ロボティクス
ロボティクスが自然からヒントを得る方法
Securities.io を Google の優先ソースに追加
サイエンスフィクション作家の娯楽の源から人類社会の発展のためのツールへと、ロボットとロボティクスは長い道のりを歩んできました。
2016年から2028年にかけて、世界のロボティクス市場はほぼ US$23 billion to more than US$45 billion。その誕生当初、ロボティクスは産業分野に限定されるものと考えられていました。
むしろ、現在ロボティクス市場の半数以上はサービスロボティクスで構成されています。近年、ロボットは自動車産業、化学産業、電気・電子産業、食品産業、医療産業などで幅広く利用されています。さらに革新的に、ロボティクス提供者は農業、家庭労働、エンターテインメントといった従来の分野でもその活用を進めています。
ロボティクスの役割が多くの従来分野で変革的であることは事実ですが、自然界から何かを学べるでしょうか？本稿では、ロボティクスが自然からヒントを得られるシナリオを詳しく見ていきます。
渦巻きカブトムシからバイオインスパイアド・ロボティクスが自らを豊かにする方法
世界で最も泳ぎが速い昆虫として知られる渦巻きカブトムシは、加速度100メートル毎秒、最高速度は体長100倍毎秒、つまり正確には1メートル毎秒に達します。しかし、どのようにしてこの速度と加速度を実現しているのでしょうか？
Their flying strategy was 研究者によって研究され and published in the journal Current Biology. The study went by the title, ‘Whirligig Beetle Uses Lift-Based Thrust for Fastest Insect Swimming.’
研究では、異なる角度で同期させた2台のハイスピードカメラを使用しました。その結果、飛行メカニズム（リフトベースの推力）を詳細に示すビデオが得られました。この仕組みはプロペラと似ており、推進運動は水面に対して垂直に行われます。このメカニズムは抗力を減少させ、より大きな速度のために運動量を増加させます。
この発見が重要なのはなぜでしょうか？リフトベースの推力は大型生物でも確認されていましたが、本研究はこの現象が1センチメートルという極小スケールにも当てはまることを示しています。
農学部・生命科学部の生物・環境工学助教授であるChris Rohによれば、この発見はバイオインスパイアド・ロボティクスや他の工学コミュニティに対し、まず正しい物理法則を特定し、次にその物理法則をロボティクスの創造に活かすことを促すものです。
具体的には、Rohはこの現象が無人ロボット船の開発に活用できると考えており、渦巻きカブトムシのリフト生成推進メカニズムを利用することで、はるかに小型で柔軟な船舶が実現できると述べています。米国は乗組員を必要としないこのような船舶の開発を進めています。
この研究はロボティクスを新たな視点で捉えるきっかけとなります。自然からヒントを得て、それらを逆にエンジニアリングし、人間と機械のデザインに応用することは常に可能です。我々は自然／人間と機械の相乗効果のさらなる例を見つけました。
タコにインスパイアされたロボット：ソフトロボティクスの未来と称賛されたもの
2016年にイタリア・ピサのサンタンナ・バイオロボティクス研究所の教授Cecilia Laschiによって創造されたタコにインスパイアされたロボットは、非常に柔軟で、当時開発されたほとんどのソフトロボットよりもはるかに高い感度と精度で環境に反応できました。Laschiの言葉を借りれば：
「この比較的新しい研究分野は、ロボットが何ができるか、どこで有用かという我々の考え方を覆す可能性があります。」
計算リソースをはるかに少なく必要とし、凹凸のある地形での移動に優れたこのロボットは、液体を吸い込み体外へ排出することができました。また、8本すべての足を使って荒れた海底を駆け回ることができました。
このロボットは電気にさらされると変形するエレクトロアクティブポリマーで構成されています。2016年初頭に地中海でのテストに成功しました。その開発はソフトロボティクス分野の進歩に大きく貢献しています。
In one instance, in 2017, ハーバード大学がOctobotを開発, a soft robot with all its mechanical components replaced with analogous soft systems. It was 3D-printed and had inlaid channels facilitating power and movement control, powered through gas-fueled pneumatics.
タコにインスパイアされた開発に加えて、バイオインスパイアド・ロボティクスは他の動物も模倣しています。例えば、スイス・ローザンヌ工科大学（École Polytechnique Fédérale de Lausanne）のエンジニアはサンショウウオの動きを模倣したロボットを開発しました。
別の研究チームはヘビからインスピレーションを得ました。ヘビは複雑で入り組んだ地形を移動できる特性を持つため、これらのロボットは宇宙探査で有用になる可能性があります。
Pleurobot と Snakebot：複雑な動きを可能にしたロボティクス
Pleurobotはインスピレーションを得る from a Salamander’s movement. It has a unique vertebrate that helps the robot slither in and out of the water. It has 11 spinal segments. Vision-wise, the development of the robot was aimed at re-stimulating the way the human spinal cord works as well as the way the brain interacts with it.
