トヨタのバブル化ヒューマノイドが全身で掴む

ロボット操作について考えるとき、通常はグリッパー、つまりマニピュレーター (指やその他のエンドエフェクターなど) を使用してオブジェクトと対話するロボットについて考えるのがデフォルトです。 しかし、ほとんどの人間にとって、物体との対話ははるかに複雑な場合があり、私たちは、大きいもの、重いもの、扱いにくいものを扱うのに便利な体の部分を利用します。

ロボット操作のこのやや制約された定義は、実際にはロボット工学のせいではありません。 「マニピュレーション」という言葉自体は、物事を手早く扱うことを意味するラテン語に由来しており、この言葉の背後には 1 ～ 2 千年に相当する手に関する慣性が存在します。 カリフォルニア州ロスアルトスに本拠を置くトヨタ・リサーチ・インスティテュート（TRI）は、新しい人型ロボット「プニョ」について、より広い視野を持って取り組んでいる。プニョは、その柔らかい体を使って、グリッパーだけで管理するのがほぼ不可能な物体を操作するのに役立つ。

「擬人化された具現化により、ほんの数例を挙げると、身体的援助、非言語コミュニケーション、意図、予測可能性、信頼などの社会的相互作用の複雑さを探ることができます。」 —アレックス・アルスパック、トヨタ・リサーチ・インスティテュート（TRI）

プニョは TRI で単なるふにゃふにゃしたグリッパーとしてスタートしましたが、アイデアは常に大きくてふにゃふにゃしたヒューマノイドにスケールアップすることでした。そのため、このふにゃふにゃした T-HR3 のコンセプト アートが生まれました。

このコンセプト画像は、トヨタの T-HR3 ヒューマノイドがバブル化されたときにどのように見えるかを示しています。トリ

「私たちは『バブル化』という言葉を使います。TRI の Punyo の技術責任者、Alex Alspach 氏は言います。 Alspach 氏は、上記のコンセプト アートは必ずしも Punyo ヒューマノイドが最終的にどのようになるかを反映しているわけではないと述べていますが、「それによって、いくつかの物理的な制約とデザイン言語が得られました。 また、将来のロボットと既存のロボットの両方が操作に全身を最大限に活用できるようにする、一般的なハードウェアおよびソフトウェアのソリューションを私たちが求めているという考えも強化されました。」

このバージョンのプニョは「全身」を完全に操作できるわけではありませんが、感知とコンプライアンスの両方を提供する空気袋で覆われた腕と胸を使って多くのことを行うことができます。

これらの動作の多くは、人間が物を操作する方法であるため、非常に人間らしく見えます。 これらすべての人型倉庫ロボットに影を落としすぎないように注意してください。ただし、上のビデオで指摘されているように、前に伸ばした手だけを使って物を持ち上げるのは人間のやり方ではありません。なぜなら、私たちの体の他の部分を使って物を持ち上げるからです。追加のサポートを提供すると、持ち上げが簡単になります。 ただし、これはロボットにとって簡単な問題ではありません。なぜなら、剛直な点接触間の相互作用 (ほとんどのロボットマニピュレーターが世界を処理する方法と同様) がかなりよく理解されているからです。 大きくて柔らかい表面と、大きくて柔らかい物体をミックスに投入すると、ほとんどのロボットが対応できるものではなくなります。

「ソフトロボットは、 ない 単一点で世界と対話します。」 —ラス・テドレイク、TRI

「現在のロボット操作は、自動車の部品や大きな工具をエンドエフェクターで動かす大きくて強力な産業用ロボットから発展しました」とアルスパック氏は言う。 「人間の形からインスピレーションを得ることは賢明だと思います。私たちは日常のほとんどの作業を手で行うのに十分な力を持っていますが、大きくて重い物体が近づいてくると、腕の巻き方や腕の巻き方を工夫する必要があります。体を持ち上げる位置に置きます。」

ロボットは、主にロボットのようなフォームファクターでロボットのような方法で物体を操作することによって、大きくて重い物体を持ち上げることで悪名高いです。 それにしても、人間のフォームファクターの何がそんなに素晴らしいのでしょうか? もちろん、この質問は Punyo の枠をはるかに超えていますが、私たちは Punyo チームのヒューマノイドに対する見解を知りたかったので、ただ楽しむためにさらにいくつかの質問を彼らに投げました。

IEEEスペクトル: では、なぜヒューマノイドなのでしょうか?

