獲得しました。私たちはまた 視覚障害者が運転できる 世界最初の車も作りました。これは視覚障害ドライバーチャレンジと呼んでいます。まだまだお話ししたいエキサイティングなロボティクスプロジェクトがたくさんあります。これは私たちが2007年秋に ロボティクス関係のコンペで受賞したものです。

 

16 イマジネーションの閃きを得る方法

秘密は5つあります。まずどこからインスピレーションを得るか イマジネーションの閃きをどうやって得ているかです。これは本当のことで 私自身の話です。夜眠るとき 明け方の3時か4時頃ですが 横になって目を閉じると 線や円や いろいろな形が浮遊して 組み合わさり ある種のメカを形作ります。そうすると私は 「ああ これはいいな」と思い ベッドの脇に置いてあるノートと 特別なLEDライト付きペンを取り出します。明かりを点けて妻を起こしたくはないので 思いついたことをすべて書き 絵を描いて それから眠りにつきます。毎朝一番にやるのは 一杯のコーヒーよりも 歯磨きよりも先にするのは そのノートを開いて見ることです。多くの場合何も書かれていません。時々何か書かれていますが 大抵 自分でも何が書いてあるのかわかりません。朝の4時に寝ぼけて書いたのですから無理もありません。解読する必要があります。でも時々そこに すごいアイデアが書かれていることがあります 「見つけた!」という瞬間です。すぐに書斎に走り コンピュータの前に座って アイデアを打ち込み スケッチを描き そうやってアイデアのデータベースに保存します。そして公募があると 要件に合う可能性のあるアイデアを その中から探します。ピッタリのものがあれば 研究企画書を書いて 研究資金を獲得します。私たちの研究プログラムはそうやって始まります。

 

17 誰のアイデアも、どんな意見も批判しない

しかしイマジネーションの閃きだけでは十分ではありません。そのようなアイデアをどうやって発展させるのか? 私たちのラボRoMeLaでは 素晴らしい ブレインストーミングセッションをやっています。みんな集まって 課題や 社会的問題について議論し 話し合います。始める前にルールを確認します。そのルールとは 「誰のアイデアも批判しない。どんな意見も批判しないこと」です。これはとても重要で 学生は 自分の意見や考えを他の人がどう思うか不安になったり 怖れたりするものだからです。このルールを徹底するだけで 学生たちは 驚くほど自由にアイデアを出せるようになります。彼らはすごいクールでクレージーな素晴らしいアイデアを持っています。部屋全体に創造的なエネルギーが充満しているかのようです。そうやってアイデアを発展させるのです。

 

18 アイデアと創造力と工学的直感だけではできることが限られる

もう時間がありませんが もう1つお話ししておきたいのは アイデアを閃めかせ 展開させるだけでは十分でないということです。TEDで素晴らしい講演がありました。ケン ロビンソン卿です。彼は教育や学校がいかに 創造力を殺しているかという話をしました。これには実際2つの面があります。独創的なアイデアと 創造力と 工学的直感だけでは できることが限られています。ただの工作以上のことをやり 趣味のロボットを越え しっかりした研究に基づいて本当に大きなロボティクスの 課題に取り組もうと思ったら 他にも必要になるものがあります。そこが学校の生きてくる部分です。

 

19 数学、微分方程式、線形代数、科学、物理、化学、生物学などを活用する

悪者たちと戦うバットマンは ユーティリティーベルトや 引っ掛けフックや さまざまな小道具を持っています。私たちロボティクス研究者 エンジニア サイエンティストにとって そのツールに当たるのが大学の授業や教程なのです。数学 微分方程式 線形代数 科学 物理 最近では化学や生物学まで活用しています。これらは私たちが必要とするツールなのです。ツールがたくさんあるほど バットマンは 悪者相手に効果的に戦うことができます。私たちには 大きな問題に取り組むための足がかりが増えます。教育というのはとても重要なのです。

 

20 最高の生産性は楽しんでいるときにこそ得られる

またそれだけでなく 本当に熱心に 働く必要があります。私は学生にいつも言っています 「賢く働き そして熱心に働くこと」 後ろに出ている写真は午前3時のラボの様子です。私たちのラボに午前3時とか4時に来ていただけば きっと学生たちがまだ働いているでしょう。私がしろと言ったからではありません。みんなすごく楽しいからやっているんです。これが最後の点に繋がります 「楽しみを忘れないこと」 これこそ私たちの成功の一番の秘密です。みんな本当に楽しんでやっています。最高の生産性は楽しんでいるときにこそ得られるのです。それが私たちのしていることです。以上です。どうもありがとうございました (拍手)

 

最後に

三脚動的自励式試作ロボット「STriDER」、作動スポークシステムによる知的移動プラットフォーム「IMPASS」、ケーブル支持式有足知的適合動作ロボット「CLIMBeR」、多肢ロボットシステム「MARS」、弾性靱帯を持つ空気式ロボットハンド「RAPHaEL」、超高自由度ヘビ型連節ロボット「HyDRAS」、ダイナミック人型知的ロボット「DARwIn」。閃きをメモし、批判せずにアイデアを求め、大学の教程を活用し、熱心に働き、楽しみを忘れないこと。最高の生産性は楽しんでいるときにこそ得られる

和訳してくださった Yasushi Aoki 氏、レビューしてくださった Yuki Okada 氏に感謝する(2009年9月)。

Roboactor(ロボアクター) (二足歩行ロボットラジコン)


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