人類の最も複雑な生物学的機械である手は、ロボット工学の分野において依然として最も困難な未解決の問題です。エンジニアがこのハードルを乗り越えることができれば、現在研究室で開発されているロボットが将来的には工場現場で一般的な光景になるかもしれません。

世界中のロボット工学者は、人間の手のように操作できるロボットハンドをどのように構築するかという、人工知能と機械工学の分野における最先端の問題の解決に懸命に取り組んでいます。現時点では、人型ロボットはすでに歩き、持ち上げ、バランスをとることができますが、器用で知覚力のある手の欠如が、依然として工場やさまざまな職場で大規模に適用する際の主な障害の 1 つです。

研究者らによると、目標はロボットの外観をより人間に近づけることだけではなく、熟練労働者に必要な細かく複雑な動きを実行できる能力をロボットに装備させることだという。テスラの人型ロボット「オプティマス」はその代表として、この問題に真っ向から挑戦している。モルガン・スタンレーの推計によれば、この閾値を超えることができれば、世界の人型ロボット市場は2050年までに最大5兆米ドルの価値に達する可能性がある。

イーロン・マスク氏はウォール・ストリート・ジャーナルとのインタビューで、「ロボットが本当に役立つためには、素晴らしい手が必要だ」と語った。

オプティマスは二足歩行を実現できたが、マスク氏はまた、人間のような手を設計することは歩行そのものよりもはるかに難しいとも語った。

ノースウェスタン大学ロボット工学・生物システムセンターの研究チームは、連邦政府の資金提供を受けたプロジェクトを通じて、高感度で柔軟なロボットハンドを設計している。チームリーダーのケビン・リンチ氏は、ロボットに人間の基本的なタスクを実行できる柔軟性を与えるという10年間の目標を設定していると指摘した。

リンチの研究室にあるプロトタイプを例に考えてみましょう。ハンドはイギリスのShadow Robot社のモデルをベースにしています。コーヒー缶ほどの大きさのいくつかの円筒形モーターが機械式フィン​​ガーを駆動します。指先に取り付けられたセンサーは、「皮膚」の下と同様の液体の電気的特性の変化を感知できます。指が物体に触れると、センサーはこれらの変化をリアルタイムで「触覚」のようなデータに変換します。

大学院生は、ループしたり、ブロックを保持したり、小さな物体を誘導したりするなど、ロボットの単純なリンクを配置することで手の調整を訓練し続けています。収集されたデータは、機械学習アルゴリズムのパフォーマンスを向上させるために使用されます。リンチ氏は、「鉛筆で書く」などの細かい動作を完了するには、将来のバージョンでは指先や手のひらにさらに多くのセンサーを追加する必要があると述べた。

さらに、「人型」の束縛を打ち破る研究チームも存在する。コロンビア大学機械工学教授マテイ・チョカーリー氏が開発した4本指マニピュレーターは、視覚の欠如を補い、触覚だけで物体の形状や材質を判断できる。この手は紙管などの壊れやすいものを持ち上げることができますが、場合によっては滑ったり、落ちたりする可能性があります。

ボストン・ダイナミクスは別の道を歩んでいる。同社の実験用人型ロボット「アトラス」は、「親指型グリップ」や「パドル型手のひら」に柔軟に変形できる3本指の手を備えている。同社が公開したビデオでは、アトラスがカーアクセサリーを持ち上げたり、ダンベルのバランスをとったり、小さな物体をつかんだりできることが示されている。プロジェクトリーダーのアルベルト・ロドリゲス氏は、このデザインは常に強度、器用さ、細さ、耐久性のバランスを追求していると語った。 「弱く非効率なグリッパーを設計するだけでは十分ではありません。」

すべてのエンジニアが「人間らしい手」を追求しているわけではないことに注意してください。サンフランシスコ出身の MicroFactory の共同創設者兼 CEO である Igor Kulakov は、工業デザインを簡素化することを好みます。彼らの5,000ドルのロボットは双腕設計で、片方の手で特殊なツールを持ち、もう片方の手で2本の指を使って物体を保持します。この構成により、回路基板の溶接、ネジの締め付け、保護フィルムの除去などの主要な製造ステップを完了でき、コストは複雑な人型ロボットよりもはるかに低くなります。

ある程度の進歩にもかかわらず、材料科学は依然として頑固な課題に直面しています。シャドウロボット社のディレクターであるリッチ・ウォーカー氏は、現在の製造プロセスでは、自己治癒皮膚や自己潤滑関節などの人体の基本機能を再現するのがまだ難しく、製品エンジニアリングに多くの障害をもたらしていると述べた。

人間の手を模倣しようとする動きの一部は、製造業や介護業界で深刻化する「人手不足」に端を発している。ノースウェスタン大学の機械工学教授、エド・コルゲート氏は、ロボットの器用性の向上により、自動化ツールが中小企業にとって手頃な価格になる可能性があり、自動化ツールはもはや大企業の独占物ではなくなると指摘した。 「まったく新しい雇用の機会も生まれる可能性があります。それが私たちがこの研究を行う動機となったのです。」