金属的な動きではなくしなやかな動きを実現

　人間を含む生き物は、柔らかい臓器や皮膚を持ち、しなやかに動くことができる。対してロボットは、素材も動きも硬くぎこちない。人間のように動くヒューマノイドロボットも多数存在するが、ギアドモーター特有の“ロボット的な動作”から抜け出せていない。
　機械情報工学科の國吉・新山研究室では、知能や身体性という観点からこうした問題に取り組み、今までにないロボットをつくり出そうとしている。「人間を知る」というサイエンティフィックな興味に根ざしていると新山龍馬講師は話す。
　「人間の体の仕組みは未解明な部分も多く、動かしにくいハードウェアなはずなのにロボットより柔軟に動くのはなぜでしょうか。その理由を探り、ロボットという形で動かしてみたいと考えています。研究室では、神経や脳、感覚など生物的要素とロボットやものづくりとを融合させた研究を行っています。哲学などを含む人間科学的な研究領域でもあるといえますが、観察・解析による原理探究を行うだけではなく、ロボットという形でつくり出すという工学的アプローチをとるのが特徴です」

人間や動物の動きを模した生物規範型ロボットを開発

　新山講師がつくったロボットの代表格としては、壁に跳び乗るネコの動きを模したネコ型ロボット（脚力がつき過ぎて最終的にカエル型になった）、走る人間の脚を再現したアスリートロボットなどがある。生物の動きから学ぶこれらのロボットは、“生物規範型ロボット”と呼ばれる。
　ネコ型ロボットでは、ネコの動画を見て動きを調べたり、獣医学の専門書でネコの解剖学を学んだりすることから始めた。さらに脳神経科学的な動きのコントロール、筋肉の動かし方など、ネコのダイナミックな動きを解析してロボットの動作に生かした。ネコらしい脚力を再現するために、駆動部にはモーターを使わず、空気圧人工筋肉を採用している。
　人間のように走ったりジャンプしたりするヒト型のアスリートロボットも、ネコ型ロボットと同じ空気圧人工筋肉を使っている。従来のヒューマノイドロボットはプロポーションと関節の構成がヒトらしいのが特徴だが、モーターで動くロボット独特のぎこちなさが残る。そこで新山講師は、形態と同時に、その動きのしなやかさを人間に近づけようとしたのだ。しかし、ヒト型でも、人工筋肉ならではの制御の難しさという問題に直面した。新山講師は次のように説明する。
　「従来のロボットは関節の角度や足を置く位置などを、精密に制御しています。最近では、レーザーを使った距離センサーから環境情報などを受け取り、リアルタイムで動きを修正することも可能になりました。それでもロボット特有のぎこちなさは残ります。対して人工筋肉は、そこまで事細かに設定しなくても、走ったり、ジャンプしたりすることができます。人間が走ろうと腿を前に出せば膝下は自然に前に出るのと同じように、ある程度勢いに任せて動ければいいという考え方です。そのほうが省エネルギーで、自然な動きになります。このようにモーターと人工筋肉とではロボット制御に対する考え方が大きく異なるので、今までとは違う制御手法を確立しなければいけないという難しさがあるのです」

材料も動きも柔らかいソフトロボティクスも

　現在力を入れているもう一つの研究分野がソフトロボティクス。近年世界で研究が進む新しい分野で、文字通り“柔らかいロボット”が研究対象だ。ロボットの材料だけでなく、動きも含め、広い意味で柔らかさを追求する。
　ロボットの材質が柔らかくなれば、接触したときのリスクも軽減する。人間とロボットが共に作業することが増える今後を考えると、より安全なロボットという視点も重要になる。柔らかい材料としては、シリコンゴムや樹脂などを使用する。これらの材料は変形しやすい特性がメリットである一方、力の加わり方によってどう曲がるかの予想が難しい。コントロール、センシング、駆動、どれをとっても、柔らかい材料を使うことで制御の難易度は格段に高くなる。
　ロボットの駆動部には硬いモーターではなく、柔らかい人工筋肉を使う。また、人間の皮膚のように柔らかいフレキシブルセンサーをつくろうとしている。
　「私たちが考えるソフトロボティクスでは、電源や通信配線の問題まで見据えた、実用性の高いセンサーが必要です。理想は、人間の皮膚のように全身を覆うようなセンサーであること。全身のセンシングが可能になれば、わずかな接触力を感知して転倒を防いだり、ロボット自身がどのように動いたかを記録して学習したりすることにも役立てられます」

動きの原理が分かればロボット以外への応用も可能

　研究の学術的なゴールの一つは、人間の動きそのものを解明することだ。その成果が必ずしもロボットとして結実するとは限らない。人間が速く走る仕組みが明らかになれば、より効果的なコーチング術として活用したり、そのような理論に基づいたシューズを開発したりするなど、様々な応用が考えられる。また、生き物が歩行する仕組みから、階段や荒地など、どんな環境でも自律的に走行できる生物型ロボットがつくれるかもしれない。
　「生き物の知見は、人工筋肉などのハードウェア技術、溝があったら飛び越えるなどの自律性や賢さ、なつくなどのコミュニケーションといった幅広い領域にまたがります。だからといってネコができることをすべて再現するのは難しいので、まずはジャンプする後ろ脚というように、興味深いところをそれぞれ取り上げて研究しています」
　人間の赤ちゃんからアスリート、動物、昆虫と、幅広い対象からロボットの可能性を探る國吉・新山研究室では、あらゆることが研究対象になる。人間の筋骨格系を模したアスリートロボットでも、走高跳びをさせたり、バレーボールをさせたり、泳がせたり、様々な動きに特化した研究へと発展させることが可能だ。
　「この研究室で取り組む分野は幅広いので、何にでも興味を持てる学生に来てほしい。解明されていない課題を自ら見つけ出し、形あるもの、動くものをつくることの醍醐味を体感してみてください」