サンショウウオの動きをロボットで模倣することは重要な突破口でした。サンショウウオは同じ動作で這い、歩き、泳ぐことができ、速度だけを変えるのです。このようなイノベーションは、機械やロボットに応用されれば変革的で革命的になる可能性があります。
一方、Snakebotはカーネギーメロン大学の研究者グループの成果です。彼らは、瓦礫や障害物の間を這うヘビの動きを模倣し、困難な地形を克服できるロボットの開発を目指しました。このロボットは全長37インチ、直径2インチで、16関節を持ちます。最新の報告では、NASAがこれらのロボットを宇宙探査プロジェクトに投入したとされています。
これらの開発やその他多数の事例により、自然からヒントを得たロボティクス、すなわちバイオインスパイアド・ロボティクスは大きく成長しています。マサチューセッツ工科大学（MIT）は、機械工学部の下でバイオインスパイアド・ロボティクスのコースを提供しています。
このコースは「バイオインスパイアド・デザインへの学際的アプローチ」を奨励し、ロボティクス、義肢、ヒト支援技術など様々なロボティクス研究分野に適用可能な原理抽出に重点を置いています。
主要な教育機関だけでなく、大手テック企業もバイオインスパイアド・ロボティクスに熱意を持って参入しています。例えば、ヒュンダイが2021年に1.1億米ドルの評価額で買収したBoston Dynamicsは、犬の動きを模倣したロボットを開発し、数多くの困難なタスクを実行します。この四足ロボットはSpotと名付けられました。
1. Boston DynamicsのSpot：犬の動きを模倣する四足ロボット
Developed like a 頭のない黄色い犬, Spot, by Boston Dynamics, could climb uphill and navigate stairs. The device came for US$74,500. It served many purposes, from inspecting factories, construction sites, and hazardous environments, it could climb stairs and even navigate them.
Spotは現在、24時間365日稼働でき、介入なしで動作します。自律的に充電し、新たな障害物に対して動的に再計画できます。公式データによると、Spotロボットはこれまでに1,000社以上の顧客に導入されています。
Spotは製造業、エネルギー・天然資源、建設、学術・教育、政府など幅広い産業に対応しています。
HyundaiがBoston Dynamicsの買収を完了した後、同社は80％の株式を所有しました。SoftBankはその子会社を通じて残りの20％を保有しています。取引を完了。
Hyundaiは2022年の連結財務諸表を2023年3月21日に公表しました。2022年の売上は6,126,969億韓国ウォンで、2021年の3,782,498億韓国ウォンから大幅に増加しました。2022年の配当は7,207億円でした。
2. ABBのSevenSense買収：自然インスパイアドロボット開発の画期的進展
ABB, another global robotics stalwart, recently purchased SwissスタートアップSevenSense that specializes in boosting the mobility of industrial robots. More specifically, SevenSense develops and makes sensor and AI-powered robotic systems that have eye and brain functionalities to maneuver around plants to go all over the factory space.
These solutions will not remain limited to supplied production lines that usually leverage fixed magnetic strips. These robots can shift 2 tons of materials at speeds of 1.5 meters per second. They come with six cameras. According to Sami Atiya, ABB’s head of robotics and discrete automation:
“Under the old system, when you needed to change a production line of 100 meters, adding a new production cell, for example, it was impossible to divert the robot. Now we can do that easily.”
According to its latest available financial report, ABB had an annual revenue of US$29.4 billion in 2022, compared to US$28.9 billion in 2021.
3. Yamahaのヒューマンライダーインスパイアド・Motobot
Not only sea animals and our four-legged friends, but robots take cues from us humans as well. Yamaha’s unique project, Motobot, aims to create an ideal humanoid robot to operate a vehicle unmodified for autonomous use. Motobot can autonomously operate the vehicle by taking data from vehicle speed, engine rpm, machine attitude, and similar parameters.
Yamaha plans to empower Motobot, going ahead, with high-precision GPS, sensors, etc., for it to have machine position recognition capabilities and make its decisions more prudently on the best lines to take around a racetrack and the limits of the motorcycle’s performance.
To develop Motobot, Yamaha has partnered with SRI International, a leading global research institute. The vision is to draw inspiration and knowledge from the underlying technologies active in developing MOTOBOT, such as robot control and human-machine interface creation.
According to its latest available annual report for FY 2022, Yamaha earned a revenue of 4,080億円超 in the year with a core operating profit of 43 billion Japanese Yen.
終わりなき開発のリスト
限られた時間の中で、ロボティクスが自然から大きなインスピレーションを受けた画期的な事例をいくつか取り上げることはできますが、利用可能な研究出版物を調査すると、それは氷山の一角に過ぎません。ロボティクスは研究・開発・応用の分野として、自然から多大な影響を受けており、今後もその傾向は続くでしょう。
例えばロボットドローンは鳥から大きなインスピレーションを受けています。飛行メカニズムだけでなく、鳥は悪天候や強風の中でも効果的に飛行する方法もドローンに影響を与えています。
潜水鳥はロンドン・インペリアル・カレッジのエアロロボティクス研究所で、Aquatic Micro Air Vehicle（AquaMAV）の開発につながりました。このAquaMAVは高速で水中に潜り、再び浮上し、ジェットで水を噴射します。この技術は水サンプルの収集や救助ミッション、そして水中探査など様々な用途に利用されています。
蝶はマイクロボットに特別な翼構造をインスパイアし、より遠くへ飛び、事故を回避できるようにしました。
Boston Dynamicsは、すでに取り上げた企業の一つで、Atlasというインテリジェントな二足歩行ヒューマノイドロボットを開発しています。
Jessikoはフィンを使って水中を移動する水中ロボットです。DelFly Microは3.07グラムの羽ばたき翼ロボットで、名前が示す通りハエにインスパイアされています。世界ではカメにインスパイアされた3Dプリントの四足ソフトロボットも登場しています。
自然には何百万もの動物や昆虫が存在し、進化の能力により驚くべきことを成し遂げます。人間も例外ではありません。これらの身体の働きを学ぶことで、ロボットに多くの機会が開かれます。
人間が危険な場所へ赴く必要がある多くの作業は、これらのロボットによって実行可能です。ロボットはこれらのタスクをより高速かつ効率的に、精度と繊細さを持って遂行でき、人間の脳が最も得意とする創造的な思考や新しいものの創出に時間を割くことができます。
