ほぼ垂直の岩壁を駆け上がるシロイワヤギから、身を守るために丸まるアルマジロまで、動物は環境の変化に楽々と適応するように進化してきた。
- Advertisement -
対照的に、自律型ロボットが目的地に到達するようにプログラムされている場合、事前に決められた経路のそれぞれの変化は、物理的にも計算的にも大きな課題となる。
EPFL工学部のCREATEラボのジョシー・ヒューズ率いる研究者たちは、動物のように機敏に形を変えて多様な環境を移動できるロボットの開発を目指した。
GOAT（Good Over All Terrains）によって、彼らはまさにそれを実現し、その過程でロボットの移動と制御の新しいパラダイムを生み出した。
- Advertisement -
GOATは、柔軟でありながら耐久性に優れた設計により、移動中に平らな「ローバー」形状と球体形状を自発的に変化させることができます。これにより、走行、転がり、さらには泳ぐ動作を切り替えることができ、手足や付属肢を持つロボットよりも少ないエネルギーで済むという。
ヒューズ氏：ほとんどのロボットはAからBまでの最短経路を計算しますが、GOATは移動方法と進むべき経路を考慮します。たとえば、小川などの障害物を迂回するのではなく、GOATはまっすぐ泳いで通り抜けることができます。経路が丘陵地帯である場合、時間とエネルギーを節約するために球体として受動的に坂を転がり、転がることがもはや有益でなくなったらローバーとして能動的に走行することができます。
この研究はScience Roboticsに掲載されました。
能動的な再構成と受動的な適応の組み合わせを活用することで、次世代の順応型ロボットは自然界の多様性さえも超える可能性がある。
コンプライアンスが鍵
ロボットを設計するにあたり、CREATEチームはクモ、カンガルー、ゴキブリ、タコなど、動物界全体からインスピレーションを得たという。チームの生物にヒントを得たアプローチにより、柔軟性の高い設計が実現した。
- Advertisement -
つまり、ロボットは固いままではなく、環境との相互作用に応じて適応する。この柔軟性により、GOATは積極的に形状を変えて受動的な特性を変えることができる。その特性は、「ローバー」構成ではより柔軟になり、球体ではより頑丈になる。
安価な材料で作られたロボットのシンプルなフレームは、交差する2本の弾性グラスファイバーロッドと、モーター付きの縁なしの車輪4つで構成されている。ウインチで駆動する2本のケーブルがフレームの構成を変え、最終的に腱のように短くなり、しっかりとボール状に引き寄せられている。
バッテリー、オンボード コンピューター、センサーは、フレームの中央に吊り下げられた最大2kgのペイロードに収められており、球体モードではハリネズミが下腹部を保護するのと同じようにしっかりと保護される。
最も抵抗の少ない道
CREATEラボの博士課程の学生であるMax Polzin氏は、コンプライアンスにより、GOATは最小限のセンサー機器で移動できるとも説明している。
衛星ナビゲーションシステムとロボット自身の方向を測定するデバイス (慣性測定ユニット) のみを搭載したGOATにはカメラが搭載されていない。つまり、進路上に何があるのか正確に知る必要がないのという。
ポルジン氏：過酷な地形を移動するロボットのほとんどは、各モーターの状態を判断するために多数のセンサーを備えていますが、GOATは独自のコンプライアンスを活用できるため、複雑なセンサーを必要としません。環境に関する知識が非常に限られている場合でも、環境を活用して、最適な経路、つまり最も抵抗の少ない経路を見つけることができます。
今後の研究の方向性としては、変形するロボットや順応性のあるロボットのユニークな機能を活用するためのアルゴリズムの改善や、さまざまな積載物に対応するためにGOATの設計を拡大縮小することなどが挙げられる。
研究者たちは、将来的には環境監視から災害対応、さらには地球外探査まで、このデバイスがさまざまな用途に活用される可能性があると考えているという。
ヒューズ氏：GOATのようなロボットは、最小限の認識と計画システムで未知の領域に素早く展開でき、環境の課題を計算資産に変えることができます。能動的な再構成と受動的な適応の組み合わせを活用することで、次世代の順応ロボットは自然の多様性を凌駕するかもしれません。