アルスパハ: 人型ロボットはいくつかの重要なチェックボックスをチェックします。 まず第一に、私たちが作業しようとしている環境は人間のために構築されているため、人型の形状はロボットが周囲のスペースやツールを利用するのに役立ちます。 TRI の複数のチームは、独立して、食料品の買い物や食事の準備などのタスクを手動システムで実行しています。 これらの腕の間にある胸部は、大きな物体を操作するのに便利な接触面を提供する簡単な追加です。 さらに、当社のヒューマンロボットインタラクション（HRI）チームは、当社が最も支援を期待している高齢者を対象に広範な研究を行っており、今後も継続していきます。 擬人化された具体化により、ほんの数例を挙げると、身体的援助、非言語コミュニケーション、意図、予測可能性、信頼などの社会的相互作用の複雑さを探ることができます。

「私たちは、非常に正確なタスクではなく、大まかな全身操作に焦点を当てています。そこでは、堅牢な戦略がオブジェクトの安定化と制御に役立ち、多少のずさんさは資産になる可能性があります。」 —アレックス・アルスパック、TRI

バブル化したロボットを持つことで、より困難になることはありますか?

ロボット研究担当副社長、ラス・テドレーク氏は次のように述べています。 ロボットがある点で世界と対話していると考える場合 (インピーダンス制御などからの標準的な見方)、ロボットと世界の間に柔らかい受動的スプリングを直列に置きます。 する パフォーマンスを制限します。 制御帯域幅が減少します。 しかし、その見方にはもっと重要な点が欠けています。 ソフトロボットは、 ない 単一点で世界と対話します。 柔らかい材料は、材料の周囲で変形することによって接触のダイナミクスを根本的に変化させ、剛直な相互作用では達成できない接触力とモーメントを可能にするパッチ接触を生成します。

アルスパハ: プニョの柔らかさは、腕や指にゴム製のパッドが付いているだけの他の操作プラットフォームと比較すると、極端です。 このコンプライアンスは、私たちが物体をつかんだときに、意図した場所に正確に落ち着かない可能性があること、または、たとえば、その物体をテーブルの端にぶつけた場合に、それが私たちの把握範囲内で移動する可能性があることを意味します。 これらの理由から、触覚センシングは、操作するオブジェクトの状態を測定および制御する方法を掘り下げる際のソリューションの重要な部分です。 私たちは、非常に正確なタスクではなく、大まかな全身操作に重点を置いています。そこでは、堅牢な戦略がオブジェクトの安定化と制御に役立ち、多少のずさんさは資産になる可能性があります。

コンプライアンスは、ソフトウェアだけを含め、さまざまな方法で実現できます。 単にふにゃふにゃと動作するロボットではなく、物理的にふにゃふにゃしたロボットを持つことの重要性とは何でしょうか?

Andrew Beaulieu 氏、Punyo 技術責任者: 私たちは、受動的コンプライアンスと積極的コンプライアンスが相互に排他的であると考えるべきではないと考えており、特に人の近くや人の空間でロボットを動作させることを考慮した場合、物理的に柔らかいロボットを使用することにはいくつかの利点があります。 安全に世界とコンタクトできるロボットがあれば、インタラクションと探索の道が開かれます。 ロボットにコンプライアントな材料を使用すると、ロボットが複雑な関節機構や作動機構を必要とするような方法で受動的に複雑な形状に適合することもできます。 物体に適合すると、物体との接触面が増加し、力が分散されるため、通常はより強固な把握が可能になります。 これらの準拠した表面により、精度が低く、正確な物体の位置特定にあまり依存せず、または精度の低い制御やセンシングを備えたハードウェアを使用する可能性のある計画および制御方法を研究することができます。

プニョに抱きしめられるのはどんな感じですか?

Punyo HRI 技術リーダー、Kate Tsui 氏: プニョはソーシャルロボットではありませんが、そのハグを通して驚くほど多くの感情が伝わってきて、とても心地よく感じられます。 プニョからのハグは、長い間会っていなかった親しい友人から長く続いてぴったりと抱きしめられているように感じられ、手放したくないものです。

一連のコンセプト画像は、家庭内で全身操作が役立つ可能性がある状況を示しています。トリ

(インタビュー記録終了。)

柔らかさは、特にインタラクションが構造化されておらず予測可能ではない商業環境や家庭環境において、人間の近くで働く二足歩行ヒューマノイドにとって必要な条件である可能性があるようです。 「特に最近、学術研究室の外でヒューマノイドが爆発的に増えていることから、全身を使って操作するロボットが間もなく登場すると思います」とアルスパハ氏は言う。 「有能な汎用ロボット操作は競争の激しい分野であり、全身を使うことで、大きく、重く、扱いにくい物体を効率的に操作する能力が解放されます。」