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光レースでロボットの感覚機能を強化

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October, 8, 2019, Small city--新しい伸縮性光レースがソフトロボットをさらに柔らかな感触にする。Organic Robotics LabでPh.D.学生、Patricia Xuが開発した合成材料は、生体神経系に似た連結感覚網を作り出す。これによりロボットは、環境とどのように相互作用しているかを感知して、それに従い活動を調整できるようになる。
 論文は、Science Roboticsに発表された。
 「われわれは、非常に変形しやすい対象の圧力、緊張状態の計測法を得たいと考えており、視覚ではなく、ハードウエアそのものを使用して計測したい。それについて考える適切な方法は、生物学的な始点からである。人は目を閉じても環境を感じることができる。指が変形するときに形が変わる指にセンサがあるからだ。現状、ロボットはそれができない」と論文の著者、研究所長、Rob Shepherdは説明している。
 Shepherdの研究所は以前に、光ファイバを使ってそのような変形を検出する感覚フォーム(foam)を作製した。光レースプロジェクトのためにXuは、3Dプリントされたポリウレタンからなるフレキシブル、多孔性格子構造を使用した。同氏は、そのコアを1ダース以上の機械センサを含む伸縮性の光ファイバを通した。次に、ファイバを光らせるためにLED光を取り付けた。
 さまざまな点で格子構造を押すと、そのセンサはフォトンの流れの変化を正確に示すことができた。
 「その構造が変形すると、入力ラインと出力ラインとが接触し、その構造の出力ループに光がジャンプするので、接触が起こっているところを示すことができる。この強度は、変形自体の強度を決める」とXuは説明している。
 Shepherdによると、光レースはロボットの皮膚として使用されるのではなく、むしろ肉そのものに近い。その材料を備えたロボットは、ディストピアSFの冷たい、他人への配慮が欠如したサイボーグからはほど遠い。それらは、ヘルスケア産業に適している、特に生命の始まりや終末期ケア、さらに製造業にも適している。
 Shepherdの考えでは、高齢者が増えているが、高齢者をケアする若者はそれほど多くない。したがって、ロボットが高齢者の世話をするという考えは、実に現実的である。「ロボットが、高齢者を傷つけることなく高齢者に触れ、支え、手助けするためには、ロボットは、それ自身の形を知る必要がある。製造業で支援するためにロボットを使う場合にも同じことが言える。ロボットが何に触れているかを感じとることができると、その精度は改善される」と同氏は説明している。
 その光レースは、例えば神経受容体がいっぱい詰まった人の指先ほどの感度はないが、その材料は人の背中よりも触覚感度は高い。その材料は洗うことができるので、別のアプリケーションにも適用できる。同氏の研究室は、Xuのセンサを商用化するスタートアップを立ち上げた。拡張現実トレーニングのために人の形状や動きを計測できる衣服を作製する。
 研究チームは、より複雑な変形、曲げやねじれなどを検出するためにマシンラーニングを組み込む可能性を研究することも計画している。
 「その構造が押されている場所、どの程度押されているかを計算するモデルを作る。しかし将来的はに、センサを30倍に増やし、ランダムに広げる。それは非常に難しいが、マシンラーニングが、それを高速化すると考えている」。
 ロボットが環境とどのように相互作用しているかを自覚するようになるとしても、人にはまだ明確な優位性がある。
 「ロボットの中には、手足、関節、指の部分を認識するものもあるが、人は、ロボットと同じように認識している分けではない。しかしわれわれは、機械的な設計、神経構造を通じて、不確かさを扱うことができるので、われわれは一般に、まだロボットよりも性能が優れている」とShepherdはコメントしている。

(詳細は、http://news.cornell.edu)